摘要： Web3D 技术 在海船轮机员实操训练和考核评估中的应用是一种创新和突破。利用 Web3D 技术 建构具有交互功能的船舶电站三维场景，采用 PHP 动态网页技术，结合 Ajax 信息传送，以及 Apache 服务器和 MySQL 数据库的使用，设计并实现了 Web3D 船舶电站在线考核评估系统。从系统设计原理的分析、在线考核评估系统功能的介绍、学员在线考核评估过程和教师评阅过程的实现，全面阐述该系统的整体结构及其使用功能。系统经海事主管机关的测试、应用后，取得令人满意的效果。

0 引 言

目前， 广泛应用于轮机员适任证书考试实操训练和评估考核的 船舶 电站模拟器， 是一种采用软硬件结合、有力感、物理量式 的 模拟器 [ 1 ] ， 该模拟器在各等级轮机员实操培训和评估考核中发挥着巨大的作用，取得的成效是有目共睹的 [2] 。但，这种物理量式的模拟器， 在培训 和评估 过程 中也一些问题， 如：工作稳定性 有待提高 ， 系统 可扩展功能 较为薄弱 、二次开发 稍显不足 等 [ 1 ] 。加 之 训练 和评估时 人数 和 地点 的 限制 [2] ， 一定程度上影响学员的培训质量和考核评估工作，削弱 船舶 电站 模拟器应 有 价值的发挥。 随着网络技术、计算机图形技术、多媒体技术、特别是 Web3D 技术的快速发展 [3] ， 利用这些 技术 建构 船舶 电站三维场景，基于功能强大的网络技术，设计适用于网上实操训练和评估考核之用的虚拟船舶电站三维场景以及在线考核评估系统，是虚拟现实技术在 船员实操训练和考核评估 领域的一种突破和创新性应用。利用 Web3D 船舶电站 在线考核评估系统，在模拟真实环境下， 实现 船舶电站实操项目 实时、交互 式的 仿真 训练和评估工作 ，具有明显的优势及其重要意义 。

1 Web3D船舶电站的建立和交互过程的实现

1.1 Web3D 船舶电站三维虚拟场景的构建

Web3D 船舶电站三维场 景的构建及交互过程是通过如下方式实现的：电站三维场景的建模和构建运用了 Web3D 技术及三维网络建模语言 VRML [3,4] ，采用三维图形编辑器 VrmlPad 、 Web3D tools 构建配电板上简单部件的三维模型，使用 3DS MAX 构建配电板上复杂部件三维模型 [5] ，利用第三方 可视化建模 软件 Web3Dtools 将各建好配电仪器仪表和面板部件的三维模型进行组合，通过 VrmlPad 编辑器进行 优化， 压缩转换成 VRML 文件 [6] （ .wrl 格式） ，实现船舶电站三维场景建构。图 1 是船舶电站的核心部分主配电板三维立体效果图。

1.2 Web3D 船舶电站操作训练项目交互过程与网上发布的实现

模拟真实环境实现海事主管机关有关轮机员适任评估考试船舶电站各实操项目交互式仿真操作训练和考核评估，主要采用如下技术路线实现：基于已建好的船舶电站三维场景，利用 VRML 语言的事件机制与路由机制 [6,7] ，结合 JavaScript 编写的脚本程序，通过交互工具（鼠标和键盘），依照船舶电站各操作项目的操作步骤要求和相关逻辑，实现模拟真实环境下的仿真操作训练及评估考核工作。为了达到实现远程、网络式训练和在线评估之用，将具有交互功能的虚拟船舶电站 VRML 文件（ .wrl 格式） 嵌入在 HTML 网页进行网上发布， 用户 在远程的 PC 机上 安装 Web3D 厂商提供的驱动渲染插件 ，通过客户端 IE 浏览器，便可在所建三维船舶电站进行 实时、动态、交互 式的访问以及各项操作训练与评估。

2 Web3D船舶电站在线考核评估系统的设计与实现

2.1 在线考核评估系统的功能

Web3D 船舶电站在线考核评估系统的主要功能分为两大部分，一是在所建船舶电站的三维场景内，实现各等级轮机员取得适任证书必须完成的，海事主管机关规定的船舶电站各项实操评估项目的在线仿真训练与评估测试，学员可以通过局域网或互联网，在远程客户端，完全模拟真实环境下，实现船舶电站的在线实操评估测试。每一考核项目中，学员每步操作的正确与否以及出现操作错误的次数与错误类别（系统将学员操作错误分为三类：一般性操作错误、操作不到位错误、重大错误）实时记录在后台数据库中，通过考试管理系统，赋予权限的评阅教师可以调阅虚拟操作评估记录表，根据学员的测试时实际操作过程客观、公正进行评判。由于所有的操作记录，在学员结束考试提交测试结果后，就无法更正，因此，利用这种方式实现实操评估项目的考核可以减少目前人为评判考核时主观性过强的弊病，真正做到公平、公正地考试；二是通过考试管理系统可实现学生、监考人员、评阅人员以及评估项目类别、试卷类别和试卷内容的修改、项目的增减等编辑与管理工作，实现动态化的考务管理工作。

2.2 在线考核评估系统的设计与实现

2.2.1 考核评估系统的硬件配置

Web3D 船舶电站在线考核评估系统的硬件部分，服务器 采用 Apache 服务器作为系统服务器，服务器端采用 MYSQL 数据库、利用 PHP 脚本程序实现数据库与外界之间的通讯联系 [8] ；客户端一般要求处理器 具有 2 G P4 及以上性能的 CPU ，内存 RAM 应在 512M 及以上，显卡应支持 DirectX 9.0c ， GF 5200 及以上性能以保证复杂三维场景快速、实时的刷新和良好的分辨效果； IE 浏览器必须是 IE5.5 及以上的配置，以满足三维场景的实时渲染、解释生成。

2.2.2 考核评估系统的设计和实现

考核评估系统的设计和实现的原理是： 整个系统采用 PHP 动态网页技术 [8,9] ，浏览器端通过 COM 技术，将用于渲染与表现虚拟三维场景的 ActiveX 插件嵌入网页，同时，通过 ActiveX 插件中的 File 属性指定 Web3D 船舶电站模型文件，从 服务器端将嵌入 HTML 网页中具有交互功能的船舶电站三维场景文本 （ .wrl 格式） 下载到客户端 ，用户在三维场景中交

互操作过程中产生的事件，发送到网页，由网页的 J ava S cript 接收事件，通过 Ajax 将信息传送致 PHP 服务器，服务器解释收到的信息，存储至 MYSQL 数据库 [8,9] 。另外，通过 Ajax 调用 PHP 服务器，从数据库中将与交互场景所需相关信息和数据传回船舶电站场景 [8,9] ，完成实操项目仿真操作和评估考核测试。评阅教师登陆考试管理系统，系统从数据库中读取考生在船舶电站三维场景进行各项操作后所记录的相关信息，教师进行评阅，实现客观、公正的评判并给出评估考核成绩。从而，实现考生在线考核评估和评阅教师在线评阅工作。 Web3D 船舶电站考核评估系统的具体的设计流程图见图 2 所示。

1 ）网页嵌入 ActiveX 插件的实现方式的部分源代码如下： 。

2 ）通过 JavaScript 接收插件的事件分为三种情况：一种是通过对话框的形式，输入船舶电站操作前各种准备条件和实操时电气参数的检查等内容代替实际评估时的口述内容；第二种是考生在虚拟船舶电站操作过程中的各种交互信息，三是操作过程不同错误类别和错误次数的信息，下面是一段 JavaScript 接收插件送回的步骤操作完成后结果信息，该信息通过 Ajax 和 PHP 解释器存入数据库的源代码：



if(inputparam)

{OperationStepComplete(bstrValue,inputparam[1],count);

if( inputparam[0] == 2 )

{getErrorBInfo(windowstep);}

inputparam = null;}

else {OperationStepComplete(bstrValue,"");}

。

3 ）通过 Ajax 技术实现船舶电站的网页动态交互管理以及数据库的动态管理，部分设计的源代码是：

… var cp=new cpaint();

cp.set_transfer_mode("post"); cp.set_response_type("object");

cp.set_persistent_connection(false); cp.set_async(false); cp.set_proxy_url('''');…

2.2.3 MYSQL 数据 库的设计

Web3D 船舶电站考核评估数据库的设计主要分为如下两大部分 : 第一部分是用于保存考生和评阅教师的相关信息的表格，主要有学生表 tb_student 、监考老师表 tb_monitor 、评阅老师表 tb_scorer ；第二部分是用于保存与测试题目和测试试卷管理以及测试结果、成绩汇总有关的表格，主要有项目类别表 tb_papertype 、试卷类别表 tb_paperclass 、试卷表 tb_paper 等。这些表格中部分内容可以通过管理系统进行动态管理和信息编辑，实现考务管理动态化。图 3 为用于学生个人信息管理数据表格。

3 Web3D船舶电站在线考核评估过程的实现

3.1 学员在线评估考核过程的实现

Web3D 船舶电站在线考核评估系统可以让学员在海事主管机关指定的任何配备局域网的考试室内进行考试，也可以利用互联网实现远程考试，具体的实现过程是：在客户端学员

通过 IE 浏览器输入 Apache 系统服务器的 IP 地址，向服务器发出申请，服务器从当前硬盘或内存中读取嵌有 Web3D 船舶电站场景的 HTML 文件，送回用户客户浏览器。接着，学生在考试信息界面输入后台数据管理系统已经登记的考生姓名，由监考老师告知相应的密码，进入船舶电站考试信息界面，随机产生两道题，点击相应考题后，进入考试交互界面，通过 Active 插件和浏览器渲染、解释生成三维船舶电站， 使用鼠标和键盘作为交互手段，学员可以在模拟真实环境的场景下，实现该测试项目的考核与评估，测试结果保存提交后，通过 Ajax 和 PHP 解 释器送至后台的数据库，完成考核评估工作。图4为 Web3D 船舶电站在线考核评估系统交互界面。

3.2 教师评阅过程的实现

评阅过程可以在每位考生测试完毕后进行在线评阅，具体的做法如下：评阅老师在客户端输入管理系统的 IP 地址，进入评阅信息界面，输入相应的姓名和密码（已经在后台数据库给以确认），进入考试管理系统，点击“考核信息”后，在试卷类别列表中，点击考核题目，查找所要评阅的学员和评阅项目，点击“审核”后，进入“福建海事局轮机虚拟实操评估记录”，在评价栏内，依照考生测试的结果，实时参数和口述部分的记录，以及测试过程中所犯错误的类别和次数，按规定的权重比例进行评分，逐项填写评价意见，并在评分栏中输入分值，记录表自动统计最后得分，完成评阅工作。 图5 为考生虚拟实操评估记录表。

4 结 语

W eb3D 船舶电站在线考核评估系统的研制，并经主管机关在学员的实际评估测试中使用，取得的结果令人满意的，可以满足海事主管机关有关轮机员适任证书考试中船舶电站实操评估考核的相关要求，该系统完全可以替代现场评估考核工作，系统的应用不仅可以实现学员无限场地、无限人数、远程网络式考核与评估，而且在非常低的成本下，在模拟真实环境下，完成主管机关规定的船舶电站实操评估工作。

参考文献：

[1] 王明雨 . 基于 Web 的船舶电站模拟器的开发 [D]. 大连 : 大连海事大学 , 2005.

[ 2 ] 曾青山 , 陈景峰 , 黄加亮 . 轮机模拟器的现状和发展趋势 [J]. 集美大学学报 ( 自科科学版 ), 2003, 8(1): 74-79.

[3] 段新星编著 . 虚拟现实基础与 VRML 编程 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 2004.1-105.

[4] 张秀山 . 虚拟现 实技术及编程技巧 [M] . 北京 : 国防大学出版社 , 1999 : 1-148.

[5 ] 刘美菊 , 李志 , 韩凤燕 . 基于 VRML 和 3DS MAX 的虚拟现实系统构建 [J]. 沈阳理工大学学报 , 2006, 25(1): 53-55.

[6] 王东 . 基于 Web3D 的 VRML 三维造型及动画技术研究 [D]. 四川 : 四川大学 , 2005.

[7] 张金钊 , 张金镝 , 张金锐著 . 虚拟现实三维立体网络程序设计语言 VRML —第二代网络程序设计语言 [M]. 北京 : 清华大学出版 , 2004: 11-88.

[8] 郭金锋 , 林宇等编著 . PHP&MySQL Web 网络编程 [M]. 北京 : 人民邮电出版社 , 2001: 2-145.

[9] 张枭编著 . PHP+MySQL+Dreamweaver 网站建设典型案例 [M]. 北京 : 清华大学出版 , 2006: 1-61.

Research and Development of Examination and Evaluation Online System for Web3D Ship Power Station

WANG Yong-jian 1 ， HUANG Zhen - zhen 1 ， YANG Guo-hao 2

(1.Marine Engineering Institute, Jimei University ; 2. Jimei University, Xiamen 361021 , china )

Abstract: Web 3D technique is greatly applied in practice training, examination and evaluation for marine engineer, which is a kind of innovation and breakthrough. The three-dimensional scene of ship power station with interactive features was built based on Web3D technology, using PHP dynamic web technology, combined with Ajax messaging, as well as the Apache server and MySQL database. A Web3D ship power station online evaluation system was designed and realized. After tested and applied on student by MSA, the system is satisfied .

Key words: Web 3D ; Ship power station ; O nline examination and valuation system ; Design and implement

王永坚： 1972 年 6 月，福建晋江 高级轮机长 主要从事 船舶机电设备虚拟现实技术仿真研究