虛擬仿真實驗室硬件設備搭建和內(nèi)容制作整體解決方案5279

圖像提供虛擬仿真教學硬件設備搭建和內(nèi)容制作整體解決方案

虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)組成：

建立一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是成功進行虛擬現(xiàn)實應用的關鍵,而要建立一個

完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),首先要做的工作是選擇確實可行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方

案;

圖像根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術的內(nèi)在含義和技術特征,并結合多年的虛擬現(xiàn)實教學建

設經(jīng)驗,最新推出的虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)提供以下組成：

虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺：

一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都需要有一套功能完備的虛擬現(xiàn)實應用開發(fā)平臺,一

般包括兩個部分,一是硬件開發(fā)平臺,即高性能圖像生成及處理系統(tǒng),通常為高性

能的圖形計算機或虛擬現(xiàn)實工作站；另一部分為軟件開發(fā)平臺,即面向應用對象

的虛擬現(xiàn)實應用軟件開發(fā)平臺;開發(fā)平臺部分是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心部分,

負責整個VR場景的開發(fā)、運算、生成,是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最基本的物理平臺,

同時連接和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的其它各個子系統(tǒng)的工作和運轉,與他們共同組成一

個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng);因此,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺部分在任何一個虛擬現(xiàn)實

系統(tǒng)中都不可缺少,而且至關重要;

虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)：

·高性能圖像生成及處理系統(tǒng)

·具有沉浸感的虛擬三維顯示系統(tǒng)

在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中,通常有多種顯示系統(tǒng)或設備,比如：大屏幕監(jiān)視器、頭盔

顯示器、立體顯示器和虛擬三維投影顯示系統(tǒng),而虛擬三維投影顯示系統(tǒng)則是目

前應用最為廣泛的系統(tǒng),因為虛擬現(xiàn)實技術要求應用系統(tǒng)具備沉浸性,而在這些

所有的顯示系統(tǒng)或設備中,虛擬三維投影顯示系統(tǒng)是最能滿足這項功能要求的

系統(tǒng),因此,該種系統(tǒng)也最受廣大專業(yè)仿真用戶的歡迎;虛擬三維投影顯示系統(tǒng)是

目前國際上普遍采用的虛擬現(xiàn)實和視景仿真實現(xiàn)手段和方式,也是一種最典型、

最實用、最高級別的投入型虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng);這些高度逼真三維顯示系統(tǒng)的高

度臨場感和高度參與性最終使參與者真正實現(xiàn)與虛擬空間的信息交流與現(xiàn)實構

想;

虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)

多自由度實時交互是虛擬現(xiàn)實技術最本質的特征和要求之一,也是虛擬現(xiàn)實技

術的精髓,離開實時交互,虛擬現(xiàn)實應用將失去其存在的價值和意義,這也是虛擬

現(xiàn)實技術與三維動畫和多媒體應用的最根本的區(qū)別;在虛擬現(xiàn)實交互應用中通

常會借助于一些面向特定應用的特殊虛擬外設,它們主要是6自由度虛擬交互系

統(tǒng),比如：力或觸覺反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器或6自由度空間鼠標、操

縱桿等等;

虛擬現(xiàn)實集成控制

一個大型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括很多組成部分,比如:多臺投影機、音響系統(tǒng)以及多

路視頻的輸入和切換,甚至是輔助的燈光和窗簾,這些都需要方便的控制和管理,

每個部分又包括很多產(chǎn)品和設備,這些產(chǎn)品設備之間需要相互連接、相互依賴,

彼此之間協(xié)同工作;然而,這樣一個復雜的系統(tǒng)要順利地運行并能夠協(xié)同工作,就

需要進行管理,集成控制系統(tǒng)便是承擔該項工作的載體,有了集成管理控制系統(tǒng),

上述一系列工作通過簡單的遙控器就可完成整個操作過程;

通常,一部分用戶并不重視這個部分,而該部分在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中恰恰又是非常

重要的,一個完善的集成控制手段能使用戶很方便的使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),并能將

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中各個部分的功能充分地發(fā)揮出來,如果沒有集成控制系統(tǒng)這部

分,往往造成整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用率低、系統(tǒng)管理困難、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、協(xié)同

工作能力低下等等一系列問題;

在通常的集成控制系統(tǒng)中最典型的設備就是中央控制系統(tǒng)或矩陣系統(tǒng)如圖,這

些設備功能強大、操作簡單、使用便捷、管理方便,它是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有效

管理和運行的基本保障;

虛擬現(xiàn)實教學設備配備

虛擬現(xiàn)實教學主要實驗設備包括：虛擬現(xiàn)實技術的特征之一就是人機之間的交

互性.為了實現(xiàn)人機之間的充分交換信息,必須設計特殊輸入和演示設備,以影

響各種操作和指令,且提供反饋信息,實現(xiàn)真正生動的交互效果;不同的項目可以

根據(jù)實際的應用可以有選擇的使用這些工具,主要包括：VR系列虛擬現(xiàn)實工作

站、立體投影、立體眼鏡或頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數(shù)據(jù)手套、3D

立體顯示器、三維空間交互球、多通道環(huán)幕系統(tǒng)、建模軟件等;

數(shù)據(jù)傳感手套

觀察者還可借助數(shù)據(jù)手套等設備來操縱虛擬場景中的對象,數(shù)據(jù)手套中裝有許

多光纖傳感器,能夠感知手指關節(jié)的彎曲狀態(tài),觀察者通過手指的活動來實現(xiàn)與

虛擬場景交互作用數(shù)據(jù)手套是一種多模式的虛擬現(xiàn)實硬件,通過軟件編程,可進

行虛擬場景中物體的抓取,移動,旋轉等動作,也可以利用它的多模式性,用作一種

控制場景漫游的工具;數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn),為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種全新的交互

手段,目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測手指的彎曲,并利用磁定位傳感器來精確地定位

出手在三維空間中的位置;這種結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;在虛

擬裝配和醫(yī)療手術模擬中,數(shù)據(jù)手套是不可缺少的虛擬現(xiàn)實硬件的一個組成部

分;

立體眼鏡

三維眼鏡是用于觀看立體游戲場景、立體電影、仿真效果的計算機裝置,是基于

頁交換模式Pagefilp的虛擬現(xiàn)實立體眼鏡,分有線和無線兩種,是目前最為流行

和經(jīng)濟適用的VR觀察設備;基于頁交換模式Pagefilp的立體眼鏡,分有線和無線

兩種;均為圖形工作站用立體眼鏡Shutterglasses許多專業(yè)軟件都支持

CrystalEyes,如機械CAD、產(chǎn)品可視化、仿真、分子建模、地理信息系統(tǒng)/測繪

和醫(yī)學成象等;彩色圖像真實、高分辨率;

頭盔顯示器

無論是要求在現(xiàn)實世界的視場上同時看到需要的數(shù)據(jù),還是要體驗視覺圖像變

化時全身心投入的臨場感,模擬訓練、3D游戲、遠程醫(yī)療和手術,或者是利用紅

外、顯微鏡、電子顯微鏡來擴展人眼的視覺能力,頭盔顯示器都得到了應用;比如

軍事上在車輛、飛機駕駛員以及單兵作戰(zhàn)時的命令傳達、戰(zhàn)場觀察、地形查看、

夜視系統(tǒng)顯示、車輛和飛機的炮瞄系統(tǒng)等需要信息顯示的,都可以采用頭盔顯示

器;在CAD/CAM操作上,HMD使操作者可以遠程查看數(shù)據(jù),比如局部數(shù)據(jù)清單、

工程圖紙、產(chǎn)品規(guī)格等;波音公司在采用虛擬現(xiàn)實硬件技術進行波音777飛機設

計時,頭盔顯示器就得到了應用

三維空間跟蹤儀

三維空間跟蹤定位器是用于空間跟蹤定位的裝置,一般與其他VR設備結合使用,

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、旋轉,

不局限于固定的空間位置,操作更加靈活、自如、隨意;產(chǎn)品有六個自由度和三個

自由度之分;

3D立體顯示器

3D立體顯示器是一項新的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品,過去的立體顯示和立體觀察都是在

CRT監(jiān)視器上戴上液晶光閥的立體眼鏡進行觀看,并且需要通過高技術編程開

發(fā)才能實現(xiàn)立體現(xiàn)實和立體觀察;而立體顯示器則擺脫以往該項技術需求,不需

要任何編程開發(fā),只要您有三維模型,就可以實現(xiàn)三維模型的立體顯示,只要用肉

眼即觀察到突出的立體顯示效果,不需要帶任何立體眼鏡設備；同時,它也可以實

現(xiàn)視頻圖像如立體電影的立體顯示和立體觀察,同樣也無須戴任何立體眼鏡

虛擬現(xiàn)實工作站

立體投影

立體投影儀,其構成中包括殼體、投影儀、偏振鏡片、投影屏,投影屏和投影儀分

別位于殼體前、后方,偏振鏡片位于投影儀的投影鏡頭前面,投影儀和偏振鏡片的

數(shù)量各為2個,2個投影儀的水平軸線相交、投影圖像在投影屏上重合;圖像提

供了一種結構簡單的立體投影設備,可適宜多種場所,具有觀看距離遠,不易損傷

視力,無輻射的安全使用性能,特別適宜作為家用立體投影設備使用;

多通道立體環(huán)幕系統(tǒng)

多通道環(huán)幕立體投影系統(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),它比普通的標準投影系統(tǒng)具備更大的顯示尺寸、更寬的視野、更多的顯示內(nèi)

容、更高的顯示分辨率,以及更具沖擊力和沉浸感的視覺效果;該系統(tǒng)可以應用于

教學、視頻播放、電影播放現(xiàn)在很多影視院采用這種方式等;多通道環(huán)幕立體投

影系統(tǒng)由于其技術含量高、價格昂貴,以前一般用于虛擬仿真、系統(tǒng)控制和科學

研究,近來開始向科博館、展覽展示、工業(yè)設計、教育培訓、會議中心等專業(yè)領

域發(fā)展;其中,院校和科博館是該技術的最大應用場所;這種全新的視覺展示技術

更能彰顯科博館的先進性和創(chuàng)新性,在今后若干年內(nèi)不會被淘汰;

圖像虛擬仿真事業(yè)部提供如下教學解決方案：

圖像是國內(nèi)最早從事虛擬現(xiàn)實技術研究和制作的高新企業(yè),在深圳、北京、美

國、日本都擁有分公司,圖像不斷吸收和學習國外最先進的虛擬現(xiàn)實技術,在虛

擬現(xiàn)實教學建設方面擁有一整套最優(yōu)化解決方案;

一、數(shù)字城市系統(tǒng)

城市規(guī)劃演示廳也被稱之為數(shù)字城市教學;其主要目標和功能是提供城市規(guī)劃、

城市市政管理、房地產(chǎn)開發(fā)與管理、旅游規(guī)劃以及數(shù)字地球城市的仿真模擬教

學和科研平臺;

圖像憑借雄厚實力制作了國內(nèi)最大的數(shù)字城市項目,可以為您提供數(shù)字內(nèi)容制

作和環(huán)幕硬件展示系統(tǒng)整體解決方案;

圖像城市規(guī)劃演示系統(tǒng)—數(shù)字城市教學截圖

二、旅游導游教學

導游培訓：培養(yǎng)熟練和優(yōu)秀的導游是旅游專業(yè)的教學目標,但是旅游專業(yè)學校又

面臨教學過程中實習資源匱乏、而實地參觀成本又高的難題;圖像旅游虛擬仿

真系統(tǒng)從導游和旅游專業(yè)特點出發(fā),按照旅游專業(yè)的教學要求和實施特點,設計

出適用于導游實訓、旅游模擬、旅游規(guī)劃、信息查詢,景區(qū)導航,景區(qū)切換等功能

模塊;為旅游專業(yè)學校提供一站式解決方案;

圖像制作的旅游仿真教學

三、物流仿真教學

仿真教學

學校教育,由于受到諸多條件的限制,大部分內(nèi)容還停留在以書本為主的教學體

系上;部分學校的學生現(xiàn)在能夠在大三和大四年級,獲得公司實習的機會,但是由

于時間和實習單位的工作人員業(yè)務繁忙等原因情況,學生了解到的內(nèi)容比較片

面,了解到的業(yè)務單證也比較少,實踐機會少,學生對業(yè)務的認識程度仍然相當?shù)?

缺乏感性認識;在走出學校前,為了使學生對整個的口岸有全面和相對深入

的了解;圖像聯(lián)合業(yè)內(nèi)人士,根據(jù)市場需求,可以為物流專業(yè)教學提供：3D倉儲

模擬實訓系統(tǒng)、3D運輸模擬實訓系統(tǒng)、3D第三方物流模擬實訓系統(tǒng)、3D集裝

箱與堆場模擬實訓系統(tǒng)和3D供應鏈模擬實訓系統(tǒng)等一系列解決方案;

四、虛擬維修拆卸教學

圖像虛擬拆卸維修教學,充分的利用了圖像開發(fā)的這套虛擬拆裝模擬培訓系

統(tǒng),可以結合大屏幕提供給更多需要虛擬拆卸和虛擬維修以及虛擬組裝的客戶,

讓更多的人一起集中練習,提高培訓的效率更加節(jié)省成本;

五、虛擬手術教學

虛擬手術是虛擬現(xiàn)實技術很高端的應用;國外已經(jīng)可以利用傳感設備進行醫(yī)學

學員的培訓教學,甚至已經(jīng)真正的做到了遠程虛擬手術的效果;國內(nèi)目前還沒有

這樣的水平,不過圖像和科研機構聯(lián)合,制作出人體的內(nèi)部的三維模型和一些互

動式的動作,同樣能滿足培訓學員和手術新手的需要;

六、仿真駕駛教學

虛擬駕駛,也被稱為汽車駕駛仿真,或汽車模擬駕駛;圖像利用三維圖像即時生

成技術、汽車動力學仿真物理系統(tǒng)、大視場顯示技術如多通道立體投影系統(tǒng)、

六自由度運動平臺或三自由度運動平臺、用戶輸入硬件系統(tǒng)、立體聲音響、中

控系統(tǒng)等,讓體驗者在一個虛擬的駕駛環(huán)境中,感受到接近真實效果的視覺、聽覺

和體感的汽車駕駛體驗;

圖像對于國內(nèi)教學型虛擬教學建設的幾點建議

通常,一部分用戶并不重視虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺和虛擬現(xiàn)實控制系統(tǒng)部分,而該部

分在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中恰恰又