虚拟仿真技术在游艇设计与教学中的应用

李佳文，黄振凯，黄 技

广东海洋大学，广东 湛江 524005

近年来，随着经济社会的发展，消费者对游艇审美要求不断提升，船东对游艇的设计要求也越来越高。在这种情况下，二维的CAD平面图、彩色手绘等传统展示方式虽然在一定程度上能够表达游艇设计师的想法，但仍然很难直白地让船东清楚游艇的整体效果，更难体会不同设计方案之间的优劣。因而游艇设计需要一种更直观、形象且符合现实的技术方法来呈现设计师的理念及满足用户真实体验需求的表达方式。

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术[1]，其自身独有的沉浸感、互动感在设计中显现了明显的优势，它能使用户如身临其境般体验到游艇带来的外观线条美、造型美以及室内的布局美。于是，游艇设计开始同信息技术紧密结合，在游艇设计中应用虚拟仿真技术是大势所趋。

在2018年，教育部提出了新工科的教学改革战略。在高等教育中，结合虚拟仿真技术进行虚拟仿真教学已经成为高等教育改革的热点。教育者可以通过虚拟仿真技术来深化游艇设计，快速而真实地向用户展现出所设计游艇的最终效果，实现教学改革的实践创新[2]。

虚拟仿真技术主要包括动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、三维视景立体显示技术和传感技术等[3]。通过计算来进行构建虚拟环境中各个物体之间的逻辑关系，再加上逼真的材质，可以仿真出一个近乎真实的虚拟场景，让使用者如同亲临其境。游艇建造也是一项复杂的工程，从设计到建成之间横跨多道工序，需要花费大量的时间、金钱、人力和物力，如果从设计初期就出现原则性错误，后面再想修缮几乎是痴人说梦。所以更应该引入虚拟仿真技术，除了能实现设计师、船厂、船东三者间的有效沟通之外，还能成为检验游艇品质的一大关卡。虚拟仿真技术将会成为一个更为真实的展示媒介，将设计师说不清道不明的艺术构思虚拟成看得见的虚拟仿真场景，让船东更易判断其是否符合心意并让其更容易根据生活习惯和个人喜好向设计师表达自己的修改意见。因此，结合虚拟仿真技术构建的游艇虚拟体验系统是一项推进行业提效与改革的重要手段，它不仅能减少人力物力的消耗，同时还能有效提高设计质量、设计效率与用户满意度，推进游艇交易的顺利进行。

虚拟仿真技术为用户群体所提供的虚拟三维空间具有沉浸感和交互性特点。沉浸感和交互性作为虚拟仿真技术的两个主要特征，二者互为支撑、相互交织融合，共同为用户群体提供一个身临其境的虚拟空间体验[4]。

2.1 沉浸感

从心理学的角度来说，沉浸感的产生主要是由于人们全身心地投入在虚拟仿真技术创建的三维虚拟环境中。虚拟仿真技术带来的视觉沉浸感是通过虚拟仿真显示器“虚拟仿真头盔”来实现的。它首先将人对外界的视觉听觉封闭起来，其次设置在头盔上的“头部跟踪”仪器可以根据虚拟仿真技术用户参与者在虚拟环境中的位置和视点来控制影像，从而引导虚拟仿真技术用户参与者全方位感受虚拟场景，最终产生一种身在虚拟环境中的感觉[5]。

置身于游艇内的真实感，便是虚拟仿真技术在游艇设计中应用的体现。用户会觉得自己成为虚拟环境的一部分，不再需要枯燥的平面图和冗长的文字来介绍游艇的美，直接就站在现场，仔细观察游艇的线条走向、分区布局和内部装饰等，让用户更清楚更全面地了解设计效果，这更有利于设计方案的敲定与推进。

2.2 交互性

交互性是指虚拟仿真技术用户参与者与虚拟场景中各种对象传递、交换信息的相互影响能力。交互性主要表现在虚拟仿真技术用户对虚拟环境内部的物体的交互性程度[6]。在游艇设计领域中，受众才是主导者。在游艇虚拟体验环境中，用户不只是被动接受，而是能够根据自身需求提出意见，进行实时反馈。对于游艇设计行业而言，交互性具有非常高的价值和意义，有效提高了游艇用户的体验。

交互性属于虚拟仿真技术用户体验的一个至关重要的构成要素，交互性越强就越具有优势和吸引力。而在心理层面，交互性也被称为“审美享受”，即用户通过吸收游艇设计中的美学元素，从视觉、心理上获得精神文化享受，如果消费者能通过不同形式从游艇设计中理解并认同设计师的艺术理念，内心就会出现明显的心理触动，这通常就距离方案成功敲定不远了。

3.1 有利于多方互动沟通

虚拟仿真系统通过构建一个沉浸式以及具备互动性的室内空间，有利于加强各方的交流，推进游艇设计、制造与销售的进一步发展。对设计师而言，借助虚拟仿真技术能有效传达游艇创意理念以及形象地呈现游艇设计效果；
对船东而言，可以借助虚拟仿真技术直观地了解亟待施工的游艇，以便于提出对游艇的想法和要求；
对公司而言，可以借助详细的虚拟仿真模拟，提高游艇造价估算的精度；
对管理部门而言，可以利用VR技术有效地避免不必要的纠纷。

此外，VR技术最大的优势在于它可以实现隐形知识的传达。对于每一位游艇设计师而言，有些想法和创作的理念很难用语言去描述与书写，仅仅使用语言和图片是无法充分表达设计师的设计理念的。对于那些“只可意会，不可言传”设计想法与设计理念则可以借助VR技术对实际的游艇环境做出模拟，让船东自己去切身观察与体验，从中体会到设计师的设计想法。

3.2 有利于商业传播及推广

由虚拟仿真技术构建的系统将会成为一个效果显著的商业传播渠道和方式。虚拟仿真技术将游艇简化成一条条代码，把数据传至网上，则一艘真实的游艇将以360°全景的形式“复制”到线上，鲜活再现游艇那动感十足的形线、美轮美奂的外观造型和绚丽多彩的内部装饰。只要服务器不关闭、只要空间和数据在，就可以无限期在线，供更多观众参观、体验，大大提高游艇的品牌价值。

例如2020年的海之蓝云端国际游艇展，展会就以“云端游艇展VR720°全景看艇，给你身临其境的观展体验”为主要卖点，让每一位参观者可以通过虚拟仿真技术切身感受游艇生活的魅力。即使参观者不在展会现场，只要进入展会设置的虚拟空间，也能身临其境地感受游艇的乐趣。通过这些有效实践，表明应紧跟时代信息变化，正视虚拟仿真技术带来的优势，创新已有的固定展示传播模式。

3.3 有利于游艇设计教学模式创新

游艇设计学科是一门实践性偏强的综合学科，这就要求学生必须具备多领域多门类的设计知识，同时还拥有较强的实践应用能力。但是在教学实践中，以理论传授、原理验证为主的传统教学模式已经很难激起学生学习的兴致，学生参与度不高，更无法锻炼其实践应用能力。

而VR技术，相比较传统的教学方式，会使学生在学习中拥有更强的主动性。这种新型教学方式的优势来源于VR技术本身的沉浸感和交互性。在游艇设计教学中采用虚拟仿真技术，可以更好地还原出游艇设计实例场景，学生可以多次重复地进行游艇设计模拟训练，从多角度审视自己的设计方案，而且容错度极高，可以让学生学习过程中拥有更强的参与度，更好地沉浸在整个游艇设计学习过程中。通过虚拟仿真技术，即使学生在学习与实践过程中顺序颠倒、操作失误，也可以复位如初节约成本。目前虚拟仿真技术已经成为一个用于补充常规授课内容的理想工具，无论在国外还是在国内，其在教育领域中的应用都取得了一定的成绩。

随着信息技术应用越来越广泛，传统行业需不断同高新技术进行有效结合，才能保持行业持续积极发展。虚拟仿真技术在游艇设计与教学的应用中效果显著，基于VR技术而构建的游艇虚拟体验系统为虚拟仿真技术体验用户提供了一种身临其境的空间体验感，使体验者能够全身心投入其中。虚拟仿真技术作为新型的演示媒介，不仅能有效促进设计师、游艇公司与船东多方有效交流，更能为游艇品牌产品提供有力的传播和推广。与此同时，还能响应教育部新学科教学改革战略号召，结合教案方案的设计将游艇虚拟仿真系统应用于游艇设计教学项目中，显著提升学生的学习兴趣，助力学院教学工作效果的提升。

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