2010年1月1日开始实施的《中华人民共和国海船船员适任评估大纲和规范》中，航海仪器适任评估所占的比重明显加大，更加强调对学生或学员航海仪器（船用仪表）实际操作技能的培养。然而，多数航海院校由于经费，场地等诸多方面的限制，现有仪器设备存在型号陈旧，数量有限，功能单一等问题，即便在仪器设备较为齐全的院校，也会由于学生数量庞大而难以保证充足的实验时间。由于实际教学条件的限制，航海仪器的教学仅凭教师的讲解和简单的图片演示进行，学生很少有动手的机会，因此很难真正掌握所学知识，更谈不上熟练操作使用，导致实际操作技能低下。当学生走上工作岗位面对实船上各种现代化航海仪器时，常常感到不适应。如何解决航海仪器教学所面临的各种问题，培养出实际动手能力强的高素质驾驶员是摆在航海院校面前的重要课题。
X3D（Extensible3D）技术是近年发展起来的一项互联网技术，是虚拟现实技术的一个非常重要的发展方向。它实现了网页由二维向三维的转变，被称为下一代互联网技术。X3D可很好地应用于展览展示，虚拟实验室，人体运动仿真，工业管理，GIS系统，电子商务等领域。在航海领域也利用X3D技术开发了基于Web的船舶操纵训练系统和基于Web3D的虚拟轮机模拟器操作训练系统。X3D技术为解决教学实践中缺乏实物展示及足够的实验实习时间等问题提供了一种有效的方法。
正确使用航海仪器是高素质船舶驾驶员不可或缺的技能航海仪器作为航海技术专业的主要课程之一，在船员素质培养方面起到的作用正日益增强。在科技日新月异的今天，传统的航海技术已经发生或正在发生着巨大变化，ARPA，GPS，AIS，ECDIS，GMDSS，数字罗经……传统的导航，定位和避碰手段已经被现代化的航海仪器所取代。
面对众多复杂的仪器设备，船舶驾驶员必须能够熟练操作使用，并且掌握仪器设备的局限性，最大程度地避免由于仪器使用不正确或忽视设备局限性所引起的海难事故，充分发挥其作用。可以说，船舶驾驶过程就是在保证视觉了望的基础上，正确使用仪器设备和相关航海知识，正确判断局面并作出决策的过程。忽视仪器的作用或仪器使用不当很可能造成严重后果。2002年"银桉"号船（实际经营人为中海（香港）航运有限公司）和"蓝宝石"号船（所有人为厦门轮船总公司）碰撞的重要原因之一，就是船长忽视雷达了望，三副对ARPA使用不熟练。
航海仪器教学中存在的问题
作为驾驶人员成长道路上第一站的航海院校和培训机构应该正确看待这种变化，更加重视对学生和学员使用航海仪器能力的培养，但由于实际条件所限，航海仪器的教学目前存在着一些问题：
（1）仪器设备的型号陈旧
现代船舶的仪器设备更新速度很快，实验室的仪器设备跟不上实际船舶设备的更新速度，多数属于型号陈旧的过时产品，与船上设备差别较大。有些培训机构由于经费限制甚至使用从老旧船上拆下来的设备，造成学生学习的仪器与实船设备有较大差别，上船后面对新型设备常感到手足无措。
（2）仪器的数量有限
多数航海院校配备的仪器数量有限，尤其是在当前航海院校大幅度扩大招生规模的环境下，矛盾更加突出。各院校均面临着航海仪器设备不足的问题。
（3）仪器的品质不能满足教学要求
现代航海仪器设备大多较为昂贵，学校在经费不足的情况下所购买的仪器设备很可能是较为低端的产品，有些甚至是渔船使用的，性能，品质和功能难以满足教学需求。
（4）实验室容纳能力和开放时间有限
目前，绝大多数航海院校的实验室均承担着大量的教学工作，实验时间安排得相当紧凑，学生在需要的时候想去实验室参观或学习几乎不能实现。要想真正提高学生的仪器操作使用水平，最好的方式是"learnbydoing"，然而目前的实际条件根本无法做到。
（5）教师的教学手段匮乏目前航海仪器的教学主要还是依靠教师的讲解，辅助手段也只有多媒体设备，然而很多时候仅凭教师讲解和有限的多媒体资源很难让学生了解设备的细节，尤其是对于仪器设备的内部构造，设备运行时各部件的状态和相互作用，部分仪器设备的原理等内容，传统手段很难收到良好的教学效果。
由于客观条件的限制，航海仪器教学仍以课堂讲授为主，期间穿插课时很少的近似参观性质的实验。要掌握仪器的正确使用方法和局限性，一定时间的训练是必不可少的，这种填鸭式的教学很难提高学生的实际动手能力，使得学生虽然可以通过理论考试，但在真正面对实际仪器设备时，不会使用也不敢使用，茫然不知所措。
利用X3D技术建设航海仪器虚拟实验室
1.X3D简介
X3D是由Web3D联盟开发的Internet上的虚拟现实技术，其前身为VRML（VirtualRealityModelingLanguage）。它是一个用来描述3D场景和对象的免费的开放标准的文件格式和运行架构，提供了一套系统来存储，恢复，再现嵌入应用程序中的实时图形内容，已经被ISO（国际标准化组织）批准为国际标准。它整合了Java3D，流媒体，XML等多项流行的技术，具有高效，强大的3D图形计算能力。相对于传统的3D模型，X3D最大的优势在于其文件非常小巧，更加适合于在网络上传输，技术简单，开放且具有平台无关性。
浏览X3D内容需要专门的浏览器或者为现有浏览器安装额外插件。
Web3D联盟及其他组织开发了许多浏览器，其中绝大多数是免费的，比较有代表性的是BitManagement公司的BSContact和Web3D联盟开发的Xj3D.BSContact是商业软件，但其试用版没有任何功能限制（但在屏幕上会出现一个该公司的标志），渲染效果良好，可以作为插件使用。Xj3D基于Java技术开发，因而具有跨平台特性，其渲染基于Java3D，具有良好的渲染效果，可以作为单独的浏览器使用，也可以嵌入Applet作为应用程序的一部分。其最大的优点在于控制灵活，可以实现复杂的用户交互。
X3D的开发工具也非常多。事实上，任何一个文本编辑器都可以进行X3D开发，但文本编辑器毕竟不够直观，所以出现了一些X3D专用编辑器，比较有代表性的有BSEditor，SwirlX3DEditor，X3D-Edit等。X3D-Eidt是开源软件，基于Java和XML开发，利用Netbeas6.7平台，被广泛用于X3D场景的创建，检查，显示和发布。
2.建设航海仪器虚拟实验室
X3D技术的出现和逐渐成熟，使得航海教育者可以重新审视教学方法的改进。主要的航海院校都有高速校园网，大量的多媒体教室，较高配置电脑的机房等基础设施，大多数学生也都有自己的个人电脑，利用这些现有的基础设施再加上少许购买服务器的费用，即可建立航海仪器虚拟实验室。事实上，只需要在现有的校园网建设一个网站，利用X3D技术把各种航海仪器进行建模，把模型文件放在服务器上供教师和学生访问即可。教师在讲授的时候可以随时访问该站点，把虚拟的仪器设备展现在学生面前，并可以做到仪器的动态拆装或模拟操作，学生也可以在课后通过网络随时连接到该站点进行复习或进行某方面的特别训练。
（1）虚拟实验室的整体架构。
（2）设备型号的选择：虚拟实验室所选择的虚拟设备型号应是目前船舶上应用较多的且具有代表性的，或者选择较为先进的代表未来发展方向的仪器设备。对于GPS，AIS，ARPA等操作较为复杂的设备要选择多种型号进行模拟，以开拓学生的视野和知识面。
（3）数据建模：航海仪器所涉及的仪器设备种类较多，结构复杂，如果仅利用X3D-EDIT进行编辑不仅效率较低，而且不够直观，更加快捷高效且直观的方法是利用成熟的可视化建模工具如MultiGenCreator或3DMAX进行建模，然后导出为VRML格式，进而利用X3D-EDIT转化为X3D文件格式。
在建模的过程中应根据教学内容的要求有所取舍，模型做得过分细致不但影响模型的加载和运行速度，加大了交互逻辑的复杂性，而且不能突出重点，额外加重了学生的学习负担。
在建模的过程中要注意两点：一是节点的设计应考虑到用户交互的需求，避免在进行交互设计时出现复杂的逻辑判断；二是不仅要考虑设备本身的建模，对于某些原理性的知识和动态过程也可以进行可视化建模，比如雷达回波的产生过程以及回波的横向扩展和径向扩展，进行可视化后学生会更容易理解和掌握。
（4）用户交互设计：用户交互设计是虚拟设备开发过程中最复杂的一部分。响应用户交互事件主要用到的节点有TouchSensor节点，PlaneSensor节点，StringSensor节点，TimeSensor节点等。另外一个非常重要的节点是
虚拟实验室的优势
虚拟实验室相对于传统的实验室有以下优势：
（1）节约资金。虚拟实验室不必购买大量昂贵的仪器设备，也不需要设备维护费用，只需少许软件开发的费用。
（2）设备更新快。一旦仪器设备出现新的变化，即可方便地修改仪器的模型。出现新的设备也可及时建模并加入系统，大大加快了仪器设备的更新周期，解决了设备老旧的问题。
（3）使用方便，不受时间地点的限制。教师和学生可以随时随地通过网络连接到虚拟实验室进行教学或自我训练，可以真正做到"learnbydoing".
（4）使用人数不受限制。只要有一台能连接到该站点的电脑就有了一个个人实验室，可很好地满足大量学生的需求。
（5）可模拟仪器设备的特殊状态。在真实实验室很难出现的状况，如设备故障，雷达假回波和干扰回波等，可方便地在虚拟实验室中实现。
虚拟实验室是解决目前实验设备陈旧短缺等问题的一套廉价而有效的解决方案，配合现有的真实实验设备，能够在较大程度上提高学生航海仪器的实际操作水平，为使学生成长为一名优秀的船舶驾驶员奠定基础。
建立航海仪器虚拟实验室是一个全新的课题，如何实现仍需做大量艰苦而细致的工作。