船员队伍的建设包括船员的培训、考试、发证以及船员管理等一系列模块，其中船员培训工作的好坏直接关系到船员能否适任船舶实际工作，是船员队伍建设的重要组成部分。现行的船员培训模式基本停留在以文本、照片、幻灯片等静态素材为主的传统培训阶段，与船舶技术飞速发展形成了巨大的反差，且现有培训模式主要存在经济成本较高、具有一定的危险性、学员实际动手能力的培训效果较一般等问题。随着科技的不断发展，虚拟现实技术已逐步应用于医疗、军事、工程、航空、教育等领域，这为虚拟现实技术引入到航海领域打下良好基础。结合业已成熟的航海模拟技术，利用最新的虚拟现实理论、人工智能理论、协同交互算法等，开发一套基于虚拟现实技术的海船船员综合仿真训练系统以提升船员培训效果是十分必要且亟需解决的问题。该系统是一个能够实现人机交互、具有高沉浸感的全方位虚拟体验的三维教学实训平台，不仅实现船舶各区域的主要结构、舱室、设备等的建模与漫游功能，还可以通过刚体、柔体、流体、特效等的复杂场景动态演化过程逼真模拟，提供用户出色、流畅的三维航行环境，能够有效的提高船员培训的实操性、交互性和智能性。

采用模块化程序设计思想，可以将船舶仿真系统分为以下子系统：整船基础框架子系统、船舶运动数学模型子系统、驾驶室虚拟现实交互及训练子系统、救生设备虚拟现实交互和训练子系统、消防设备虚拟现实交互和训练子系统、甲板设备虚拟现实交互和训练子系统。各个子系统功能设计如下。

2.1整船基础框架子系统

以实船为母型船建立整船三维模型，主要有：（1）船体三维模型，包括船壳板、球鼻艏、货舱、螺旋桨、甲板等；（2）船舶上层建筑三维模型，包括外楼梯、罗经甲板、驾驶甲板、艇甲板、起居甲板、游步甲板、走廊、船首楼、桥楼等；（3）区域及舱室，包括船艏区域、船尾区域、货舱区域、二氧化碳室、引水室、典型船员舱室等。同时开发二维导航模块及信息显示模块。二维导航模块实现主要区域及舱室的快速切换；信息显示模块可以在船员训练时，显示辅助信息、提示信息。

2.2船舶运动数学模型子系统

提供实船运动数学模型，船舶运动数学模型包括影响船舶运动的各种效应（车、舵、风、流、岸壁效应等），根据车、舵的操作，航行环境信息（风、流、潮汐等），实时解算船舶的运动参数（船位、航向、速度、航向变化率、加速度等）。

2.3驾驶室虚拟现实交互及训练子系统

对驾驶室内设备建模，包括操舵控制台（包括舵轮、舵机控制面板、操舵方式转换面板等），综合控制台（紧邻操舵控制台，包括车钟、主机遥控面板等），航行灯及甲板灯控制面板，海图桌（在其上面包括子母钟、气压表、纸版海图、部分航海图书资料等），电子海图（包括显示屏、操作面板）等；可实现驾驶室内三维漫游、驾驶室内车、舵、航行灯等主要设备的三维交互操纵。

2.4救生设备虚拟现实交互和训练子系统

构建包括救生艇、救生筏以及救生圈、救生衣、救生信号、无线电设备等主要船舶救生设备的三维模型，可实现救生设备及区域场景的漫游、查看及交互操作。

2.5消防设备虚拟现实交互和训练子系统

构建包括消防控制站、二氧化碳间、水灭火设备（包括消防皮龙箱、国际通岸接头等）、消防员装备、EEBD、手提式灭火器在内的主要消防设备的三维模型，可实现消防设备及区域场景的漫游、查看及交互操作。

2.6甲板设备虚拟现实交互和训练子系统

构建锚机、缆机、货舱、舷梯等模型，并实现三维场景漫游以及锚机启动、收放锚链、收放舷梯等交互操作。

2.7视景子系统

视景子系统包括重点岸形地貌模型、岸上主要建筑物模型、助航标志模型等视景模型的建立，船舶周围场景的模拟以及天气条件的模拟等。可以模拟显示船舶周围的海面场景、港口场景以及模拟显示天空，雨、雪、雾等效果，可模拟24小时连续白天、晚上效果等；

1.海洋环境可视化

2.柔性物体模拟

3.虚拟化身技术

4.碰撞检测

5.虚拟场景漫游

（1）该系统基于最新的虚拟现实技术，基本实现了船舶整体和几乎所有设备的3D建模，并利用GPU并行加速技术实现了复杂场景的逼真模拟，三维场景面片数超过1千6百万。

（2）采用虚拟漫游及交互技术，实现了船舶各区域场景及各舱室房间的无缝漫游，可以借助虚拟船舶实现船舶关键场所及关键设备的结构组成、外观辨别等知识点的讲解。

（3）实现船舶关键设备的人机交互操作，在完成教学任务的同时显著增加了模拟操作的真实感官体验及沉浸感。

（4）在完成实验教学的基础上，尝试引入智能评估体系，结合“互联网+”的优势，为远程考试系统的研发打下良好基础。