实验简介

本实验项目以基于船舶数字化智能设计系统（KSHIP）的虚拟现实(VR)系统为平台，进行船舶操纵性虚拟海试实验教学，有效弥补了真实海试成本高、风险大等不足，为学生亲身体验船舶操纵性海试全过程提供良好的虚拟现实教学环境。通过VR虚拟现实技术、3D成像投影技术等的应用，完成船舶操纵性虚拟海试实验的教学，让学生未上实船而有上船体验和感性认识，浸入式了解船舶操纵性海试的完整过程，加强学生对船舶操纵性试验相关规程和船舶操纵性预报方法的认识与理解，培养学生的探究精神和科技创新能力，通过动手实践提升理论方法的应用和分析能力。

实验目的

本虚拟实验教学的目的如下：

（1）  了解ITTC船舶操纵性相关规程；

（2）  了解船舶设计阶段操纵性预报方法（数据库或经验公式估算方法、自航船模操纵性试验方法、数学模型加计算机模拟方法、基于CFD的数值模拟方法、系统辨识方法等）及舵的类型及其工作原理；

（3）  了解虚拟现实技术的基本理论及其在船舶船舶操纵性研究中的应用；

（4）  熟悉船舶操纵性虚拟试航实验操作流程和结果分析方法；

掌握船舶操纵性海试的过程及要求。

实验原理

       以船舶数字化智能设计系统（KSHIP）为基础，利用VR虚拟现实技术和3D成像投影技术，通过多路立体信号的同步演示，对船舶操纵性海试全过程进行计算机模拟，将操纵性求解器分析结果在虚拟三维环境中进行同步展示，实现学生在虚拟环境下开展船舶操纵性海试实验，进而深入了解船舶操纵性预报方法、掌握船舶操纵性海试的实际操作和相关要求。
     
     知识点：共  4  个

（1）船舶操纵性预报方法；

（2）船舶操纵性衡准要求；

（3）船舶操纵性海试规程及结果分析方法；

（4）虚拟现实基本理论。

实验步骤

实验方法为虚拟仿真实验，利用VR虚拟现实系统与人机交互仿真技术，让学生在虚拟环境下进行目标船舶的操纵性海试模拟；整个实验过程由指导教师引导学生进行自主实验，学生通过参数设置、系统运行、三维虚拟演示等操作完成实验，获取实验结果后进行分析整理，完成实验报告。

网络授课方案

①实验前，将操作系统和网络相关参数按“3.实验教学项目支撑条件建设情况”中的要求进行调整设置，登录本实验教学项目的网址链接，进入实验系统。 

②在基于VR的船舶操纵性虚拟海试实验系统中定义船舶的尺寸、质量、典型装载情况（满载/压载）、受风面积等参数，以及船舶的操纵特性参数。

③在系统中定义外部条件，如底部标高、风浪流的具体参数。

④在系统中定义操纵、航速、航向、自动驾驶仪设置、时间步长、起始点等参数。

⑤完成参数设置后，点击运行开始操纵性试验模拟，分别对船舶满载和压载两种不同的装载情况，进行回转试验、紧急停船试验和Z形操纵试验的模拟。

⑥实验过程中，学生可通过网络远程观看虚拟实验室中目标船舶在不同装载情况下，上述三项操纵性海试虚拟实验的动画，了解各项实验中船舶的运动轨迹。

⑦试验结束后，系统将分别输出试验数据（航迹、艏向角、速度、舵角等），学生整理数据。

⑧学生将整理好的数据与目标船舶实船操纵性海试的结果进行对比。

⑨学生根据IMO操纵性衡准规范，对虚拟海试实验数据结果开展目标船舶回转性、初始回转性、保向性、停船性等指标的评价，系统可显示后处理结果。
    ⑩根据数据分析结果，形成实验报告。

实验结果与结论

（1）是否记录每步实验结果：■是 £否

（2）实验结果与结论要求：■实验报告 £心得体会 其他           

（3）其他描述：

实验结束后，教师对学生的船舶操纵性虚拟海试实验整体操作过程、完成情况及实验数据与实验结论的准确有效性等进行评价，给出相应的实验操作分。

网络要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

20Mbps宽带。

（2）说明能够支持的同时在线人数（需提供在线排队提示服务）

20人。

硬件要求

（1）计算机硬件配置要求

双核心2.2GHz；8GB内存

（2）其他计算终端硬件配置要求

    无

操作系统要求

（1）计算机操作系统和版本要求

Windows 10及以上操作系统