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航天仿真虚拟现实系统解决方案

文章来源:SouVR 作者:Frank 发布时间:2013年04月10日 点击数: 字号:

本方案由搜维尔VR研究室推出。虚拟现实 ( Virtual Reality,简称VR) 是一种可以创建和体验虚拟世界 (Virtual World) 的计算机系统。其中虚拟世界为全体虚拟环境(Virtual Environment)或给定仿真对象的全体,它是由计算机产生,通过视、听、 触觉等作用,使用户产生身临其境感觉的交互式视景模拟。因此,一个身临其境的虚拟现实系统是由包括计算机图形学、图像处理与模式识别、多传感器、语音处理与音像以及网络等技术所构成的大型综合集成环境。由于它是一门综合性极强的信息技术,目前已在军事、医学、设计和娱乐等领域得到了广泛应用。例如,波音公司曾利用VR技术进行虚拟座舱的布局,实现了完美的实际座舱布局设计。 

众所周知,航天飞行是一项耗资巨大、变量参数很多、非常复杂的系统工程,保证其安全、可靠是航天器设计时必须考虑的重要问题。因此,可利用模拟技术经济、安全及可重复性等特点,进行飞行任务或操作的仿真,以代替某些费时、费力、费钱的真实试验或者真实试验无法开展的场合,从而获得提高航天员工作效率或航天器系统可靠性等的设计对策。这样,航天模拟研究就成为确保航天器安全、可靠的有效技术途径。然而,大多数现有的仿真系统采用传统的仿真理论,即针对所研究的对象设计模型,然后根据实验方案在模型上进行各种实验,分析实验结果。其中设计的系统模型通常是由相互联系的数据结构集合和过程集合构成,具有一体化的信息和控制,因此很难对数据库进行修改。此外,实验结果的分析与处理也十分繁冗,同时,也不能直接对其作出解释。因而,随着模拟技术向可视化方向的发展,将VR技术与模拟理论相结合,据此进行航天模拟的研究,不失为一个行之有效的方法。

方案特色:

1、人-机接口具有三维立体感,人融于系统,人机浑然一体。 以座舱仪表布局为例,原则上应把最重要且经常查看的仪表放在仪表板中心区域,次重要的仪表放在中心区域以外的地方。这样能减少航天员的眼动次数,降低负荷,同时也让其注意力落在重要仪表上。但究竟哪块仪表放在哪个精确的位置,以及相对距离是否合适,只有通过实验确定。因此利用VR 作为工具设计出相应具有立体感、 逼真性高的排列组合方案,再逐个进行试验,使被试处于其中,仿佛置身于真实的载人航天器座舱仪表板面前,就能达到理想客观的实验效果。

2、继承了现有计算机仿真技术的优点,具有高度的灵活性。 因为它仅需通过修改软件中视景图像有关参数的设置,就可模拟现实世界中物理参数的改变,这样,随着任务的变化,已有的软件再经修改即可满足新任务的要求,所以十分灵活、方便。

3、突破环境限制。现有航天仿真的计算机系统体现不了空间失重环境, 而建立虚拟现实系统,通过虚拟的景象和声响就可以使被试处于太空飞行中实际的载人航天器座舱中,据此展开的相应试验研究具有实际意义。

4、节省研究经费。改用真实的航天器进行相应的试验研究是不可能实现的, 因为耗资巨大,经费条件不允许。而采用虚拟现实技术,由于其研制周期较短,设计修改和改型仅通过软件修改实现,可重复使用,设备损耗低,这样可大大节省经费投入。

系统特点:

一般而言,虚拟现实系统具有两大特点:可以从数据空间向外观察和被试可以沉浸到数据空间中。它是通过对研究对象的模型进行计算机仿真,由计算机结果去控制虚拟世界,并显示给被试者,最终实现它们之间的交互作用。这样,将被试者投入到虚拟环境中来真实地注视数据以进行交换,与现有的航天模拟方法相比有质的提高。

虚拟现实技术的核心是通过计算机产生一种如同“身临其境”的具有动态、声像功能的三维空间环境,而且使操作者能够进入该环境,直接观测和参与该环境中事物的变化与相互作用。因此,将虚拟现实技术应用于航天模拟研究,不但可以使得该领域内的计算机仿真方法得到完善与发展,而且也将大大提高设计与试验的逼真性、实效性和经济性。

方案核心:

建立一个完善实用的航天仿真虚拟现实系统,需要在以下四个方面取得突破:

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系统集成

一个完整的虚拟现实航天仿真系统大致由虚拟环境产生器、交互系统两部分构成。

一、虚拟环境产生器

一个能产生虚拟三维世界的软、硬件系统,此项是虚拟现实(VR) 系统的核心部分。他的主要功能是为用户构建一个逼真的虚拟环境,使用户可以完全地沉浸其中。此部分包括如需查看更多内容请点击>>

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推荐服务器:Quantum3D CatalystSE DBGS 6000虚拟现实系统服务器

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推荐软件:Virtools™ 5.0--3D 可视化程序设计开发平台Unity3D PRO 虚拟现实、跨平台应用程序开发引擎TechViz Virtual Workbench

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推荐显示端:多信道立体投影系统eMagin Z800 3D Visor头戴立体显示器Virtual Research VR1280 虚拟现实头戴式显示器5DT HMD 800-40 3D 虚拟现实头戴式显示器

二、交互部分

它的主要功能是接收被试者相关的运动信息(如头部、眼、手等),并回馈出触觉、压力等信号。常用的交互设备有如需查看更多内容请点击>>

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应用领域:

适用于航天员训练、交会对接、航天环境控制、生命保障等等领域。

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