虛擬仿真實驗室硬件設(shè)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(shè)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(yīng)用的關(guān)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(shù)的內(nèi)在含義和技術(shù)特征,并結(jié)合多年的虛擬現(xiàn)實教學建

設(shè)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(yīng)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(yīng)用對象

的虛擬現(xiàn)實應(yīng)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(zhuǎn),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(guān)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(yīng)用系統(tǒng)中,通常有多種顯示系統(tǒng)或設(shè)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(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng),因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)要求應(yīng)用系統(tǒng)具備沉浸性,而在這些

所有的顯示系統(tǒng)或設(shè)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(gòu)

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(shù)最本質(zhì)的特征和要求之一,也是虛擬現(xiàn)實技

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

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

常會借助于一些面向特定應(yīng)用的特殊虛擬外設(shè),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(shè)備,這些產(chǎn)品設(shè)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(shè)備就是中央控制系統(tǒng)或矩陣系統(tǒng)如圖,這

些設(shè)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(shè)備配備

虛擬現(xiàn)實教學主要實驗設(shè)備包括：虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(shè)計特殊輸入和演示設(shè)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(yīng)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(shè)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(guān)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(zhuǎn)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(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;在虛

擬裝配和醫(yī)療手術(shù)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(shè)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(shù),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(yīng)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(shù)進行波音777飛機設(shè)

計時,頭盔顯示器就得到了應(yīng)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(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、旋轉(zhuǎn),

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(shù)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(shù)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(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)簡單的立體投影設(shè)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(shè)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(yīng)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(shù)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(shè)計、教育培訓、會議中心等專業(yè)領(lǐng)

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

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(shù)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(shù),在虛

擬現(xiàn)實教學建設(shè)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(shè)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(wù)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(wù)單證也比較少,實踐機會少,學生對業(yè)務(wù)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(yīng)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(jié)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(shù)教學

虛擬手術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)很高端的應(yīng)用;國外已經(jīng)可以利用傳感設(shè)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(shù)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(gòu)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(shù)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(shù)、汽車動力學仿真物理系統(tǒng)、大視場顯示技術(shù)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(shè)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