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大型虚拟现实仿真系统解决方案

文章来源:SouVR.com 作者:Frank 发布时间:2014年03月06日 点击数: 字号:

大型虚拟现实仿真系统解决方案

 

虚拟现实(VR-Virtual Reality),也 称虚拟实境或灵境,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。

虚拟现实技术传统的模拟技术相比,虚拟现实技术的主要特征是:操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。

虚拟现实已经发展成一门涉及计算机图形学、精密传感机构、人机接口及实时图像处理等领域的综合性学科。虚拟现实技术分虚拟实景(境)技术(如虚拟游览故宫博物馆)与虚拟虚景(境)技术(如虚拟现实环境生成、虚拟设计的波音777飞机等)两大类。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛,几乎到了无所不包、无孔不入的地步,在虚拟现实技术战场环境,虚拟现实作战指挥模拟,飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练,飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造(含系统的虚拟设计),虚拟现实建筑物的展示与参观,虚拟现实手术培训,虚拟现实游戏,虚拟现实影视艺术等等方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和技术驱动。权威人士断言,虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代表。它的发展,不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式,劳和逸将真正结合起来,人们在享受环境中工作,在工作过程中得到享受;而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合,将诞生人类的第九艺术。随着计算机技术的发展,在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。所以,虚拟现实技术系统的运行趋势为单机桌面和互联网两种主要方式,因此,它对计算机硬件技术和网络技术的发展和应用也有很大的刺激作用。

方案特点

虚拟现实仿真系统具有沉浸性(Immersion)、交互性(interaction)和构想性(imagination),使人们能沉浸其中,超越其上,出入自然,形成具有交互效能多维化的信息环境。

业界很多虚拟现实公司只能提供三维漫游等简单的视景开发支持,其拥有的几何模型干涉检查、交互操作支持等也非常简单,而为此特殊开发的专用模块不但价格昂贵,且源代码有限开放难以满足用户个性化开发应用需求。真正的虚拟仿真应提供复杂场景图形、声音、交互操作、干涉检查等多方面的支持,从而可以简化应用系统的开发,提供应用系统的功能和性能。平台系统表现为一个视景和声音开发支撑平台和多个开发支持工具(几何对象干涉检查工具包、通用虚拟手开发工具包、粒子生成与控制工具、不规则几何体构造工具、流场可视化工具包)。可以为用户提供各类VR应用系统的开发。概括地说,虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。

方案核心

大型虚拟现实仿真系统模仿另一个真实系统的技术。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)、数据手套等辅助传感设备,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。如需查看更多请点击

虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境,它可以是实际上可实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。如需查看更多请点击

系统组成

大型虚拟现实仿真系统由多个子系统组成,各个子系统之间相互协作运行。其组成如下:

1、虚拟现实应用开发平台

目前,虚拟现实应用开发平台大多采用3DVIA Studio、VirtoolsUnity

3DVIA Studio Pro是一个集成内容开发平台,它汲取了达索系统十五年来创建更加沉浸式的实时3D软件应用程序的丰富经验。作为一个企业级解决方案,3DVIA Studio Pro向用户提供编写工具和专业支持,以快速开发交互性应用程序如虚拟培训,并在安全环境中进行部署。

Virtools完整的开发平台,以创新的可视化模式让用户轻松建构互动体验,内建超过700种的行为模块,从初期产品原型设计、虚拟环境模拟发展到3D互动操作,轻松建构出身临其境栩栩如生的完美体验如需查看更多请点击

Unity是一软专业3D游戏引攀,其备跨平台发布、离效能优化、高性价比,AAA级游戏画面演染效果等特点。目前Unity应用范围广泛,从手机游戏到联网的大型游戏,从严肃游戏到电子商务,再到虚拟现实VR均可完美呈现。如需查看更多请点击

2、数据采集与建模设施

常见的数据采集与建模设备有3D扫描仪、Geomagic FreeForm Modeling等。

3D扫描仪的用途是创建物体几何表面的(point cloud),这些点可用来插补成物体的表面形状,越密集的点云可以创建更精确的模型(这个过程称)。若扫描仪能够取得表面颜色,则可进一步在重建的表面上粘贴,亦即所谓的(texture mapping)。三维扫描仪可模拟为照相机,它们的视线范围都体现圆锥状,信息的搜集皆限定在一定的范围内。如需查看更多请点击

FreeForm Modeling”系统(可用于PHANTOM Desktop或PHANTOM Omni触觉设备)向设计人员和建模人员提供了快速而节省成本的原创模型创建方法,还可以修改及规划扫描数据,并将数据输出至RP系统以进行原型制造或打磨。如需查看更多请点击

3、虚拟现实人机交互设备

虚拟现实人机交互设备常用的包括动作捕捉系统、数据手套、空间位置追踪器等。

动作捕捉系统提供新的人机交互手段,表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式,运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作,提供了新的人机交互手段,比传统的键盘、鼠标更直接方便,不仅可以实现 " 三维鼠标" 和 " 手势识别 " ,还使操作者能以自然的动作和表情直接控制计算机,并为最终实现可以理解人类表情、动作的计算机系统和机器人提供了技术基础。常用的动作捕捉系统有ART光学动作捕捉系统。

如需查看更多请点击 这种结合手指弯曲度测试和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。常用的数据手套5DT数据手套Cyberglove数据手套Measurand数据手套DGTech数据手套Fakespace数据手套 、X-IST数据手套、 CyberGrasp 数据手套等。

空间位置追踪

空间位置追踪器或叫三维空降传感器是一种能实时地检测活动着的物体在六个自由度上相对于某个固定物体的数值,即在X、Y、Z坐标上的位置值,以及围绕X、Y、Z轴的旋转值。如需查看更多请点击

如需查看更多请点击 如何减少颤抖、漂移、噪音是着类传感器的关键技术。常用的空间位置追踪器有Polhemus电磁式位置追踪器、Ascension电磁式空间位置追踪器、NDI电磁式位置追踪器等。

4、沉浸式立体显示

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多通道立体展示系统分为多通道环幕立体展示系统和多通道平面立体展示系统,用户可根据实际需求选择,多通道立体展示系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统如需查看更多请点击

2、3D立体显示器

除多通道立体展示系统外,还可以采用3D立体显示器,包括裸眼立体显示器和偏振立体显示器如需查看更多请点击

推荐品牌:Exceptional3D裸眼立体显示器、Miracube偏振立体显示器

3、头戴式立体显示器

头戴式立体显示器虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备,可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。如需查看更多请点击

推荐产品:Virtual Realities VR2200 头戴式显示器、Oculus Rift 头戴式显示器5DT HMD 800-40 3D 虚拟现实头戴式显示器

此外还有高性能图像生成及处理系统、中央集成应用控制系统,由于这两套系统均为市场常见系统再次不多做介绍。

系统应用

大型虚拟仿真中心适用于与航空航天、装备制造、教育文化、医疗、冶金、能源、多媒体技术等科研专业。

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