虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决方案.docx

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虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决方案

图像提供虚拟仿真教学硬件设备搭建与内容制作整体解决方案

【虚拟现实教学系统组成】:

建立一个完整的虚拟现实系统就是成功进行虚拟现实应用的关键,而要建立一个完整的虚拟现实系统,首先要做的工作就是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。

图像根据虚拟现实技术的内在含义与技术特征,并结合多年的虚拟现实教学建设经验,最新推出的虚拟现实教学系统提供以下组成:

虚拟现实开发平台:

一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台,一般包括两个部分,一就是硬件开发平台,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。

开发平台部分就是整个虚拟现实系统的核心部分,负责整个VR场景的开发、运算、生成,就是整个虚拟现实系统最基本的物理平台,同时连接与协调整个系统的其它各个子系统的工作与运转,与她们共同组成一个完整的虚拟现实系统。

因此,虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少,而且至关重要。

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、立体显示器与虚拟三维投影显示系统,而虚拟三维投影显示系统则就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就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就是目前国际上普遍采用的虚拟现实与视景仿真实现手段与方式,也就是一种最典型、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与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

多自由度实时交互就是虚拟现实技术最本质的特征与要求之一,也就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与意义,这也就是虚拟现实技术与三维动画与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,它们主要就是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与切换,甚至就是辅助的灯光与窗帘,这些都需要方便的控制与管理,每个部分又包括很多产品与设备,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,集成控制系统便就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就是非常重要的,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。

在通常的集成控制系统中最典型的设备就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,它就是整个虚拟现实系统有效管理与运行的基本保障。

【虚拟现实教学设备配备】

虚拟现实教学主要实验设备包括:

虚拟现实技术的特征之一就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,必须设计特殊输入与演示设备,以影响各种操作与指令,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,主要包括:

VR系列虚拟现实工作站、立体投影、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、多通道环幕系统、建模软件等。

数据传感手套

观察者还可借助数据手套等设备来操纵虚拟场景中的对象,数据手套中装有许多光纤传感器,能够感知手指关节的弯曲状态,观察者通过手指的活动来实现与虚拟场景交互作用数据手套就是一种多模式的虚拟现实硬件,通过软件编程,可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作,也可以利用它的多模式性,用作一种控制场景漫游的工具。

数据手套的出现,为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段,目前的产品已经能够检测手指的弯曲,并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。

这种结合手指弯曲度测试与空间定位测试的数据手套被称为”真实手套”,可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。

在虚拟装配与医疗手术模拟中,数据手套就是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。

立体眼镜

三维眼镜就是用于观瞧立体游戏场景、立体电影、仿真效果的计算机装置,就是基于页交换模式（Pagefilp）的虚拟现实立体眼镜,分有线与无线两种,就是目前最为流行与经济适用的VR观察设备。

基于页交换模式（Pagefilp）的立体眼镜,分有线与无线两种。

均为图形工作站用立体眼镜（Shutterglasses）许多专业软件都支持CrystalEyes,如机械CAD、产品可视化、仿真、分子建模、地理信息系统/测绘与医学成象等。

彩色图像真实、高分辨率。

头盔显示器

无论就是要求在现实世界的视场上同时瞧到需要的数据,还就是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感,模拟训练、3D游戏、远程医疗与手术,或者就是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力,头盔显示器都得到了应用。

比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查瞧、夜视系统显示、车辆与飞机的炮瞄系统等需要信息显示的,都可以采用头盔显示器。

在CAD/CAM操作上,HMD使操作者可以远程查瞧数据,比如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。

波音公司在采用虚拟现实硬件技术进行波音777飞机设计时,头盔显示器就得到了应用

三维空间跟踪仪

三维空间跟踪定位器就是用于空间跟踪定位的装置,一般与其她VR设备结合使用,如:

数据头盔、立体眼镜、数据手套等,使参与者在空间上能够自由移动、旋转,不局限于固定的空间位置,操作更加灵活、自如、随意。

产品有六个自由度与三个自由度之分。

3D立体显示器

3D立体显示器就是一项新的虚拟现实产品,过去的立体显示与立体观察都就是在CRT监视器上戴上液晶光阀的立体眼镜进行观瞧,并且需要通过高技术编程开发才能实现立体现实与立体观察。

而立体显示器则摆脱以往该项技术需求,不需要任何编程开发,只要您有三维模型,就可以实现三维模型的立体显示,只要用肉眼即观察到突出的立体显示效果,不需要带任何立体眼镜设备;同时,它也可以实现视频图像（如立体电影）的立体显示与立体观察,同样也无须戴任何立体眼镜

虚拟现实工作站

立体投影

立体投影仪,其构成中包括壳体、投影仪、偏振镜片、投影屏,投影屏与投影仪分别位于壳体前、后方,偏振镜片位于投影仪的投影镜头前面,投影仪与偏振镜片的数量各为2个,2个投影仪的水平轴线相交、投影图像在投影屏上重合。

图像提供了一种结构简单的立体投影设备,可适宜多种场所,具有观瞧距离远,不易损伤视力,无辐射的安全使用性能,特别适宜作为家用立体投影设备使用。

多通道立体环幕系统

多通道环幕（立体）投影系统就是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统,它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率,以及更具冲击力与沉浸感的视觉效果。

该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放（现在很多影视院采用这种方式）等。

多通道环幕（立体）投影系统由于其技术含量高、价格昂贵,以前一般用于虚拟仿真、系统控制与科学研究,近来开始向科博馆、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。

其中,院校与科博馆就是该技术的最大应用场所。

这种全新的视觉展示技术更能彰显科博馆的先进性与创新性,在今后若干年内不会被淘汰。

【图像虚拟仿真事业部提供如下教学解决方案:

】

图像就是国内最早从事虚拟现实技术研究与制作的高新企业,在深圳、北京、美国、日本都拥有分公司,图像不断吸收与学习国外最先进的虚拟现实技术,在虚拟现实教学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教学。

其主要目标与功能就是提供城市规划、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）的仿真模拟教学与科研平台。

图像凭借雄厚实力制作了国内最大的数字城市项目,可以为您提供数字内容制作与环幕硬件展示系统整体解决方案。

（图像城市规划演示系统—数字城市教学截图）

二、旅游导游教学

导游培训:

培养熟练与优秀的导游就是旅游专业的教学目标,但就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。

图像旅游虚拟仿真系统从导游与旅游专业特点出发,按照旅游专业的教学要求与实施特点,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。

（图像制作的旅游仿真教学）

三、物流仿真教学

（物流仿真教学）

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与大四年级,获得公司实习的机会,但就是由于时间与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与相对深入的了解。

图像联合业内人士,根据市场需求,可以为物流专业教学提供:

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与3D供应链模拟实训系统等一系列解决方案。

四、虚拟维修拆卸教学

图像虚拟拆卸维修教学,充分的利用了图像开发的这套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与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、虚拟手术教学

虚拟手术就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,不过图像与科研机构联合,制作出人体的内部的三维模型与一些互动式的动作,同样能满足培训学员与手术新手的需要。

六、仿真驾驶教学

虚拟驾驶,也被称为汽车驾驶仿真,或汽车模拟驾驶。

图像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、听觉与体感的汽车驾驶体验。

【图像对于国内教学型虚拟教学建设的几点建议】

通常,一部分用户并不重视虚拟现实开发平台与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就是非常重要的,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。

还有就就是虚拟现实开发平台的采用上,最好采用通用性强的能与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教学的建设与应用

2、更新实验教学观念,重新认识虚拟教学

3、切合实际,合理选择开发技术平台