[发明专利]一种面向船舶结构力学的虚拟仿真实验系统及实现方法

说明书

本发明提供了一种面向船舶结构力学的虚拟仿真实验平台及实现方法，平台包括：用户登录管理模块、船型选择模块、虚拟实验流程介绍模块、实验虚拟仿真模块、数据库管理模块、知识学习模块；所述实现方法包括三维实体模型及有限元模型建立、贴图及动画演示、仿真交互模块实现及设计、数据库接口开发、系统架构搭建制作、数据接口及与硬件交互、Web端实现、PC端实现、ART实现。本发明能够模拟船舶在波浪中的弯曲和扭转真实实验场景，使用户沉浸式体验，以达到理论和实践的统一。

技术领域

本发明属于虚拟仿真实验领域，尤其涉及一种面向船舶结构力学的虚拟仿真实验平台及实现方法。

背景技术

随着国家教育部对教育信息化水平提升的要求和推动，将现代计算机技术应用到教学课堂，可以有效提升学生对知识的理解和掌握水平，使得具有低成本、可重复性和良好共享性的虚拟教育课堂逐渐得到应用和推广。实践证明，虚拟现实技术可以有效推动学校课程教学的改革和创新。但是如何将先进虚拟现实技术与基础学科相结合并融入课堂，如何将虚拟场景的构建—力学现象的发生—理论方法学习—数值模拟仿真—专业知识掌握—专业知识应用—工程实践的学习链融入虚拟实验凭条，构建生动的虚拟仿真教学实验平台和高效的课程学习框架，以达到良好的教学实践目的，仍然是目前亟需解决的难题。

面向船舶结构力学知识的学习依然停留在书本知识理论计算的推导，对结构有限元分析相关的基本理论知识、建模、分析等依然停留在书本和基于 2D计算机屏幕并结合视角的旋转来观察计算结果的层面。缺乏有效的理论知识在实际场景中应用的可视化空间，往往容易造成理论与实践的脱节，限制了用户对知识和应用的联想，难以满足工程设计和分析类用户的学习、培训及实践需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种面向船舶结构力学的虚拟仿真实验平台及实现方法，提高用户对船舶结构力学相关知识及虚拟仿真的理解和掌握水平。

一方面为实现上述目的，本发明提供了一种面向船舶结构力学的虚拟仿真实验平台，包括：

用户登录管理模块、船型选择模块、虚拟实验流程介绍模块、实验虚拟仿真模块、数据库管理模块和知识学习模块；

所述用户登录管理模块用于记录用户登录及学习情况；

所述船型选择模块用于选择船舶类型；

所述虚拟实验流程介绍模块用于设置实验操作流程及实验注意事项；

所述知识学习模块用于设置船舶结构力学专业知识及虚拟平台搭建相关知识；

所述实验虚拟仿真模块用于基于所述用户登录及学习情况、所述船舶类型、所述实验操作流程及实验注意事项、所述船舶结构力学专业知识及虚拟平台搭建相关知识，对船舶结构弯曲和扭转的应力及变形位移实时虚拟仿真；

所述数据库管理模块用于储存虚拟仿真的结果信息。

可选地，记录用户登录及学习情况的方法为：

设置登录帐号和密码，所述登录账号为用户账号，基于所述用户账号，记录用户登录及学习情况。

可选地，选择船舶类型的方法为：

设置不同船舶类型数据库，基于船型的主尺度参数，在所述数据库中选择所需船舶类型。

可选地，船舶结构力学专业知识及虚拟平台搭建相关知识包括：

波浪中船体结构承受载计算、船舶结构剪力和弯矩计算、船舶结构弯曲变形响应计算、船舶结构扭转变形响应计算、结构应力应变基本知识及计算方法、船舶结构有限元建模、船舶结构强度有限元分析、虚拟现实环境下模型建立及渲染、虚拟现实环境搭建及渲染、船舶结构CAE分析结果数据库构建、虚拟现实环境船体结构安全评估。

可选地，所述波浪中船体结构承受载计算的方法为：