摘 要

随着人类进入21世纪，计算机技术发展迅速，出现了虚拟现实、计算机图形学、人机界面技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等新技术。虚拟现实技术又称“精神技术”。虚拟现实(VR)包括仿真环境、感知、自然技术、传感设备等。船用辅助锅炉是船舶动力装置的重要组成部分，也是实现船舶机舱附件自动控制的最早装置之一。本文旨在利用虚拟现实技术和3D建模来塑造船舶辅锅炉系统，有助了解船舶辅锅炉系统的运行和组成及其他动力装置的虚拟研究。

本论文是以立式燃油辅锅炉L8K0.15--0.5为研究对象，利用3dsmax软件来建立出口阀、给水阀、热水井、压力表、上排污阀、安全阀、风机、油泵、水位计、下排污阀、压力控制器、锅壳、烟管等主要设备的三维模型，包括：纹理、材质及光照效果设计。最后将制作出的船舶辅锅炉系统三维模型与其他同学制作的控制箱模型进行整合，完成船舶辅锅炉系统的整体模型。

关键词：船舶辅锅炉系统；三维建模；虚拟现实；3dsmax；

Abstract

As human beings enter the 21st century, computer technology has developed rapidly, and new technologies such as virtual reality, computer graphics, human-machine interface technology, multimedia technology, sensing technology, and network technology have emerged. Virtual reality technology is also known as "spiritual technology" and "cyber space." Virtual Reality (VR) includes simulation environment, perception, natural technology, and sensing devices. Marine auxiliary boiler is an important part of the ship's power plant, and it is also one of the earliest devices to achieve automatic control of ship engine room accessories. The purpose of this paper is to use virtual reality technology and 3D modeling to model the ship's auxiliary boiler system, which helps to understand the operation and composition of the ship's auxiliary boiler system and the virtual research of other power plants.

This paper is based on the vertical fuel auxiliary boiler L8K0.15--0.5 as the research object, using 3dsmax software to establish the outlet valve, water supply valve, the upper sewage valve, the next sewage valve, safety valve, fan, oil pump, hot water wells, water level Three-dimensional models of gauges, pressure gauges, pressure controllers, pot shells, smoke tubes, and other major equipment, including textures, materials, and lighting effects. Finally, the three-dimensional model of the ship auxiliary boiler system produced is integrated with the control box model produced by other students to complete the overall model of the ship auxiliary boiler system.

Key words: ship auxiliary boiler system; 3D modeling; virtual reality; 3dsmax;

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究的背景及研究意义 1

1.2 虚拟现实技术国内外研究现状 1

1.2.1虚拟现实技术国外研究现状 1

1.2.2虚拟现实技术国内研究现状 2

1.3本次毕业论文的主要研究内容与技术手段 2

第二章 三维建模常用软件及虚拟现实技术介绍 3

2.1常见三维建模软件 3

2.1.1Solidwork 3

2.1.2 SOFTIMAGE 4

2.1.3 3ds max软件介绍 5

2.2虚拟现实技术介绍 6

2.3本章小结 7

第三章船舶辅锅炉概述 7

3.1船舶辅锅炉概述 7

3.2本章小结 7

第四章 基于3ds max的船舶辅锅炉系统三维建模 8

4.1建模对象 8

4-1立式燃油辅锅炉L8K0.15--0.5 8

4.2 3dsmax工作界面介绍 8

4.3船舶辅锅炉建模 11

4.3.1锅壳建模 11

4.3.2阀的建模 12

4.3.3管路弯曲连接处的建模 14

4.3.4水位计的建模 15

4.3.5压力表的建模 16

4.3.6电机的建模 18

4.3.7油泵的建模 20

4.3.8热水井的建模 21

4.4渲染材质 23

4.4.1样本部分 24

4.4.2材质的参数面板和设置贴图部分 25

4.5本章小结 25

第五章总结与展望 25

5.1总结 25

5.2工作展望 26

5.3本章小结 26

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

本毕业设计是利用3dsmax软件对船舶辅锅炉系统进行三维建模，包括：纹理、材质及光照效果设计和动画演示。最终是将利用3dsmax制作出的船舶辅锅炉系统三维模型与其他同学制作的控制箱模型进行整合，完成船舶辅锅炉的整体模型。

1.1研究的背景及研究意义

随着船舶技术水平的不断发展和提高，船舶管理人员的技术要求越来越高。加强船舶管理人员的作业能力和管理能力是海事界的共识。船舶辅锅炉是船舶重 要的辅机之一,船舶辅锅炉也是船舶动力装置的重要组成部分，它所产生的饱和蒸汽用于驱动蒸汽辅机、加热燃油、滑油以及满足日常生活需要。对船舶辅锅炉进行建模，在建模过程中能够了解船舶辅锅炉附件的构造和在整个船舶辅锅炉系统运行原理。比如在对水位计的建模过程中让我知道了水位计的构成和注意事项，水位计是由玻璃管、止回阀、冲洗阀、通汽阀、通水阀组成，工作水位一般处于水位计的中段，其中通汽阀、通水阀、冲洗阀处于常开状态。水位计的注意事项是通汽阀和通水阀同时关闭的时间要尽量短，以防止周围空气使玻璃管冷，在随后通入水、汽时玻璃骤然变热而破裂。在换新玻璃时，也应该提前开启通汽阀，让玻璃暖一下，再开大通汽阀和通水阀。因此,对船舶辅锅炉系统进行三维模建模是必要的。本设计利用3D建模技术实现对船舶辅锅炉三维模型开发。

1.2 虚拟现实技术国内外研究现状

在1950年左右，一些作家就开始在自己的作品中提出虚拟现实方面的设想。最具有代表意义的是，美国科幻作家雷·道格拉斯·布莱伯利在1951年出版的科幻小说《图案人》里讲述了一对小朋友在虚拟苗圃中发生的故事。而弗里德里克·波尔（Frederik Pohl）在1955年出版的短篇科幻小说《The Tunnel Under the World》里讲述男主人公意外的进入个虚拟市场营销陷阱，每天做着同样的事情，这就是虚拟现实的雏形。时至今日，虚拟现实技术已经成为现实，无论是Oculus Rift以及HTC Vive之类的高端虚拟现实设备，还是如谷Cardboard之类的简单产品，虚拟现实技术正在逐步走进人们的生活。

1.2.1虚拟现实技术国外研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地。在1940年，美国政府正式进行虚拟现实技术的研究与探索，并首次将VR技术应用到现实中，在对飞行员、宇航员的训练中取得非常大的成效，然而随着苏联解体，冷战结束，美国军方的军费开支大大缩减，虚拟现实技术的发展遇到了阻碍，但是由于虚拟现实技术在当时已经初具雏形，许多民用科技公司开始拾起这一交接棒，开始探索虚拟现实技术在其他领域的可能性，从此，虚拟现实技术开始逐渐踏入民用领域。截至到今天为止，虚拟现实技术的发展建树颇丰：英国布里斯托尔公司发现,VR应用的交叉点应该集中于集成技术,它在软件和硬件的某些领域处于关键地位。德国在VR的应用方面取得很大的成果。美国国立精神卫生研究所应用 VR 技术研究治疗创伤后应激综合征 ( PTSD) ，已经取得良好效果；伊利诺伊卫斯理大学的研究人员应用 VR 技术研究人们的性行为选择，来研究如何降低HIV的传播。

1.2.2虚拟现实技术国内研究现状

在国内，对于VR技术的研究正式开展于1990年左右，时至今日，虽然虚拟现实现实技术已经经历过一波大发展和洗牌，但是虚拟现实技术在中国的研究距一些发达国家还有很长的路要走。随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的飞速发展,虚拟现实技术引起了一大批有识之士的注意，并引起了中国各行各业的对VR和虚拟场景模型研究和使用的广泛关注，分布式VR系统发展正在深入和广泛地进行。国防科技委员会将虚拟现实技术研究列为重点研究项目。国内许多研究机构和高校也在开展虚拟现实技术的研究和应用，取得了一些良好的研究成果。

1.3本次毕业论文的主要研究内容与技术手段

本设计是以立式燃油辅锅炉L8K0.15--0.5为原型，利用3ds Max工具软件制作船舶辅锅炉系统的各个组成部分的三维模型，结合实际条件对以下方面进行具体研究。

1以式燃油辅锅炉L8K0.15--0.5为建模对象，建立三维模型，包括：纹理、材质及光照效果设计。

2学习3DS MAX工具软件,掌握其基本操作方法以及各功能界面的,并了解其软件优势,如,3DS MAX可以提供强大的建模功能:各种方便、高效、快捷的建模方法和工具等。

3利用学校图书馆及网络资源查阅相关资料和文献，了解国内外虚拟现实技术、3ds MAX建模技术的发展现状。

4采用3ds max三维建模软件进行建模。

5了解船舶辅锅炉系统的结构组成和运行原理，一边能够快速的对船舶辅锅炉进行。

第二章 三维建模常用软件及虚拟现实技术介绍

2.1常见三维建模软件

2.1.1Solidworks

SolidWorks是由Dassault Systemes S.A的子公司制造的3D建模软件。该公司总部位于马萨诸塞州。最初的目标是为每个工程师的桌面提供一系列高生产力的实体模型设计系统。第一个SolidWorks 3D机械设计软件于1995年发布，并且在2010年已经拥有全球办事处。SolidWorks软件是世界由第一基窗口开发的三维CAD系统。在过去的两年中,SolidWorks已经成为CAD/CAM行业中最赚钱的公司,因为创新能够满足CAD技术的发展趋势和趋势。得益于良好的财务状况和用户支持,SolidWorks每年有几十甚至几百项技术创新,公司赢得了很多奖项。从1995到1999,该系统被授予CAD计算机系统CAD评价一等奖。从1995到现在,共颁发了17项国际奖项。1999,Cadence CAD专业杂志荣获SolidWorks的SolidWorks的创新、活力和简约的最佳编辑奖。到目前为止,SolidWorks一直遵循三个易用性，稳定性和创新原则已得到充分实施和验证。这意味着设计人员大大缩短了设计时间，并且产品在市场上得到了快速有效的投入。图2-1显示了SolidWorks2012启动时的界面。

2-1SolidWorks2012启动界面

Solidworks软件功能强大，有许多组件。SolidWorks具有三大优点:强大、易于学习、易于使用和技术创新,使SolidWorks成为领先的标准3D CAD解决方案。SolidWorks可以提供不同的设计方案,减少设计过程中的错误,提高产品质量。SolidWorks不仅提供了如此强大的功能,而且也很容易学习。并且适用于每个工程师和设计师结合强大的设计功能和易于使用的操使用SolidWorks(包括SolidWorks中的拖放操作、定点/切割、切割和粘贴),完整的产品设计是100%可编辑的,是零件设计和装配设计。绘图和绘图之间的完全关联。。图2-2为利用SolidWorks软件制作的自行车模型。

2-2利用SolidWorks制作的模型

2.1.2 SOFTIMAGE

SofTime3D是一款可以在SGI工作站和WindowsNT平台上运行的高端三维动画系统。它被世界动画师在电影、互动制作市场中和电视使用。由SOFTIMAGE 3D创作和制《泰坦尼克号》、《第五个元素》和《失落的世界》中的许多电影都是由SimTimes 3D制作的,创造出惊人的视觉效果。SimTime3D的界面有两个版本,可以在Windows NT和SGI系统平台上运行。接口是相同的。它包括四个部分:模块,状态栏，窗口和菜单栏。图2-3显示了SOFTIMAGE 3D工作界面。

2-3SOFTIMAGE 3D工作界面

通过动画师设计的方便高效的工作界面，动画工具，高速高质量的图像创建功能，赋予了非常自由的想象力，可以创作出完美逼真的作品。图2-4为利用SoftImage 制作出的小狗模型。

2-4利用SoftImage 制作出的小狗模型

2.1.3 3ds max软件介绍

3ds max是PC平台上最流行和广泛使用的3D制作软件。它是由美Autodesk公司的子公司discreet开发的基于Windows NT操作平台的3D制作软件。该软件已有10多年的历史，它的前身是在PC DOS平台上运行的3D工作室。在Windows NT出现之前,该行业的CG级生产被SGI图形工作站所垄断。3D Studio Max 和Windows NT的结合降低了CG产生的阈值,首先在计算机游戏中使用动画,然后开始参与特殊的电影和电视电影,如X战警II,最后战士等。经过慎重的3DS MAX 7,正式更名为Autodesk 3DS MAX,最新版本的3DS MAX 20183DS MAX有许多优秀的功能。例如,基于PC系统的低配置要求,安装插件可以提供不可用的功能(例如,在6版本不提供头发功能之前),并增强原始功能，强大的动画能力和堆砌建模步骤，使生产模型非常有弹性，“标准化”建模，针对建筑建模领域相较其它软件有很大优势。它比其他软件有很大的优势。3DS MAX软件广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学等领域。图2-5为3ds max的启动界面。

2-53ds max的启动界面

3ds max与Solidworks和Softimage有一些的差距，但由于其功能全面，硬件要求低，价格低廉，在低端3D制作软件市场无敌，广泛应用于游戏和工业建模。其优点如下:1提供强大的建模功能:具有各种方便、快捷、高效的建模方法和工具。提供了多边形建模、放样、表面建模等有效的建模手段，使模型创建工作变得轻松有趣。2易学易用，操作简便:具有个性的工作界面，随意定制，各种工具方便易用。3特殊效果和渲染能力强:提供高级的动画制作和渲染能力，增强了渲染的质量，提高了创作的交互性和可视性。4兼容性好:各种特殊的建模插件可以方便的导入3ds max中，8.0以后的版本更加增强了对DirectX的支持，使设计者能够方便的对虚拟场景进行实时的更新和渲染。图2-6为利用3ds max软件制作的模型。

2-6利用3ds max软件制作的模型

2.2虚拟现实技术介绍

虚拟现实技术是人们通过计算机和配套的相关软件程序对编写的大量繁琐参数和数据进行可视化处理与人机交互相互交流获得信息的一种全新的体验。虚拟现实这个词语中的“现实”并不是指的是现实生活中的真实环境，而是对现实世界中存在的理论意义与实际意义上存在的事物与环境的总称。其模拟的事物可能是现实生活中可接触了解的，也可是现实生活中难以接触或十分少见无法有直观感官上的感受的事物及场景。而“虚拟”指的是用计算机软件对相关实物通过软件进行编程生成的一种由数据生成的特殊虚拟的环境。。使用者可以通过可视化设备等特殊浸入式设备将自身“投射”至模拟的虚拟环境中，并通过相关的设备与指令对虚拟空间和环境进行操作与控制，以达到自己对虚拟空间的要求与预想即使用者能根据自身所想来对虚拟环境进行控制与交互。

虚拟现实技术所创造出的空间与环境不是真实存在的，它仅仅是利用电脑系统与程序创建出的使用交互式三维图形模型的能与使用者进行相关互动的平台。就像如今人们经常使用的windows操作界面的窗口及鼠标操作模式一样，虚拟现实技术是为使用者提供一个更加高效、方便、简洁的使用及操作平台。使用者可以通过相关设备与装置浸入到由软件系统构建出的虚拟空间中，在相关设备和软件的作用下使用者感官进入至由软件创建的可实时交换数据的虚拟空间中，通过虚拟环境中的数据交互和控制，给用户的感官带来深刻的感受。

虚拟现实技术是一种综合了多种高新科技的复合型新兴科技，它将计算机技术作为主体，结合利用了计算机三维立体建模技术、模拟仿真技术、传感技术、人机交互技术等来生成一个接近真实的三维感官世界，可让使用者以自己的视角及感官利用整个系统所具备的功能及相关设备，对所置身于的虚拟环境进行观察和调控。

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