[發明專利]一種面向船舶結構力學的虛擬仿真實驗系統及實現方法

有效

• 申請號: 202210337621.3
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114676614B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李春通;王德禹;馬寧;蔡忠華;師桂杰;崔進舉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06T17/20;G06T19/00;G09B19/00;G06F111/18;G06F119/14
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 方亞兵

本發明提供了一種面向船舶結構力學的虛擬仿真實驗平臺及實現方法，平臺包括：用戶登錄管理模塊、船型選擇模塊、虛擬實驗流程介紹模塊、實驗虛擬仿真模塊、數據庫管理模塊、知識學習模塊；所述實現方法包括三維實體模型及有限元模型建立、貼圖及動畫演示、仿真交互模塊實現及設計、數據庫接口開發、系統架構搭建制作、數據接口及與硬件交互、Web端實現、PC端實現、ART實現。本發明能夠模擬船舶在波浪中的彎曲和扭轉真實實驗場景，使用戶沉浸式體驗，以達到理論和實踐的統一。

技術領域

本發明屬于虛擬仿真實驗領域，尤其涉及一種面向船舶結構力學的虛擬仿真實驗平臺及實現方法。

背景技術

隨著國家教育部對教育信息化水平提升的要求和推動，將現代計算機技術應用到教學課堂，可以有效提升學生對知識的理解和掌握水平，使得具有低成本、可重復性和良好共享性的虛擬教育課堂逐漸得到應用和推廣。實踐證明，虛擬現實技術可以有效推動學校課程教學的改革和創新。但是如何將先進虛擬現實技術與基礎學科相結合并融入課堂，如何將虛擬場景的構建—力學現象的發生—理論方法學習—數值模擬仿真—專業知識掌握—專業知識應用—工程實踐的學習鏈融入虛擬實驗憑條，構建生動的虛擬仿真教學實驗平臺和高效的課程學習框架，以達到良好的教學實踐目的，仍然是目前亟需解決的難題。

面向船舶結構力學知識的學習依然停留在書本知識理論計算的推導，對結構有限元分析相關的基本理論知識、建模、分析等依然停留在書本和基于 2D計算機屏幕并結合視角的旋轉來觀察計算結果的層面。缺乏有效的理論知識在實際場景中應用的可視化空間，往往容易造成理論與實踐的脫節，限制了用戶對知識和應用的聯想，難以滿足工程設計和分析類用戶的學習、培訓及實踐需求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種面向船舶結構力學的虛擬仿真實驗平臺及實現方法，提高用戶對船舶結構力學相關知識及虛擬仿真的理解和掌握水平。

一方面為實現上述目的，本發明提供了一種面向船舶結構力學的虛擬仿真實驗平臺，包括：

用戶登錄管理模塊、船型選擇模塊、虛擬實驗流程介紹模塊、實驗虛擬仿真模塊、數據庫管理模塊和知識學習模塊；

所述用戶登錄管理模塊用于記錄用戶登錄及學習情況；

所述船型選擇模塊用于選擇船舶類型；

所述虛擬實驗流程介紹模塊用于設置實驗操作流程及實驗注意事項；

所述知識學習模塊用于設置船舶結構力學專業知識及虛擬平臺搭建相關知識；

所述實驗虛擬仿真模塊用于基于所述用戶登錄及學習情況、所述船舶類型、所述實驗操作流程及實驗注意事項、所述船舶結構力學專業知識及虛擬平臺搭建相關知識，對船舶結構彎曲和扭轉的應力及變形位移實時虛擬仿真；

所述數據庫管理模塊用于儲存虛擬仿真的結果信息。

可選地，記錄用戶登錄及學習情況的方法為：

設置登錄帳號和密碼，所述登錄賬號為用戶賬號，基于所述用戶賬號，記錄用戶登錄及學習情況。

可選地，選擇船舶類型的方法為：

設置不同船舶類型數據庫，基于船型的主尺度參數，在所述數據庫中選擇所需船舶類型。

可選地，船舶結構力學專業知識及虛擬平臺搭建相關知識包括：

波浪中船體結構承受載計算、船舶結構剪力和彎矩計算、船舶結構彎曲變形響應計算、船舶結構扭轉變形響應計算、結構應力應變基本知識及計算方法、船舶結構有限元建模、船舶結構強度有限元分析、虛擬現實環境下模型建立及渲染、虛擬現實環境搭建及渲染、船舶結構CAE分析結果數據庫構建、虛擬現實環境船體結構安全評估。

可選地，所述波浪中船體結構承受載計算的方法為：