回转式甲板克令吊和船用遥控式抓斗是散货船在进行散货作业时重要的装卸设备,航海类专业学生和船员应重点掌握克令吊及属具抓斗的工作原理和操作方法。因克令吊及属具抓斗设备结构复杂,操作危险性高,价格昂贵,一般航海类院校和培训机构真机设备保有量相对较少,教学和培训主要以理论课程为主,实操课程大多以视频和简易模型进行讲授,教学和培训效率受到一定的限制。此外,目前关于克令吊及属具抓斗的操作评估缺少统一的设备评估规则和标准,无法对操作人员的操作水平给出科学的评估。因此,很有必要开发一套基于虚拟现实技术的回转式甲板克令吊散货作业训练仿真系统,满足上述克令吊及属具抓斗的教学培训和操作评估的需求。本文对克令吊散货作业训练仿真系统涉及的关键技术进行深入研究,主要工作如下:1.利用改进的质点-弹簧模型对吊货索和吊臂索等柔性绳索进行建模仿真,绳索自然弯曲,柔性仿真较为真实;通过柔性绳索的变形函数,模拟吊货索的起升运动;运用拉格朗日运动方程建立了克令吊的动力学模型,模拟吊臂的变幅运动和回转塔架的回转运动,实现了克令吊的三大运动的仿真。2.建立了抓斗的运动学模型,得到了抓斗斗体不同开度和抓斗底刃挖掘深度的关系,实现了对抓斗的运动控制。3.运用反向动力学技术模拟虚拟人物操作动作,利用碰撞检测技术对克令吊、抓斗、货舱和甲板等船上设备的交互操作进行模拟。4.基于K近邻算法建立克令吊仿真训练智能评估模型,实现了克令吊及属具抓斗的操作训练智能评估。在此基础上,本文参照NMF公司DK V 50028型50t回转式甲板克令吊和40T船用遥控式抓斗开发了回转式甲板克令吊散货作业训练仿真系统,该系统由操作训练子系统和智能评估子系统两部分组成。操作训练子系统对系统三维场景进行建模和显示调度,利用“第一人称角色控制器”完成了场景漫游,对系统的人机交互界面进行了整体设计,对克令吊操作台进行了仿真,实现了克令吊及属具抓斗的交互操作训练。智能评估子系统设计了较为合理的评估要素和评估项目,通过智能评估模型的解算,给予设备操作人员较为公正的评判。综上,本文开发的回转式甲板克令吊散货作业仿真训练系统功能完备,操作方便,可用于克令吊及其属具抓斗设备的教学、培训与评估。