三维虚拟现实技术船舶室内环境设计系统

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摘要:由于在利用原有系统进行船舶室内环境设计时，受场景搭建数据量过大的影响而无法进行数据处理，在室内环境设计元素为20～40个的范围内存在室内场景模拟用时较长的问题，因此提出一种基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统。系统硬件包括视觉模块、数据处理模块，其中视觉模块主要由多个立体视觉传感器构成；数据处理模块由PC机和GPU构成。系统软件配置为室内环境设计模块，该模块主要通过Direct3D软件与OpenGL软件进行船舶室内环境的设计。通过硬件与软件的组合实现船舶室内环境设计的目的。为证明该系统的室内场景模拟用时较短，在室内环境设计元素为20～40个的范围内将其与原有系统进行对比实验，实验结果证明该系统的室内场景模拟用时最短，实现了设计性能的提升。

关键词：三维虚拟现实技术；船舶；室内环境设计；PC机

引言

船舶室内环境设计系统能够对船舶室内环境进行科学规划设计，使船舶室内环境更加舒适、布局更加合理。随着船舶其他性能的提升，人们对其居住性能也提出了越来越高的要求，愈发意识到船舶室内环境设计的重要性。而通过船舶室内环境设计系统，能够获得船舶室内环境的智能设计方案，极大改善船舶的现有居住环境[1]。国内外对于船舶室内环境设计系统的研究各有其侧重点，很多学者都提出了不同的系统方案。国外对于船舶室内环境设计系统的研究主要集中在豪华邮轮、游艇等船舶的舱室布置和环境设计方面，有学者提出一种基于环境因子的船舶室内环境设计系统，主要基于环境因子理论进行船舶室内环境设计。而我国对于船舶室内环境设计系统的研究则主要集中于客船、工作船、军船等船舶的舱室布置和环境设计方面，有学者提出一种基于布局优化的船舶室内环境设计系统，主要基于布局优化思想进行船舶室内环境设计。由于在利用以上系统进行船舶室内环境设计时，受场景搭建数据量过大的影响而无法进行数据处理，在室内环境设计元素为20～40个的范围内存在室内场景模拟用时较长的问题，因此提出一种基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统。

1设计基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统

1.1设计硬件

基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统的硬件构成为视觉模块、数据处理模块[2]。1.1.1设计视觉模块基于三维虚拟现实技术中的立体传感器和显示技术设计视觉模块，该模块主要由多个立体视觉传感器构成，主要通过立体视觉传感器的布设对设计的船舶室内环境进行三维成像显示。其中立体视觉传感器的具体型号为XtionASUS，其具体技术参数如表1所示。

1.1.2设计数据处理模块数据处理模块由PC机和GPU构成。其中PC机主要用于核心数据处理，其具体参数如表2所示。而GPU主要用于图像数据处理，选用的型号为 QuadroNvidia3000MGPU，其具体参数如表3所示[3]。

1.2设计软件

基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统的软件配置为室内环境设计模块。室内环境设计模块主要通过Direct3D软件与OpenGL软件进行船舶室内环境的设计。其中OpenGL软件主要作用是通过复杂曲面、曲线、简单图形、点、线等展示函数来设计室内环境。该软件能够适应Win-dows7、Unix等多种操作平台。通过OpenGL软件，能够对船舶室内环境设计元素进行绘制，并将绘制结果发给Direct3D软件对其实施最终处理[4]。而Direct3D软件的主要作用是对船舶室内模型进行构建，并将构建的船舶室内模型以3ds格式保存。构建的船舶室内模型中包括编辑窗口与船舶室内场景数据。OpenGL软件的船舶室内环境设计就需要以构建的船舶室内模型为依据来进行。其绘制需要将构建的船舶室内模型作为基础，在模型上添加设计的室内环境元素，对船舶室内模型进行环境充实，以及进行布局操作，并以*.x格式将充实后的船舶室内模型保存至Direct3D软件中，通过Direct3D软件的引擎渲染模块对设计结果进行渲染处理、编辑与输出。

2仿真实验

2.1实验场景

为证明基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统的性能，对其进行实验验证。在实验中，选择某船舶对其进行室内环境设计。实验船舶的室内区域场景具体如图1所示。利用基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统对实验船舶进行室内环境设计。在实验中，获取室内环境设计元素为20～40个范围内的室内场景模拟用时数据作为实验数据。为了避免本次实验结果过于单一而缺乏对比性，将原有的2种船舶室内环境设计系统作为实验中的对比系统，包括基于环境因子、基于布局优化的船舶室内环境设计系统。同样利用这2种系统对实验船舶进行室内环境设计，获取室内环境设计元素为20～40个范围内的室内场景模拟用时数据作为对比实验数据。比较几种实验系统的室内场景模拟用时实验数据。

2.2结果比较

在室内环境设计元素为20～30个的范围内，基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统与基于环境因子、基于布局优化的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时数据对比结果如表4所示。可知，在室内环境设计元素为20～30个的范围内，基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时低于基于环境因子、基于布局优化的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时。在室内环境设计元素为30～40个的范围内，基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统与基于环境因子、基于布局优化的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时数据对比结果如表5所示。可知，在室内环境设计元素为30～40个的范围内，基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时低于基于环境因子、基于布局优化的船舶室内环境设计系统的室内场景模拟用时。

3结语

基于三维虚拟现实技术的船舶室内环境设计系统实现了室内场景模拟用时的降低，对于船舶室内环境设计效率的提升有一定意义。

参考文献：

[1]胡元生,潘李,刘鑫.新型极地渔业科考船绿色船舶及环境保障系统设计[J].船海工程,2019(1):297–300.

[2]任柯燕,马松松,王书龙,等.基于Zynq和IEEE1451.2的室内环境监控系统[J].北京工业大学学报,2018,44(10):40–50.

[3]史兵,段锁林,李菊,等.基于无线传感器网络的室内移动灭火机器人系统设计[J].计算机应用,2018,38(1):290–295.

[4]黄语燕,王涛,郑鸿艺,等.福建省薄膜温室温湿度采集系统的实现及湿热环境分析[J].江苏农业科学,2019,47(23):264–268.

作者：陈杨飞 单位：重庆大学