虚拟现实在船舶行业的实践

2009-7-3 作者: 严睿 陈同江 来源: e-works

关键字: 武昌船舶 虚拟现实 应用案例 Quadro NVIDIA 

本文主要介绍武昌船舶重工有限责任公司采用NVIDIA Quadro系列产品,将虚拟现实技术应用在船舶建造中的实践体会。其中重点介绍了Quadro专业显卡在船舶的模拟仿真、多通道同步仿真视频制作和后续异步演示中的应用情况。

  1、概述

 

  船舶产品规模大,制造周期长,在激烈的市场竞争中,如何提高船舶产品质量、加快设计开发及缩短建造的周期是船舶制造业面临的关键问题,利用虚拟现实技术,对船舶建造过程加以可视化已经成为企业提高竞争能力的重要武器。


图1 大连海事教学实习船效果图

  武昌船舶重工有限责任公司(以下简称“武船”)从2000年开始,在国内造船行业率先开展了船舶虚拟仿真方面的建设、研究与应用,并取得了一定应用成果。但随着船舶CAD建模率的不断提高,产品模型数据量不断增加,全船CAD三维建模三角面片数量均在700万以上,原有的计算机图形处理运算能力难以满足公司船舶虚拟仿真应用的需求,在处理大模型数据时,渲染时间长,宕机现象屡有发生。

  针对船舶虚拟仿真过程中硬件能力存在的不足,武船在船舶虚拟制造体系的建设过程中,引进了以NVIDIA®(英伟达™)Quadro®(以下简称NVIDIA Quadro)专业显卡为核心的图形工作站和NVIDIA Quadro PLEX可视化图形处理系统,与企业原有多通道立体投影系统、中控系统等实现了功能集成,在招投标、建造工艺仿真和可视化展示三阶段,开展船舶多媒体异步/同步可视化仿真等方面的研究,取得了可喜的成绩,目前已在公司多个主导船舶产品上得到广泛应用。

 

  2、异步仿真 拓展市场

 

  所谓虚拟现实(Virtual Reality,简称VR),是利用电脑模拟产生一个三维的虚拟世界,通过对视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境 。在虚拟环境下,对船舶的设计、制造、仿真、性能进行模拟,其最大优势在于:在设计阶段就能让设计人员与最终用户在虚拟空间中提前体验到产品的性能,设计人员可通过对制造过程的可视化仿真,对工艺过程提前分析评价。

  虚拟现实技术首先应用于船舶招投标阶段的异步仿真方面。

  在船舶开始建造之前,根据用户的需要制作出成品船的渲染图,并将其合成为视频。主要告诉船东:船在什么地方造、建造的大致过程以及建成后的外观、内装等情况。即利用虚拟现实技术将最终的成果提前展示在客户面前,给客户身临其境的感受。这个阶段主要采用异步仿真模式,通过使用Maya、3DMAXS、Division Mockup等软件完成船体的造型设计、建模、动画设计、录制分镜头动画和渲染输出、合成视频文件以及后续的音乐音效处理等多个环节。图2即为在投标阶段就提交给船东的多用途海洋工程船的仿真效果图。


图2 深潜水工作母船仿真效果图

  异步仿真对计算机终端的GPU和CPU要求都很高。复杂模型在考虑灯光、材质等诸多因素的渲染,一般需要的时间较长,图卡的性能和整机的稳定性是顺利完成工作的关键。如:在新型VS483海洋工作平台船的建造过程中,武船用四台装有NVIDIA Quadro FX3500专业图卡的HP xw6400工作站作为虚拟现实平台的异步渲染节点,大大提高了处理大数据量场景渲染的能力,有效减少了使用MAYA,3DMAXS处理大模型数据时出现的“宕机”现象,不但缩短了渲染时间,而且提高了渲染的质量。


图3 NVIDIA Quadro FX3500产品图

  取得这样的效果是因为Quadro FX系列高性能专业图形显卡,在着色、过滤、纹理和混合等方面的性能强劲,不但有效提高了图像清晰度,保证了视像处理的效果图像品质,而且针对MAYA,3DMAXS、Division Mockup等专业软件提供了专门的优化方案,在提高系统稳定性方面功不可没。




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责任编辑:熊东旭