大型虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)解決方案

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虛擬現(xiàn)實（VR-Virtual Reality）,也 稱虛擬實境或靈境,，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng),，它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的、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)字化人機接口技術(shù),。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比,，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征是：操作者能夠真正進(jìn)入一個由計算機生成的交互式三維虛擬現(xiàn)實環(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)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現(xiàn)實已經(jīng)發(fā)展成一門涉及計算機圖形學(xué),、精密傳感機構(gòu),、人機接口及實時圖像處理等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。虛擬現(xiàn)實技術(shù)分虛擬實景（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)實環(huán)境生成,、虛擬設(shè)計的波音777飛機等）兩大類,。虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)戰(zhàn)場環(huán)境,，虛擬現(xiàn)實作戰(zhàn)指揮模擬，飛機,、船舶,、車輛虛擬現(xiàn)實駕駛訓(xùn)練，飛機,、導(dǎo)彈,、輪船與轎車的虛擬制造（含系統(tǒng)的虛擬設(shè)計）,，虛擬現(xiàn)實建筑物的展示與參觀,，虛擬現(xiàn)實手術(shù)培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實游戲,，虛擬現(xiàn)實影視藝術(shù)等等方面的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的形成都有強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罘绞剑瑒诤鸵輰⒄嬲Y(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)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,，在PC機上實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為可能,。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)的運行趨勢為單機桌面和互聯(lián)網(wǎng)兩種主要方式,，因此,，它對計算機硬件技術(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

虛擬現(xiàn)實仿真系統(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)的專用模塊不但價格昂貴,，且源代碼有限開放難以滿足用戶個性化開發(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)為一個視景和聲音開發(fā)支撐平臺和多個開發(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）?？梢詾橛脩籼峁└黝怴R應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),。概括地說，虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(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)的人機界面以及流行的視窗操作相比,，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。

沉浸/臨場感和實時交互性是虛擬現(xiàn)實的實質(zhì)性特征,，對時空環(huán)境的現(xiàn)實構(gòu)想（即啟發(fā)思維,，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實的最終目的。

方案核心

大型虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù),。虛擬仿真實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統(tǒng),。此種虛擬世界由計算機生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(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)造一個實時反映實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。如需查看更多請點擊

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”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,，它可以是實際上可實現(xiàn)的,，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思,。如需查看更多請點擊

系統(tǒng)組成

大型虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成,，各個子系統(tǒng)之間相互協(xié)作運行。其組成如下：

1,、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)平臺

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

3DVIA Studio Pro是一個集成內(nèi)容開發(fā)平臺,，它汲取了達(dá)索系統(tǒng)十五年來創(chuàng)建更加沉浸式的實時3D軟件應(yīng)用程序的豐富經(jīng)驗。作為一個企業(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，內(nèi)建超過700種的行為模塊,，從初期產(chǎn)品原型設(shè)計,、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如需查看更多請點擊

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,、高性價比,，AAA級游戲畫面演染效果等特點。目前Unity應(yīng)用范圍廣泛,，從手機游戲到聯(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VR均可完美呈現(xiàn),。如需查看更多請點擊

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）,，這些點可用來插補成物體的表面形狀，越密集的點云可以創(chuàng)建更精確的模型（這個過程稱）,。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,，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),。如需查看更多請點擊

“FreeForm Modeling”系統(tǒng)（可用于PHANTOM Desktop或PHANTOM Omni觸覺設(shè)備）向設(shè)計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,。如需查看更多請點擊

3,、虛擬現(xiàn)實人機交互設(shè)備

虛擬現(xiàn)實人機交互設(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,，提供了新的人機交互手段，比傳統(tǒng)的鍵盤,、鼠標(biāo)更直接方便,，不僅可以實現(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算機,，并為最終實現(xiàn)可以理解人類表情,、動作的計算機系統(tǒng)和機器人提供了技術(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“真實手套”,，可以為用戶提供一種非常真實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時地檢測活動著的物體在六個自由度上相對于某個固定物體的數(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,。如需查看更多請點擊

如需查看更多請點擊 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)實際需求選擇,，多通道立體展示系統(tǒng)是指采用多臺投影機組合而成的多通道大屏幕展示系統(tǒng)如需查看更多請點擊

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)實應(yīng)用中的3DVR圖形顯示與觀察設(shè)備，可單獨與主機相連以接受來自主機的3DVR圖形信號,。如需查看更多請點擊

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)。