学校实验室虚拟仿真系统设计方案
发布时间:2011-5-6 15:30:59来源:作者:日期:2011-5-6 15:30:59点击:

虚拟仿真(Virtual Reality)又称虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲,虚拟仿真是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术;从广义上来说,虚拟仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展,仿真技术逐步自成体系,成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法,而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。

虚拟仿真系统

    虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成,可以是现实世界的再现,亦可以是构想中的世界,用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器(HMD等辅助传感设备,提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化,产生沉浸感。VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。

虚拟仿真系统

【虚拟现实实验室系统组成】:
虚拟现实开发平台:
    一是硬件平台,即高性能图像生成及处理系统,通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站;
    另一部分为软件开发平台,即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。
虚拟现实显示系统:
    •高性能图像生成及处理系统
    •具有沉浸感的虚拟三维显示系统
    在虚拟现实应用系统中,通常有多种显示系统或设备,比如:大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统,而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统,因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性,而在这些所有的显示系统或设备中,虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统,因此,该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式,也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。
虚拟现实交互系统
    多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一,也是虚拟现实技术的精髓,离开实时交互,虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义,这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设,它们主要是6自由度虚拟交互系统,比如:力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等。
虚拟现实集成控制
    一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分,比如:多台投影机、音响系统以及多路视频的输入和切换,甚至是辅助的灯光和窗帘,这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备,这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖,彼此之间协同工作。然而,这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作,就需要进行管理,集成控制系统便是承担该项工作的载体,有了集成管理控制系统,上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。
    通常,一部分用户并不重视这个部分,而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的,一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统,并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来,如果没有集成控制系统这部分,往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。

虚拟仿真系统

在通常的集成控制系统中最典型的设备就是中央控制系统或矩阵系统(如图),这些设备功能强大、操作简单、使用便捷、管理方便,它是整个虚拟现实系统有效管理和运行的基本保障。
【虚拟现实实验室设备配备】
    虚拟现实实验室主要实验设备包括 :虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性. 为了实现人机之间的充分交换信息,必须设计特殊输入和演示设备,以影响各种操作和指令,且提供反馈信息,实现真正生动的交互效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具,硬件设备主要包括:
高性能图形工作站;
立体图形输出系统;
立体眼镜或头盔显示器;
三维空间跟踪定位器;
数据手套;
3D立体显示器;
三维空间交互球等。

虚拟仿真系统

【莫威科技虚拟仿真事业部提供如下实验室解决方案:】
    莫威科技是国内最早从事虚拟现实技术研究和制作的高新企业,在北京、上海、南京、武汉都拥有分公司,莫威科技不断吸收和学习国外最先进的虚拟现实技术,在虚拟现实实验室建设方面拥有一整套最优化解决方案。
一、数字城市系统
    城市规划演示厅也被称之为数字城市实验室。其主要目标和功能是提供城市规划、城市市政管理、房地产开发与管理、旅游规划以及数字地球(城市)的仿真模拟教学和科研平台。
    莫威科技凭借雄厚实力制作了大量的数字城市项目,可以为您提供数字内容制作和环幕硬件展示系统整体解决方案。
(城市规划演示系统—数字城市实验室截图)
二、旅游导游实验室
    导游培训:培养熟练和优秀的导游是旅游专业的教学目标,但是旅游专业学校又面临教学过程中实习资源匮乏、而实地参观成本又高的难题。旅游虚拟仿真系统从导游和旅游专业特点出发,按照旅游专业的教学要求和实施特点,设计出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划、信息查询,景区导航,景区切换等功能模块。为旅游专业学校提供一站式解决方案。

    

虚拟仿真系统

(旅游仿真实验室案例)

三、物流仿真实验室
(物流仿真实验室)
    学校教育,由于受到诸多条件的限制,大部分内容还停留在以书本为主的教学体系上。部分学校的学生现在能够在大三和大四年级,获得公司实习的机会,但是由于时间和实习单位的工作人员业务繁忙等原因情况,学生了解到的内容比较片面,了解到的业务单证也比较少,实践机会少,学生对业务的认识程度仍然相当低,缺乏感性认识。在走出学校前,为了使学生对整个的口岸物流有全面和相对深入的了解。莫威科技联合业内人士,根据市场需求,可以为物流专业实验室提供:3D仓储模拟实训系统、3D运输模拟实训系统、3D第三方物流模拟实训系统、3D集装箱与堆场模拟实训系统和3D供应链模拟实训系统等一系列解决方案。
四、虚拟维修拆卸实验室
    虚拟拆卸维修实验室,通过开发虚拟拆装模拟培训系统,可以结合大屏幕提供给更多需要虚拟拆卸和虚拟维修以及虚拟组装的客户,让更多的人一起集中练习,提高培训的效率更加节省成本。
五、虚拟手术实验室
    虚拟手术是虚拟现实技术很高端的应用。国外已经可以利用传感设备进行医学学员的培训教学,甚至已经真正的做到了远程虚拟手术的效果。国内目前还没有这样的水平,通过与科研机构联合,制作出人体的内部的三维模型和互动动作,同样能满足培训学员和手术新手的需要。
六、仿真驾驶实验室
    虚拟驾驶,也被称为汽车驾驶仿真,或汽车模拟驾驶。利用三维图像即时生成技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术(如多通道立体投影系统)、六自由度运动平台(或三自由度运动平台)、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等,让体验者在一个虚拟的驾驶环境中,感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。

七、虚拟仿真在地产行业的应用
    通过楼盘虚拟可体现楼盘在未来的真实景观、周边的环境及配套设施,可以验证客户所购买的单位与周边环境的协调关系、通过该户型的窗户可真切的看到未来属于自己的景观。给客户提供一种崭新的方式展示、宣传楼盘;完美体现了客户的设计方案,通过第一人称角色切换,给予购房者以真实在场,亲临其景的感受;在同一角度,对同一户型尝试不同的装潢设计;实时变换房间的装修材料,使购房者体验不同的装修风格设计。

虚拟仿真系统

    供求关系是一个虚拟仿真行业能否快速发展的前提。目前来看,市场需求是很大的,而供应方面却略显不足,尤其是拥有核心知识产权,专利产品及服务质量过硬的企业并不多,行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段,行业需求巨大,发展前景好,这是毋庸置疑的。傲唯刃道号召业内企业共同努力,尤其需要发挥尽善尽美的研发精神,进一步提高研发技艺,降低成本,真正解决客户的实际困难,严把质量关,提供最可靠的产品及服务。
【对于国内教学型虚拟实验室建设的几点建议】
     通常,一部分用户并不重视虚拟现实开发平台和虚拟现实控制系统部分,而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的,一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统,并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来,如果没有集成控制系统这部分,往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。还有就是虚拟现实开发平台的采用上,最好采用通用性强的能和国际接轨的的虚拟现实开发平台,并注意以下几个方面:
1、用“平民化”的技术实现教学型虚拟实验室的建设和应用
2、更新实验教学观念,重新认识虚拟实验室
3、切合实际,合理选择开发技术平台

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