虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案

本方案由搜維爾VR實(shí)驗(yàn)室推出。虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控培訓(xùn)，是數(shù)控培訓(xùn)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍，它營造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之為學(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

利用虛擬數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)建立起來的各種虛擬機(jī)床拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，并可根據(jù)需要隨時(shí)生成新的設(shè)備。且教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。從多方面證明了虛擬操作擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)。

虛擬數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)采用C++、PHP、Javascript等主流語言程序開發(fā)，最后全部通過打包加密后再利用編譯程序進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，這樣大大加快了系統(tǒng)整體運(yùn)行速度。在建模方面系統(tǒng)采取的是市場(chǎng)主流的 ISA 為建模工具，其支持的數(shù)據(jù)庫為：大型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如：SQL Server, Oracel，MySQL等。本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中學(xué)員操作的3D動(dòng)畫的動(dòng)作是通過TCP/IP 協(xié)議發(fā)送給服務(wù)器端程序的，而該系統(tǒng)中的 TCP/IP 協(xié)議采取的是UDP 用戶數(shù)據(jù)包模式，這樣就保證了數(shù)據(jù)不會(huì)輕易的丟失與延遲。

方案核心：

本套虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)的3D模型數(shù)據(jù)量小，運(yùn)行速度快，并且采用基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)智能動(dòng)畫技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)控機(jī)床智能互動(dòng)拆裝及虛擬實(shí)驗(yàn)操作。系統(tǒng)采用3D智能動(dòng)畫技術(shù)能夠智能判斷用戶在3D場(chǎng)景中的任何操作，并做出實(shí)時(shí)智能反應(yīng)。

一、模塊內(nèi)容

1、數(shù)控機(jī)床：如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

2、數(shù)控系統(tǒng)：包括FANUC系統(tǒng)、如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>。

二、實(shí)訓(xùn)模塊

1、設(shè)備拆裝：如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

2、接線連接：如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

3、虛擬實(shí)驗(yàn)：如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

4、考核模塊：如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

方案特色：

1、身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)感

建立機(jī)床模型，可以通過計(jì)算機(jī)模擬出各個(gè)角度看到的機(jī)床視覺效果。動(dòng)態(tài)的機(jī)床部件組裝過程(包括組裝過程中需要的工具)，每個(gè)需要的畫面上用提示性的文字向客戶展示，讓學(xué)員能很好地了解機(jī)床的構(gòu)造、安裝。利用VR技術(shù)設(shè)計(jì)的逼真的三維虛擬環(huán)境，使學(xué)生置身于幾虛擬的3D學(xué)習(xí)環(huán)境當(dāng)中，體驗(yàn)真機(jī)實(shí)訓(xùn)不可能觀察到的各部件結(jié)構(gòu)及重要部件獨(dú)立的工作原理。

2、交互性

系統(tǒng)充分利用VR技術(shù)的互動(dòng)性，設(shè)計(jì)了符合人們自然交互習(xí)慣的互動(dòng)操作模式。系統(tǒng)還包含用于共享信息的人機(jī)交互界面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

3、多人在線學(xué)習(xí)，突破區(qū)域界限

系統(tǒng)支持多人同時(shí)在線學(xué)習(xí)，學(xué)員可不受時(shí)間、地點(diǎn)限制的隨時(shí)上機(jī)操作學(xué)習(xí)，與傳統(tǒng)實(shí)體操作機(jī)床相比，既節(jié)約了培訓(xùn)時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率，又降低了對(duì)設(shè)備的耗損。

系統(tǒng)集成：

在虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的前期，需要采用3D掃描儀（三維掃描器）對(duì)機(jī)床、各種工具、產(chǎn)品部件建立數(shù)字模型，之后利用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)平臺(tái)對(duì)所建立的數(shù)字模型進(jìn)行加工，并設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)交互功能的軟件平臺(tái)，最后結(jié)合各種3D交互設(shè)備及三維立體顯示環(huán)境，搭建出具備沉浸感、交互性的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)。在此我們對(duì)系統(tǒng)開發(fā)中的主要部分即3D建模、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)平臺(tái)、3D交互設(shè)備、三維立體顯示環(huán)境進(jìn)行簡單介紹。

一、3D建模

3D建模通俗來講就是利用三維制作軟硬件通過虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型，3D掃描儀的誕生為3D建模帶來新的方法和手段。如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

1、3D掃描儀

3D掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀（幾何構(gòu)造）與外觀數(shù)據(jù)（如顏色、表面反照率等性質(zhì)）。搜集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)信息、生物信息、刑事鑒定、數(shù)字文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。

推薦產(chǎn)品：Polhemus FastScan 雙攝像頭3D激光掃描儀、NDI VicraSCAN 3D激光掃描儀、Creaform Handyscan VIUscan 彩色3D激光掃描儀、3D Camega PCP-300手持式三維掃描器。

2、3D建模軟件

3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。3D建模大概可分為:NURBS和多邊形網(wǎng)格。 NURBS對(duì)要求精細(xì)、彈性與復(fù)雜的模型有較好的應(yīng)用，適合量化生產(chǎn)用途 。多邊形網(wǎng)格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復(fù)雜場(chǎng)景動(dòng)畫.綜合說來各有長處。

推薦產(chǎn)品：Geomagic FreeForm Modeling Plus、3Ds MAX、Maya。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)

通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)，整套虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)系統(tǒng)的各個(gè)硬件才可以發(fā)揮其獨(dú)有功能，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)是通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的，其中的各種功能可根據(jù)自己的需求自行設(shè)計(jì)、添加。

推薦產(chǎn)品：Virtools? 5.0--3D 可視化編程開發(fā)平臺(tái)、Unity3D PRO 虛擬現(xiàn)實(shí)、跨平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)引擎、TechViz Virtual Workbench。

三、3D交互設(shè)備

采用3D交互設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)操作人員與虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)交互，可以對(duì)虛擬環(huán)境中的各種物體進(jìn)行各種設(shè)定好的操作，常用的3D交互設(shè)備有位置追蹤器、數(shù)據(jù)手套、力反饋設(shè)備、3D鼠標(biāo)等。下面分別介紹。

1、位置追蹤器

位置追蹤器又稱位置跟蹤器，是指作用于空間跟蹤與定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

推薦品牌：Polhemus 電磁式無線追蹤系統(tǒng)、Xsens慣性位置追蹤器、Ascension電磁式位置追蹤器。

2、數(shù)據(jù)手套

數(shù)據(jù)手套是虛擬仿真中最常用的交互工具。數(shù)據(jù)手套設(shè)有彎曲傳感器，彎曲傳感器。如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

推薦品牌：Cyberglove數(shù)據(jù)手套、DGTech數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)手套、5DT數(shù)據(jù)手套。

3、力反饋設(shè)備

所謂力反饋（Force Feedback），本來是應(yīng)用于軍事上的一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>

推薦品牌：HAPTION力反饋設(shè)備、Sensable力反饋設(shè)備。

4、3D鼠標(biāo)

3D鼠標(biāo)具備多自由度的傳感器，多個(gè)導(dǎo)航設(shè)置鍵等可實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬立體空間內(nèi)的虛擬物體的操作。

推薦產(chǎn)品：3D Connexion SpaceMouse 專業(yè)版、3DConnexion SpacePilot PRO、3DConnexion 探索者 SpaceExplorer serial、3DConnexion SpacePilot宇航者、3DConnexion 魔幻手 SpaceNavigator

四、三維立體顯示環(huán)境

三維立體顯示環(huán)境有多通道立體顯示系統(tǒng)、桌面型立體顯示系統(tǒng)、頭戴式立體顯示系統(tǒng)三種類型，不同類型使用于不同領(lǐng)域，用戶可根據(jù)實(shí)際需求自行選擇，下面分別介紹。

1、多通道立體顯示系統(tǒng)

多通道立體顯示系統(tǒng)是指采用多組被動(dòng)式或主動(dòng)式立體投影機(jī)，結(jié)合邊緣融合技術(shù)，將影像投射在大型環(huán)形、弧形、平板型投影幕或者CAVE上，提供大尺寸、高清晰度極具沖擊力的沉浸式立體顯示環(huán)境。

推薦：多通道環(huán)幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系統(tǒng)

2、桌面型立體顯示系統(tǒng)

桌面型立體顯示系統(tǒng)即3D立體顯示器，3D立體顯示領(lǐng)域包含多種實(shí)現(xiàn)方式，比如：全息技術(shù)、投影技術(shù)、眼鏡式技術(shù)以及無需眼鏡立體顯示技術(shù)（裸眼立體顯示技術(shù)）等。目前具備市場(chǎng)化潛力的是眼鏡式立體顯示技術(shù)如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>。

推薦品牌：Exceptional3D裸眼立體顯示器、Visumotion裸眼立體顯示器、Alioscopy裸眼立體顯示器；Miracube偏振立體顯示器、VRLOGIC偏振立體顯示器。

3、頭戴式立體顯示系統(tǒng)

頭戴式立體顯示系統(tǒng)（又叫數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)頭盔、立體頭盔等）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)與如需查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊>>。

頭戴式立體顯示系統(tǒng)的光學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)日趨完善，不僅作為個(gè)人應(yīng)用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可將小型LCD顯示器件的影像透過光學(xué)系統(tǒng)做成全像大屏幕。除了在現(xiàn)代先進(jìn)軍事電子技術(shù)中得到普遍應(yīng)用成為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的必備裝備外，還拓展到民用電子技術(shù)中，虛擬現(xiàn)實(shí)電子技術(shù)系統(tǒng)首先應(yīng)用了頭戴式立體顯示系統(tǒng)。

推薦品牌：Virtual Research頭戴式立體顯示器、5DT頭戴式立體顯示器、eMagin頭戴式立體顯示器

應(yīng)用領(lǐng)域：

適用于高校、數(shù)控機(jī)床研究所、數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家、數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)等。

相關(guān)案例：

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搜維爾推薦方案一：

名稱：基于雙通道立體展示系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案。

參考雙通道主動(dòng)式立體投影系統(tǒng)組成的立體交互系統(tǒng)，配備工程投影機(jī)具備高流明高分辨率，搭配專業(yè)金屬弧幕，系統(tǒng)具備多人觀看、沉浸感強(qiáng)，滿足虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床多方面的教學(xué)培訓(xùn)應(yīng)用等。

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系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：硬件的選用滿足虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行模擬培訓(xùn)與交互等，配有虛擬現(xiàn)實(shí)軟件和交互系統(tǒng)，軟件含有二次開放功能，三維制作軟件可以很好的與推薦的硬件進(jìn)行匹配應(yīng)用等。

搜維爾推薦方案二：

名稱：基于立體顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案。

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系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：不同的使用領(lǐng)域會(huì)用到動(dòng)作捕捉，力反饋系統(tǒng)，三維場(chǎng)景與建模軟件系統(tǒng)，軟硬件的搭配可以使我們更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互效果。

搜維爾推薦方案三：

名稱：基于頭戴顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案。

使用頭戴顯示器作為顯示端具備移動(dòng)靈活的特點(diǎn)，適合單人進(jìn)行操作訓(xùn)練，虛擬場(chǎng)景漫游，人機(jī)交互等，對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的交互系統(tǒng)做前期的效果體驗(yàn)。

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系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：硬件設(shè)備很好的與3D虛擬現(xiàn)實(shí)軟件做結(jié)合應(yīng)用，軟件也具備可二次開放的能力，方面進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)充與虛擬場(chǎng)景做結(jié)合使用等。