大型虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)解決方案

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虛擬現(xiàn)實(shí)（VR-Virtual Reality）,也 稱虛擬實(shí)境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的,、具有視、聽,、觸等多種感知的虛擬環(huán)境,，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用,，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流,，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征是：操作者能夠真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,，與之產(chǎn)生互動，進(jìn)行交流,。通過參與者與虛擬仿真環(huán)境的相互作用,，并借助人本身對所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維,，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息,。

虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)發(fā)展成一門涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、精密傳感機(jī)構(gòu),、人機(jī)接口及實(shí)時(shí)圖像處理等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科,。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分虛擬實(shí)景（境）技術(shù)（如虛擬游覽故宮博物館）與虛擬虛景（境）技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境生成、虛擬設(shè)計(jì)的波音777飛機(jī)等）兩大類,。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非常廣泛,，幾乎到了無所不包、無孔不入的地步,，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)戰(zhàn)場環(huán)境,，虛擬現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)指揮模擬，飛機(jī),、船舶,、車輛虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛訓(xùn)練，飛機(jī),、導(dǎo)彈,、輪船與轎車的虛擬制造（含系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)），虛擬現(xiàn)實(shí)建筑物的展示與參觀,，虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)培訓(xùn),，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲,，虛擬現(xiàn)實(shí)影視藝術(shù)等等方面的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的形成都有強(qiáng)烈的市場需求和技術(shù)驅(qū)動。權(quán)威人士斷言,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表,。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞?，勞和逸將真正結(jié)合起來,，人們在享受環(huán)境中工作，在工作過程中得到享受,；而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與美術(shù)、音樂等文化藝術(shù)的結(jié)合,，將誕生人類的第九藝術(shù),。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成為可能,。所以,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢為單機(jī)桌面和互聯(lián)網(wǎng)兩種主要方式，因此,，它對計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也有很大的刺激作用,。

方案特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)具有沉浸性（Immersion）、交互性（interaction）和構(gòu)想性（imagination）,，使人們能沉浸其中,，超越其上，出入自然,，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境,。

業(yè)界很多虛擬現(xiàn)實(shí)公司只能提供三維漫游等簡單的視景開發(fā)支持，其擁有的幾何模型干涉檢查,、交互操作支持等也非常簡單,，而為此特殊開發(fā)的專用模塊不但價(jià)格昂貴，且源代碼有限開放難以滿足用戶個(gè)性化開發(fā)應(yīng)用需求,。真正的虛擬仿真應(yīng)提供復(fù)雜場景圖形,、聲音、交互操作,、干涉檢查等多方面的支持,，從而可以簡化應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，提供應(yīng)用系統(tǒng)的功能和性能,。平臺系統(tǒng)表現(xiàn)為一個(gè)視景和聲音開發(fā)支撐平臺和多個(gè)開發(fā)支持工具（幾何對象干涉檢查工具包,、通用虛擬手開發(fā)工具包、粒子生成與控制工具,、不規(guī)則幾何體構(gòu)造工具,、流場可視化工具包）,。可以為用戶提供各類VR應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),。概括地說,，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計(jì)算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比,，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍,。

沉浸/臨場感和實(shí)時(shí)交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)性特征，對時(shí)空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)構(gòu)想（即啟發(fā)思維,，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實(shí)的最終目的,。

方案核心

大型虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真實(shí)際上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual World）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),。此種虛擬世界由計(jì)算機(jī)生成,，可以是現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界,，用戶可借助視覺,、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對象變化與相互作用的三維虛擬世界,并通過頭盔顯示器（HMD）,、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備,，提供用戶一個(gè)觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化,，產(chǎn)生沉浸感,。如需查看更多請點(diǎn)擊

虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的,，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的,。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。如需查看更多請點(diǎn)擊

系統(tǒng)組成

大型虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成,，各個(gè)子系統(tǒng)之間相互協(xié)作運(yùn)行,。其組成如下：

1、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺

目前,，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺大多采用3DVIA Studio,、Virtools、Unity,。

3DVIA Studio Pro是一個(gè)集成內(nèi)容開發(fā)平臺,，它汲取了達(dá)索系統(tǒng)十五年來創(chuàng)建更加沉浸式的實(shí)時(shí)3D軟件應(yīng)用程序的豐富經(jīng)驗(yàn)。作為一個(gè)企業(yè)級解決方案,，3DVIA Studio Pro向用戶提供編寫工具和專業(yè)支持,，以快速開發(fā)交互性應(yīng)用程序如虛擬培訓(xùn)，并在安全環(huán)境中進(jìn)行部署。

Virtools完整的開發(fā)平臺,，以創(chuàng)新的可視化模式讓用戶輕松建構(gòu)互動體驗(yàn),，內(nèi)建超過700種的行為模塊，從初期產(chǎn)品原型設(shè)計(jì),、虛擬環(huán)境模擬發(fā)展到3D互動操作,，輕松建構(gòu)出身臨其境栩栩如生的完美體驗(yàn)如需查看更多請點(diǎn)擊

Unity是一軟專業(yè)3D游戲引攀，其備跨平臺發(fā)布,、離效能優(yōu)化,、高性價(jià)比，AAA級游戲畫面演染效果等特點(diǎn),。目前Unity應(yīng)用范圍廣泛,，從手機(jī)游戲到聯(lián)網(wǎng)的大型游戲，從嚴(yán)肅游戲到電子商務(wù),，再到虛擬現(xiàn)實(shí)VR均可完美呈現(xiàn),。如需查看更多請點(diǎn)擊

2、數(shù)據(jù)采集與建模設(shè)施

常見的數(shù)據(jù)采集與建模設(shè)備有3D掃描儀,、Geomagic FreeForm Modeling等。

3D掃描儀的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的（point cloud）,，這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀,，越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型（這個(gè)過程稱）。若掃描儀能夠取得表面顏色,，則可進(jìn)一步在重建的表面上粘貼,，亦即所謂的（texture mapping）。三維掃描儀可模擬為照相機(jī),，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀,，信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。如需查看更多請點(diǎn)擊

“FreeForm Modeling”系統(tǒng)（可用于PHANTOM Desktop或PHANTOM Omni觸覺設(shè)備）向設(shè)計(jì)人員和建模人員提供了快速而節(jié)省成本的原創(chuàng)模型創(chuàng)建方法,，還可以修改及規(guī)劃掃描數(shù)據(jù),，并將數(shù)據(jù)輸出至RP系統(tǒng)以進(jìn)行原型制造或打磨。如需查看更多請點(diǎn)擊

3,、虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互設(shè)備

虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互設(shè)備常用的包括動作捕捉系統(tǒng),、數(shù)據(jù)手套、空間位置追蹤器等,。

動作捕捉系統(tǒng)提供新的人機(jī)交互手段,，表情和動作是人類情緒、愿望的重要表達(dá)形式,，運(yùn)動捕捉技術(shù)完成了將表情和動作數(shù)字化的工作,，提供了新的人機(jī)交互手段，比傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)更直接方便,，不僅可以實(shí)現(xiàn) " 三維鼠標(biāo)" 和 " 手勢識別 " ,，還使操作者能以自然的動作和表情直接控制計(jì)算機(jī)，并為最終實(shí)現(xiàn)可以理解人類表情,、動作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和機(jī)器人提供了技術(shù)基礎(chǔ),。常用的動作捕捉系統(tǒng)有ART光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)。

如需查看更多請點(diǎn)擊 這種結(jié)合手指彎曲度測試和空間定位測試的數(shù)據(jù)手套被稱為“真實(shí)手套”,，可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段,。常用的數(shù)據(jù)手套有5DT數(shù)據(jù)手套、Cyberglove數(shù)據(jù)手套 ,、Measurand數(shù)據(jù)手套 ,、DGTech數(shù)據(jù)手套 、Fakespace數(shù)據(jù)手套 ,、X-IST數(shù)據(jù)手套,、 CyberGrasp 數(shù)據(jù)手套等。

空間位置追蹤器

空間位置追蹤器或叫三維空降傳感器是一種能實(shí)時(shí)地檢測活動著的物體在六個(gè)自由度上相對于某個(gè)固定物體的數(shù)值,，即在X,、Y、Z坐標(biāo)上的位置值,，以及圍繞X,、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)值,。如需查看更多請點(diǎn)擊

如需查看更多請點(diǎn)擊 如何減少顫抖,、漂移、噪音是著類傳感器的關(guān)鍵技術(shù),。常用的空間位置追蹤器有Polhemus電磁式位置追蹤器,、Ascension電磁式空間位置追蹤器、NDI電磁式位置追蹤器等,。

4,、沉浸式立體顯示

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多通道立體展示系統(tǒng)分為多通道環(huán)幕立體展示系統(tǒng)和多通道平面立體展示系統(tǒng)，用戶可根據(jù)實(shí)際需求選擇,，多通道立體展示系統(tǒng)是指采用多臺投影機(jī)組合而成的多通道大屏幕展示系統(tǒng)如需查看更多請點(diǎn)擊

2,、3D立體顯示器

除多通道立體展示系統(tǒng)外，還可以采用3D立體顯示器,，包括裸眼立體顯示器和偏振立體顯示器,。如需查看更多請點(diǎn)擊

推薦品牌：Exceptional3D裸眼立體顯示器、Miracube偏振立體顯示器,。

3,、頭戴式立體顯示器

頭戴式立體顯示器是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的3DVR圖形顯示與觀察設(shè)備,，可單獨(dú)與主機(jī)相連以接受來自主機(jī)的3DVR圖形信號。如需查看更多請點(diǎn)擊

推薦產(chǎn)品：Virtual Realities VR2200 頭戴式顯示器,、Oculus Rift 頭戴式顯示器,、5DT HMD 800-40 3D 虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器。

此外還有高性能圖像生成及處理系統(tǒng),、中央集成應(yīng)用控制系統(tǒng),，由于這兩套系統(tǒng)均為市場常見系統(tǒng)再次不多做介紹。

系統(tǒng)應(yīng)用

大型虛擬仿真中心適用于與航空航天,、裝備制造,、教育文化、醫(yī)療,、冶金,、能源、多媒體技術(shù)等科研專業(yè),。