随着虚拟现实技术和网络通信技术的发展,具有虚拟现实特征的三维虚拟机舱系统的开发,已成为当下轮机仿真系统研究的重要方向。相较于传统轮机模拟器半实物仿真结合二维仿真界面的展现形式,虚拟机舱能提供更真实直观的机舱实景,为操作者带来逼真的沉浸式体验,为培训者提供更加自主高效的学习训练平台。本文以万箱集装箱船“大西洋”为母型船,并结合大连海事大学开发设计的万箱船轮机模拟器项目,设计开发出“大西洋”三维机舱虚拟仿真系统。在改进兰伯特模型的基础上,自主开发出更适合虚拟机舱环境下的着色器,在实际场景中有良好的表现效果。本文首先研究了虚拟现实技术的发展、特征和分类及其在轮机模拟器中的应用,并根据“大西洋”万箱船特点,进行了三维机舱功能需求设计,搭建了虚拟设计框架。其次选择3ds Max作为项目建模工具,进行机舱场景建模和优化工作,研究并应用贴图烘焙和法线映射新型贴图技术,增加了场景的真实感。采用unity 3D作为三维机舱虚拟引擎,根据漫反射和高光反射光照模型,使用C#语言改进并开发出half-Lambert和Blinn-Phong着色器脚本,提升场景的光照效果。使用Unity视椎体剔除技术、遮挡剔除技术和LOD技术,根据实际场景需求,进行机舱场景的GPU显示优化;研究虚拟机舱的摄像机成像及控制原理,通过分析碰撞检测和射线拾取技术,并建立交互点的虚拟操作,最终完成机舱的人机交互设计。最后,分析轮机模拟器数据采集系统,以UDP Socket的无连接通信方式,实现三维虚拟机舱与二维仿真系统的虚拟同步操作。