散貨船配載儀人機界面及三維可視化技術研究

劉揚

摘 要：為了保證船舶散貨裝載操作的質量，應認識到配載儀器的重要性以及局限性，并能結合當前船舶在貨物裝載階段中對于人機界面技術以及三維可視化技術的需要，不斷對配載儀器的性能進行完善，使配載儀器能真正的滿足貨船貨物裝載的需要。本文就散貨船在其貨物配載方面人機界面技術以及三維可視技術進行了分析。

關鍵詞：三維可視；散貨船；配載儀；三維；人機界面

船舶運輸模式在運輸成本、整體運載量方面有其他運輸方式難以企及的優(yōu)勢，船舶運輸一直以來也是貨運以及客運的主要支柱，尤其在貨運方面成績突出。現(xiàn)代船舶制造業(yè)的發(fā)展為船舶運輸提供了技術以及設備基礎，增加了船舶的運載速度以及運載量，但也由于船舶體型過大而在貨物裝載中出現(xiàn)了一定困難。

1船舶散貨裝載階段中配載儀設備人機界面以及三維可視化研究意義

在船舶的發(fā)展中，其體型以及裝載量發(fā)生了顯著的提升，在進行散貨裝載的時候也更為復雜，需要通過相應技術的使用提升船舶裝載工作的質量。從船舶裝載的整個過程來看，其主要包括了散貨的裝載階段、各種貨物的運輸階段以及最后的貨物卸載階段。對于不同規(guī)格的船只而言，這幾個階段也有不同的特點，需要管理人員能在船舶配貨階段做相應的管理工作，保證船只有良好的穩(wěn)定性以及合適的漂浮狀態(tài)，只有這樣才能保證船舶散貨裝載能穩(wěn)定完成。

在實際的船舶散貨裝載階段中，管理工作者要能遵守船舶裝載操作手冊上的各項規(guī)定，根據不同的船舶的特點，在裝載階段中注意貨物的裝載次序、散貨的貨物總量以及在裝載操作進行中船舶的漂浮狀態(tài)。在船舶的運載量增加之后這項計算工作的難度也在增加，使船舶裝載階段的計算更加繁瑣、復雜，這不僅增加了人工的工作量，同時也讓計算工作更容易出現(xiàn)一些錯誤，影響工作效率。而當現(xiàn)代計算設備在現(xiàn)代各領域均有所普及之后，船舶貨物裝載階段的計算工作也逐漸轉由計算機完成，在這種計算設備實現(xiàn)了專業(yè)化生產之后也就孕育出了配載儀設備。

隨著船舶當中配載儀設備性能的不斷增加，這一儀器也逐漸成為了船舶當中的必要輔助設備。在目前船舶規(guī)定當中也要求長度在150米以上的船舶必須要配備配載儀，而通過配載儀的裝配以及使用也確實起到提升船舶貨物裝載效率、降低工人工作量、緩解船員工作壓力的效果。船舶當中的配載儀設備性能在根據裝載階段的實際需要進行完善，現(xiàn)代船舶當中的配載儀設備已經具備對船舶穩(wěn)定性性能、強度數(shù)據以及船舶吃水差數(shù)據的分析，操作人員只需要啟動程序就能完成對相應數(shù)據分析統(tǒng)計。另外現(xiàn)代配載儀在適應性方面也有突出優(yōu)勢，只需要將船舶的裝載階段數(shù)據輸入配載儀設備當中就保證計算操作的質量，而這些數(shù)據通常包括貨物的分布數(shù)據以及船舶油水分布數(shù)據等信息。一旦裝配儀器在操作中發(fā)現(xiàn)計算結果和規(guī)范的裝配標準之間存在差異，裝配一起就會發(fā)出警報。

現(xiàn)代船舶當中的配載儀器的確促進了船舶散貨裝載質量的提升，但是這種配載儀器也存在一些不足，限制了裝配工作質量的提升。大部分的船舶配載儀器在使用中均是以二維圖像的形式展現(xiàn)各種裝載信息的，這在提供了必要的裝載信息的同時卻沒有充分的解決船舶艙室之間的遮擋問題。裝載操作人員也就不能掌握最全面的裝載信息，不但影響了船舶的裝載效率，同時可能導致船舶裝載出現(xiàn)一些問題。因此為了能實現(xiàn)船舶散貨裝載階段質量的提升，現(xiàn)代配載儀器的優(yōu)化工作已經開始從三維可視技術以及人機界面方面著手，讓船舶貨物裝載工作更為順利。

2三維可視化工具分析

隨著計算機技術和可視化技術的發(fā)展，用戶對實時渲染的三維場景真實感的要求越來越高，而且場景也越來越復雜。如果直接使用底層的圖形設備接口來完成實現(xiàn)較為真實的三維場景，存在開發(fā)周期長、復雜性大、維護困難等問題。為了解決上述問題，提高實時的三維渲染技術，研究人員設計開發(fā)出了一些高性能的三維渲染引擎，如Delta3D、OGRE、OSG、VTK、Unity3D等。渲染引擎的主要作用是優(yōu)化遍歷和渲染三維模型。

Delta3D作為一個較為優(yōu)秀的渲染引擎，正是由于其設計開發(fā)底層的標準化，融合了OSG渲染引擎，主要用于游戲開發(fā)、仿真、虛擬現(xiàn)實和一些圖象處理軟件，而且該引擎還允許其他人員進行二次開發(fā)。OGRE通過接口來實現(xiàn)對場景圖的操作，所以操作圖形的具體算法實現(xiàn)可以由用戶自主定義丌發(fā)。也就是說，OGRE只是通過API來操作場景圖，進而忽略了具體的算法實現(xiàn)。VTK是一個可視化函數(shù)庫，主要用來實現(xiàn)三維計算機圖形、數(shù)字圖像處理、虛擬現(xiàn)實等功能。這些開源的三維渲染引擎，幾乎都是以OpenOL三維函數(shù)庫為基礎，采用面向對象的設計方法發(fā)展起來的。但是實現(xiàn)工程的邏輯一般都比較復雜，沒有可視化的界面，尤其是當模型較多。Unity3D12001擁有強大的場景編輯和高質量的場景渲染功能。通過可視化的操作界面，簡單高效的腳本編輯功能就能夠實現(xiàn)很多的功能。

3配載儀人機交互界面的設計

隨著軟件開發(fā)技術日益成熟，軟件產業(yè)的發(fā)展越來越快，同類型的具有大致相同功能的軟件數(shù)量也與日俱增。散貨船配載軟件也是如此，有很多的機構開發(fā)出不同的產品。從總體上來說，配載儀既然能夠通過船級社的認可，那么核心計算功能的精度都能滿足規(guī)范的要求。對于后期開發(fā)的配載軟件能夠吸引用戶，提升用戶的體驗度十分重要，這就要求開發(fā)的軟件易學、易用。為了讓新用戶快速掌握軟件的使用方法，那么這些功能就應該能夠容易被發(fā)現(xiàn)和操作。有人曾經說過，軟件中使用者沒有發(fā)現(xiàn)的功能，相當于這個軟件沒有這種功能。做到軟件易學易用，用戶應該能僅僅通過界面就知道軟件具有的功能。軟件的功能區(qū)應該劃分明確，操作方式與方法與用戶原有的對軟件的操作理念一致，采用用戶體驗度較高的界面風格，這樣用戶才能容易接受。

配載軟件功能完善了很多，功能劃分較為合理。整體的界面清晰直觀，分為兩個主界面，軟件初始運行時自動加載一個界面，這個界面包含了傳統(tǒng)配載儀的表格，在表格中對艙室按類型進行劃分，但是切換不夠方便，只能通過界面上方的三級菜單按鈕進行切換。表格的下方對應顯示表格中各個艙室的裝貨量，顯示方式為圖示顯示，每種類型的艙室顏色不同，顏色搭配比較合理，并且圖示會隨著表格中選項的改變而高亮顯示。

4結束語

船舶運載量的上升為貨運工作質量的提升創(chuàng)造了基礎，但從另一方面而言也對散貨裝載提出了更高難度，需要船舶裝載操作能在遵守相應制度的基礎上保持較高的操作效率。因此船舶當中裝配儀器的發(fā)展要能以船舶的實際需要為基礎，不斷的對人機界面以及設備的三維可視化進行優(yōu)化，通過這些方面性能的優(yōu)化而實現(xiàn)船舶裝載質量的提升。

參考文獻：

[1]張東洋.散貨船配載儀人機界面及三維可視化技術研究[D].大連海事大學，2015.

[2]吳海波.散貨船配載儀中自動配載及吃水差調整研究[D].大連海事大學，2016.

[3]張宏娟，顧解忡.縱傾優(yōu)化技術在配載儀軟件中的實現(xiàn)[J].船舶，2017，28（3）：21-25.

[4]楊洲.船舶裝卸重大件貨物方案設計研究[D].大連海事大學，2015.

[5]鄧麗.艙室人機界面布局設計與評估優(yōu)化方法研究[D].西北工業(yè)大學，2016.