南通航运学院怎么样（虚拟现实技术在高校航运管理教学中的应用与简析）

行业发展背景

我国是世界海洋国家之一，有漫长的海岸线，港湾众多，尤其是横贯东西的大河入海口，极有利于建立富于经济价值的河口港。因此水路运输对于推动我国国家发展，具有十分重要的作用。尤其是在当前国内环境下，伴随着京杭大运河通州段的通航，内河航运得到了广泛的重视。随着水路运输业竞争的国际化，运输管理作业方式等发生了巨大变化，船舶运输行业企业对就业者的业务素质、技能水平和再学习能力要求逐步提高。职业教育以就业为导向，以岗位能力培养为目标，努力实现人才培养与企业岗位能力需求零距离对接，岗位能力培养必须靠训练。

水路运输和管理调度工作环境复杂，安全性差，学生进场实训难度大，要求船舶类职业教育必须加大对现代数字技术和信息技术的运用，以计算机和网络技术为依托，根据船舶业发展需求，积极构建船舶职业教育技术创新平台和体系，现阶段，伴随着科技的进一步发展，虚拟现实技术也应运而生，并实现了快速的发展和应用，形成了一种新的教学模式———虚拟现实实践性教学，即利用实物或计算机创设相应的虚拟环境或工具，并模拟真实事例进行操作、验证、设计、运行等实践的教学方式。

如今，虚拟现实这一先进的技术，已经被应用到船舶机舱中的多个领域。 利用该技术构建一个与船舶机舱环境相似的虚拟系统，提高了操作人员的操作技能，并通过接近于真实的环境体验，提高了操作人员的故障分析能力，并在特殊训练项目中发挥了突出的优势，具有不可替代的优越性。

虚拟现实技术发展背景

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称 VR）是一种新型的科学技术，是利用虚拟现实技术创建的虚拟世界，这种系统将计算机技术、仿真技术和传感技术等有机融合为一个整体，并使其真正合成为一个集成系统。

具体来说，虚拟现实技术主要包括三个要素，即：

（1）给船舶机舱用户提供一个逼真的虚拟世界，使其在虚拟环境中可进行与实际相同的操作。

（2）用户在该系统中进行虚拟操作的过程中，不会受到约束，可以自由地活动。

（3）用户可以在这一虚拟的船舶机舱系统中，实现互动性操作。

基于虚拟现实技术的特性，在利用该技术所构建的船舶机舱虚拟系统中，也具备三个显著特征，即：沉浸、交互和想象。所谓的沉浸就是用户在虚拟现实情境中的投入程度。主要是指利用虚拟现实系统可以给用户提供一个沉浸的虚拟环境，使用户在视觉、听觉、嗅觉和触觉各个方面均沉浸其中；交互则是用户在虚拟现实中，可以借助类似真实的环境展开操作，并及时发现其中存在的故障，进而获得反馈信息等；想象则是用户在虚拟的环境中，可借助相关的条件和参数等，进行科学、合理的推断和想象。

一、虚拟现实技术与航运管理结合的可行性

认知学习强调三个方面:

一是认知的涉身性。认识事物不能仅仅使用大脑，还要身体的参与才能深刻理解事物的本性，身体对事物的反应也是认知的—个方面，能充分增加人对事物的认识程度。

二是认知的体验性。个体在与外界环境中的事物相互作用时，会产生身体状态的改变，这种改变会引发相应的身体和心理体验，个体的认知和对世界的观刮即来自这种身心体验。

三是认知的环境的融合性。环境情境是保证认知的不可缺少的条件，认知的内容、过程和方式与身体是处于环境中的身体，因此认知同样应扩展至认知者所处的环境。

虚拟现实技术与航运管理培训结合的实施方案 可以打破了船舶驾驶、检修、航运安全等过程中的各种局限。并通过三维动态显示和体感设备，呈现三维立体效果，增强受训人员的沉浸感。

首先，利用SolidWorks和3ds MAX等建模软件平台构建实际装备的三维仿真模型，模型具有实际装备全部结构和细节。利用灯光材质等渲染技术，建立一个与真实环境一样的装备培训的环境模型，使用者可以沉浸在类似真实的接装环境中。

其次，将三维仿真模型导入虚拟现实内容创作软件平台中，利用动画编辑器、交互编辑器和功能程序模块赋予模型各种交互功能，并能模拟出水域环境、航道深浅、船舶密度和天气风流的实际效果，形成齐备的虚拟软件。

虚拟软件可包括船舶模拟驾驶体验、水上执法、船舶检修检测、航运安全等几个功能平台。

模拟驾驶体验可以将水域环境进行1:1模拟还原，并配备与实船具有完全相同的驾驶台、集中控制台、主配电屏、应急配电屏、机旁控制箱等操作盘台以及相应的监控仪表，所不同的是轮机模拟器并没有真实的发动机、发电机、泵等机电设备，所有的机电设备都由计算机数学模型所代替。

水上执法体验系统让操作者以水运执法人员的身份开展对船舶的相关执法活动。包括疫情消杀、船舶设备维护、船舶安全性能检测、船舶检测期限等。

船舶检修检测根据舰船电气设备的维修手册和训练要求，主要包括:

航运安全可以设置各类航运中的应急事故，包含急救（自救，急救常识），安全避碰、 防火，个人溺水、安全引导，船舶失控等现实中无法体验到的环境场景，通过应急处理系统，保证损失最小化。

二、虚拟现实技术与航运管理结合的必要性

职业教育人才培养模式的重点是教学过程的实践性和职业性，实训、实习是关键环节。探索课堂与实训基地的一体化。探索工学结合有助于强化学生技能的教学模式。实训基地是搭建理论与实践的桥梁，为学生提供实训平台，深化学生对专业理论的理解，提高学生的实际操作能力，尽快使学生在实际工作岗位上和职场现场迅速成长成熟，成为行业需要的应用型人才。

航运管理是一个实践性很强的专业，在教学过程中实践环节特别多、实训耗材巨大，而且存在一定的危险性。传统的人才培训模式存在着教师教学任务重，书本教学与实战现场环境差距大，教学效果不是很理想，而且投入经费大，费效比高。虚拟仿真技术经过多年的发展，已经在船舶模拟驾驶等教育领域中产生了成功应用，不仅可以让学生快速掌握相应的专业技能，还具有以下优势：

1） 降低教学成本，提高安全性能

虚拟现实技术是在船舶开始出发前，在不消耗学校的资源和能量的情况下，提前对生产方案进行验证。在计算机虚拟环境中，学生可以直接对船体分段、船舶管路等进行模拟装配，对运输航线进行模拟预演，进行各项试验，检查船舶各方面的性能等一系列的验证工作。虚拟现实技术在实践中的应用可以大大节省实训耗材，降低教学成本，提高安全性能。

2） 打破环境限制，快速搭建实训环境

由于海事管理是一个极其复杂的过程，综合性极强，涉及到的因数众多，例如水域、人员、设备、天气等，一般很难用完整的数学的参数化模型来描述操作生产过程中各种因素之间的关系，虚拟现实技术能够通过建模对实际的操作环境进行仿真和模拟，学生可以从中快速获取所需知识，极大的提高了学生的学习热情。

3） 节约成本，减少环境破坏

传统的教学只能在规定的时间和规定的实训基地完成，投资巨大，安全性无法保障，水损事故等也容易对环境造成污染，而虚拟现实技术只需要有计算机就可以进行学习，不会对设备和环境有任何损坏，打破了时间和空间的限制。

4） 提升学生学习能力

虚拟现实技术是创建一个可以从多个方位和角度进行观察的虚拟三维空间，师生人员可以和在岗技术人员之间进行交互，可以快速的调整虚拟实训中的偏差部分，在虚拟环境中进行试错，加深教学印象。

5）提高学生决策和应急处理能力

运输管理过程中，可以预设多种方案进行比较，运用虚拟现实技术可以把预设的方案分别调入虚拟系统，在虚拟的三维空间中加入影响生产的人员、环境、场地、设备等各个要素进行比较，找到最合理的操作方案。大大提高学生的决策水平和应急处理能力。

三、虚拟现实技术在国内外航运管理中的应用

1.国外应用现状

“预先战争演练”是军事领域专家们一直寻求的方法，目前，美国海军使用的全玻璃化舰队指挥系统的指挥室内充满了各种各样的荧光屏，可以显示出己方作战力量的空间分布，以及最新的情报信息，但这还不算最先进的指挥系统，研究人员正在开发一种全息虚拟指挥控制系统，将在2025年参与作战。在这种全息虚拟指挥中心内，作战人员可以最大限度地利用战场信息，与周围的作战单元进行快速信息共享。通过触觉和视觉传感器完成对舰艇的控制，甚至可进行类似全息化的指挥操作。同时，通过配备耳机进行互动聊天和超视频的信息传递，让作战人员产生更加真实的感觉。图4中显示的是一位士兵正在虚拟的指挥中心操纵舰艇，通过佩戴视觉和触觉传感器对舰船进行控制。全息虚拟指挥系统的研究人员表示类似图中的控制技术将应用于未来的海军舰艇。

2017年，韩国现代重工将VR技术应用于船厂的安全管控，并在蔚山总部成立了船厂安全培训中心。现代重工的安全培训中心由安全体验中心与集中控制中心组成。安全体验中心将通过基于虚拟现实（VR）技术的安全体验系统让船厂员工直观的、身临其境的体验事故发生时情形并学习事故的预防及应对措施，以提高船厂员工的安全意识；集中控制中心可通过安装于厂区内的250个闭路电视设备及一个165英寸监视器实时监控、识别厂区内的安全风险，并利用智能图像分析系统对安全风险进行预判与报警，提前对危险做出响应，减少安全事故的发生。现代重工正在与英特尔、SK航运、微软、大田创意经济与创新中心（DCCEI），以及蔚山创意经济与创新中心合作，开发智能船舶。现代重工已经与合作伙伴签订协议，共同启动一个项目，帮助韩国国内的信息与计算机技术公司开发软件，提高船员的安全系数，改善他们的健康状况，满足船东的需求以及安全航运标准。2019年，“航运服务软件”被部署至智能船舶。在这一软件部署后，船员将可以获得远程医疗服务，进行压载舱检查，获得基于虚拟现实的培训，对重要设备进行维护，并实现航运信息的自动化报告。

2.国内应用现状

1.南通航运职业技术学院通过对船厂厂区及设施、船舶内部结构和布置、船体建造常规工艺流程进行逼真的3D可视化虚拟展示。通过人机互动形式，与虚拟环境中的船体模型进行交互操作，完成钢材预处理、钢材切割、钢材弯曲成型等。同时，系统还提供了船体装配功能，通过模拟真实的装配方式，帮助学生了解船体装配流程船体构造。

2.浙江交通职业技术学院虚拟现实航海教学体验平台通过运用交互式大型LED VR沉浸式显示系统，为航海海运专业学生提供船舶驾驶学习、航海仪器学习、轮机模拟等互动学习环境，让学生不用出海就能掌握技术要领，完成学习任务。船型和工艺流程的演示，让学员熟悉船舶制造的整体流程；同时通过交互操作的方式，让学员能动手操作各类型钢料的预处理方法和相关设备的使用，了解船只装配过程中的各个步骤，从而详细了解船舶建造的各部分操作流程以及操作步骤。