1、 VR虛擬現(xiàn)實仿真實驗室建設方案VR虛擬現(xiàn)實仿真實驗室建設方案目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc456189801 第一章、虛擬現(xiàn)實概述 PAGEREF _Toc456189801 h 3 HYPERLINK l _Toc456189802 1.1虛擬現(xiàn)實簡介 PAGEREF _Toc456189802 h 3 HYPERLINK l _Toc456189803 1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 PAGEREF _Toc456189803 h 3 HYPERLINK l _Toc456189804 1.3虛擬現(xiàn)實技術在建筑領域、汽車裝配檢修領域、營銷實踐領域、3D

2、導游實訓領域的應用 PAGEREF _Toc456189804 h 4 HYPERLINK l _Toc456189805 1.3.1建筑設計 PAGEREF _Toc456189805 h 4 HYPERLINK l _Toc456189806 1.3.2汽車裝配及檢修領域 PAGEREF _Toc456189806 h 7 HYPERLINK l _Toc456189807 1.3.3營銷實踐領域 PAGEREF _Toc456189807 h 8 HYPERLINK l _Toc456189808 1.3.4 3D導游實訓領域 PAGEREF _Toc456189808 h 9 HYPE

3、RLINK l _Toc456189809 1.4建立虛擬現(xiàn)實教學平臺的必要性 PAGEREF _Toc456189809 h 9 HYPERLINK l _Toc456189810 1.4.1教學觀念的變化 PAGEREF _Toc456189810 h 10 HYPERLINK l _Toc456189811 1.4.2教學內容的變化 PAGEREF _Toc456189811 h 10 HYPERLINK l _Toc456189812 1.4.3教學手段的變化 PAGEREF _Toc456189812 h 11 HYPERLINK l _Toc456189813 1.5虛擬現(xiàn)實平臺的

4、建設思路 PAGEREF _Toc456189813 h 13 HYPERLINK l _Toc456189814 第二章、硬件平臺 PAGEREF _Toc456189814 h 14 HYPERLINK l _Toc456189815 2.1系統(tǒng)連接圖 PAGEREF _Toc456189815 h 14 HYPERLINK l _Toc456189816 2.2硬件平臺組成 PAGEREF _Toc456189816 h 14 HYPERLINK l _Toc456189817 2.3標準化機械結構 PAGEREF _Toc456189817 h 15 HYPERLINK l _Toc4

5、56189818 2.3.1 產品介紹 PAGEREF _Toc456189818 h 15 HYPERLINK l _Toc456189819 2.3.2 產品功能 PAGEREF _Toc456189819 h 15 HYPERLINK l _Toc456189820 2.3.3 產品效果圖 PAGEREF _Toc456189820 h 16 HYPERLINK l _Toc456189821 2.3.4 三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng) PAGEREF _Toc456189821 h 17 HYPERLINK l _Toc456189822 1、三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng) PAGEREF _To

6、c456189822 h 17 HYPERLINK l _Toc456189823 1）系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc456189823 h 17 HYPERLINK l _Toc456189824 2）特點及優(yōu)勢 PAGEREF _Toc456189824 h 18 HYPERLINK l _Toc456189825 2.4 光學追蹤及動捕系統(tǒng) PAGEREF _Toc456189825 h 23 HYPERLINK l _Toc456189826 第三章、虛擬現(xiàn)實可視化平臺DVS3D PAGEREF _Toc456189826 h 26 HYPERLINK l _Toc45618982

7、7 3.1 產品概述 PAGEREF _Toc456189827 h 26 HYPERLINK l _Toc456189828 3.2 功能特點 PAGEREF _Toc456189828 h 26 HYPERLINK l _Toc456189829 第四章、相關案例介紹 PAGEREF _Toc456189829 h 31 HYPERLINK l _Toc456189830 4.1北京建筑工程學院城市建筑與環(huán)藝創(chuàng)意設計虛擬實驗室 PAGEREF _Toc456189830 h 31 HYPERLINK l _Toc456189831 4.2建設汽車虛擬裝配及虛擬培訓 PAGEREF _Toc

8、456189831 h 32 HYPERLINK l _Toc456189832 4.3建設3D虛擬仿真實訓室 PAGEREF _Toc456189832 h 33 HYPERLINK l _Toc456189833 第五章 設備清單 PAGEREF _Toc456189833 h 34第一章、虛擬現(xiàn)實概述1.1虛擬現(xiàn)實簡介虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)，也稱為靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界(Virtual World)的計算機系統(tǒng)，可以形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進出自如、交互作用的多維信息空間”。VR技術利用計算機生成的交互式三維環(huán)境，不僅使參與者能夠感到景物或

9、模型十分逼真地存在，而且能對參與者的運動和操作做出實時準確的響應。虛擬現(xiàn)實技術是綜合性極強的高新信息技術，在軍事、能源、醫(yī)學、建筑、工業(yè)、藝術等很多領域都得到了廣泛的應用。虛擬現(xiàn)實是高度發(fā)展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：（1）依托學科的高度綜合化；（2）人的臨場化；（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；（4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標準化，數(shù)據(jù)存儲的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成作為虛擬現(xiàn)實技術的載體，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有縝密的組成和較高的結構復雜度，歸結來說，可將其分為兩大部分：以數(shù)字軟件為基礎的虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，及以硬件為

10、基礎的人機交互系統(tǒng)。1)虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術的主體部分，它依托于數(shù)碼工作站式的計算機硬件，主要涵蓋虛擬現(xiàn)實圖形數(shù)據(jù)庫及三維數(shù)字模型生成軟件等，能夠根據(jù)產品功能或者展示要求產生所需的、具有6個自由度的場景和設計實例，通過虛擬現(xiàn)實瀏覽器可全方位觀看其造型、材質、色彩及結構等。虛擬環(huán)境模型的建立既可以通過三維軟件進行數(shù)字建模，還可以通過逆向工程(RET)進行環(huán)境的反求。2)人機交互技術是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的顯著特征，集中體現(xiàn)在視覺、聽覺、觸覺三大方面。人機交互系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)不再是單方向強制性地傳遞給用戶，用戶可以借助外延設備實現(xiàn)與虛擬環(huán)境的雙向信息交流，并將用戶的口令或者所做修改以實時的方式顯示出

11、來。虛擬現(xiàn)實中的人機交互系統(tǒng)依靠數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、音響及多維跟蹤器等設備，使處于虛擬環(huán)境之中的使用者產生立體式“沉浸感”，使用戶的動作和操作更加真實與自然，體現(xiàn)出人機交互系統(tǒng)的多通道屬性。1.3虛擬現(xiàn)實技術在建筑領域、汽車裝配檢修領域、營銷實踐領域、3D導游實訓領域的應用1.3.1建筑設計a)工程結構分析工程結構在破壞特征和極限承載力是設計過程中需要重點關注的。當結構形式特殊，荷載及材料特性復雜時，我們可以通過模擬試驗來測定其受力性能，如建筑物及構筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現(xiàn)實技術，分析才能大量進行。如果采用計算機模擬仿真試驗，則可觀察其

12、破壞的全過程，便于破壞機理的研究，并利用虛擬現(xiàn)實VR的交互性能，實時修改各種數(shù)據(jù)，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使設計思維更加形象化，概念更易于理解，教學從而更加容易。b)巖土工程巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現(xiàn)實技術則可把內部過程展現(xiàn)出來，有很大實用價值。例如，地下工程開挖經常會塌方冒項。根據(jù)地質勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節(jié)理的走向密度，通過小型試驗，可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件，并存入計算機中。 分析地下工程的圍巖結構，邊坡穩(wěn)定等問題時，可以把節(jié)理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來，最終可以看到塌方的

13、區(qū)域及范圍，這就為支護設計提供了可靠依據(jù)。c)防災工程長期以來，人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現(xiàn)實技術在這一領域的應用就更有意義。 例如洪水泛濫淹沒區(qū)的洪水發(fā)展過程演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)預先存儲了泛濫區(qū)的地形地貌和地物，有數(shù)據(jù)可確定等高線，只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置，計算機就可根據(jù)水量、流速區(qū)域面積及高程數(shù)據(jù)算出不同時刻的淹沒地區(qū)，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程，這樣對防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面，對森林

14、火災的蔓延，建筑物中火災的傳播均已開發(fā)出相應的模擬仿真系統(tǒng)，這對消防工程起到了很好的指導作用。d)在模擬施工過程中的應用建筑施工是復雜的大型的動態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關系復雜，直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題，這就需要對實際施工進行仿真。例如，大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統(tǒng)的模擬仿真模型，是由運輸子系統(tǒng)和澆注子系統(tǒng)構成的，模型是按進程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應關系，程序所要模仿的行為比較 直觀、清晰。程

15、序流程直接與模型結構和系統(tǒng)狀態(tài)相對應。1.3.2汽車裝配及檢修領域a) 一個良好逼真的教學情景是整個教學取得成功的前提。采用虛擬現(xiàn)實技術表現(xiàn)力通過真實細致的汽車模型，立體仿真的動畫將原本復雜，枯燥無味的內容生動再現(xiàn)，系統(tǒng)還可以模擬一個汽車維修實訓中心，學員通過點擊鼠標可以認知汽車各個系統(tǒng)結構和工作原理，系統(tǒng)詳細的演示了汽車車門及后備箱開啟，汽車底盤的維修，車輪的更換等操作步驟。同時系統(tǒng)還結合人機交互操作，運用“虛擬手”與車身零部件進行互動操作，演示如何通過旋轉，拆離，組裝等方式進行汽車輪胎零部件的拆裝，同時系統(tǒng)還提供了拆裝的指導順序，以免學員進行誤操作，達到事半功倍的效果。b) 虛擬培訓系統(tǒng)可

16、以幫助公司培養(yǎng)汽車維修技能型 人才，解決他們實際工作中遇到的棘手問題，虛擬裝配則有效改善了產品的裝配工藝。改進了產品的裝配質量。對于縮短產品開發(fā)研制周期，降低產品開發(fā)成本有站重要的意義。1.3.3營銷實踐領域當虛擬現(xiàn)實應用于教學教育中是一個質的飛躍。它營造了“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。當前許多高校都在積極研究虛擬現(xiàn)實技術及其應用，并相繼建起了虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真的研究室，將科研成果迅速轉化實用技術，優(yōu)勢：（1）節(jié)省成本通常我們由于設備、場地、經費等硬件的限制許多實驗都無法進行。而利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學生足

17、不出戶便可以做各種實訓，在保證教學效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。（2）虛擬的商場實訓室，利用虛擬現(xiàn)實技術，可以徹底打破時間與空間的限制。如北上廣深的大城市里的各種營銷環(huán)境，而虛擬技術在一堂課內就可以輕松實現(xiàn)。1.3.4 3D導游實訓領域 1、虛擬校園也是虛擬現(xiàn)實技術在教育培訓中最早的具體應用，有三個應用層面：1、運用三維可視化虛擬校園虛擬校園環(huán)境供游客瀏覽基于教學、教務、校園生活。2、以虛擬現(xiàn)實技術作為遠程教育基礎平臺場所，通過交互式遠程教學的課程目錄和網站，對各個終端提供持續(xù)教育。3、還可為社會提供新技術和高等職業(yè)培訓的機會，創(chuàng)造更大的經濟效益與社會效益。 2、虛擬仿真景，3D導游實訓室可

18、以將旅游教學與實訓的專業(yè)層次更加深入，使得兩者有機銜接，緊密配合，顯著提高教學質量。1是能滿足模擬導游教學過程。2是能滿足教師教學需求的功。1.4建立虛擬現(xiàn)實教學平臺的必要性在高等院校，虛擬現(xiàn)實技術具有廣泛的作用和影響。虛擬現(xiàn)實技術走向應用的核心技術是交互技術，親身經歷、親自感受比空洞抽象的說教更具有說服力。主動地去交互與被動的觀看有質的差別。正如教育界專家所指出的：嶄新的技術，會帶來嶄新的教育思維，解決我們以前無法解決的問題，將給我們的教育帶來一系列的重大變革，尤其在科技研究、虛擬仿真校園、虛擬教學、虛擬實驗、教育娛樂等方面的應用更為廣泛。虛擬現(xiàn)實應用于教育是教育技術發(fā)展的一個飛躍。它營造了

19、“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。1.4.1教學觀念的變化傳統(tǒng)的教學觀念主要是“傳道、授業(yè)、解惑”，教學觀念決定了教學組織形式和教學方法。教學組織形式通常是以班授課為主，授課則主要采用課堂講授法， 教師是教學的中心，由教師決定教學內容、結構、教學方法及教學進度，這種教學方法是以教為主，學生始終處于被動的學習環(huán)境中。現(xiàn)代化的教學方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式為啟發(fā)引導式，追求教與學的合作化，以講授引導思維，以教導激發(fā)感情，并賦予學生學習的主動性。虛擬現(xiàn)實教學有利于創(chuàng)造這樣的環(huán)境，以教師為中心的授課形式將會被改變

20、，以學生為中心的個別化教學、合作化教學和環(huán)境中自我探究得以真正實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實正是在現(xiàn)代教育思想指導下，使用新技術改進教學方法的嘗試。引入虛擬現(xiàn)實技術到教學，從多媒體虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組織形式看，虛擬現(xiàn)實是非線性的網絡結構，逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的人機交互功能，在這個基礎上教學內容的組織安排將特別強調由學生主動參與來構建知識結構，變學生的“被動聽講”為“主動學習”，由“要我學”轉變?yōu)椤拔乙獙W”。在這種情況下，教材的意義也將由傳統(tǒng)的“教材控制”轉變?yōu)椤皩W習者控制”，教學內容外在形式的生動化與內在結構的科學化將更緊密的結合起來，這種環(huán)境將極大地促進教學觀念發(fā)生變化。1.4.2教學內容的變化教學內容是教

21、學過程中傳遞的教學信息，是學生獲取知識、掌握技術、發(fā)展能力的主要源泉。多媒體虛擬現(xiàn)實技術的引入使教學內容無論是外在形式還是內在結構都產生了很大的變化。一是教學內容外在形式的變化。學生的技術水平和動手能力是在實驗、實訓中培養(yǎng)出來的，在傳統(tǒng)的實踐教學中，實驗課內容主要是學科性的理論驗證和學會使用設備、儀器, 并從中歸納、總結出規(guī)律。這些年來，隨著教育技術的發(fā)展， 從原來只是用錄音、錄像來輔助文字教材進行教學的方式發(fā)展為使用具有人機交互的多媒體技術。多媒體的信息類型有靜態(tài)的、運動的、超級鏈接的視覺和聽覺信息，媒體信息形式通過計算機的集成處理，提供了超文本、圖形、圖像、圖表、音頻、視頻和動畫。多媒體信

22、息表現(xiàn)形式多樣，對于抽象的、概括的概念、原理，除了用文字和語音協(xié)同描述外，還可以用三維實景虛擬現(xiàn)實過程，對于不可視的變化、無法觸摸的物體或有危險的場所，甚至自然界或現(xiàn)實生活中不可能存在的事件，也可以通過虛擬現(xiàn)實技術去展現(xiàn)。多媒體技術存貯信息量大，教學內容可以用最有效的方式來表現(xiàn)，而且同一教學內容還可以用多種信息形式來表現(xiàn)，這就有利于克服單一媒體表現(xiàn)及難以協(xié)同表現(xiàn)的弊端。虛擬現(xiàn)實所提供的人機交互的特點尤其適用于個性化教育，因人施教、因材施教，培養(yǎng)高素質的綜合型人才。二是教學內容的內在結構的變化。虛擬現(xiàn)實的應用將帶來教學內容結構的變化。教學內容的內在結構就是學科知識結構設計，知識結構是學科知識間的

23、邏輯關系，是學科內含智力因素的信息源。傳統(tǒng)的教材及實驗指導材料都是以線性結構來組織學科知識結構的，知識內容的結構及順序都是以教為主，教學順序性很強，學生只能在教師的講授下獲得正確的概念、原理及邏輯關系。這種形式的學習，學生對教師的依賴性很大，教材也只是一種教授材料，學生利用它學習的自由度不大，靈活性不強，難以促使學生從己建立的知識結構向新知識結構遷移。使用虛擬現(xiàn)實技術后，多種媒體的信息通過網絡化超鏈接，就可以接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內容、構建知識結構，這種網狀的信息組織方式是一種非線性結構，鏈是知識之間的層級邏輯關系。虛擬現(xiàn)實與普通多媒體是多媒體信息處理的高度集成，把信息的組織形

24、式與信息內容呈現(xiàn)的多樣性、復雜性結合起來，為學生提供了一種動態(tài)、開放的結構化認知形式，既包括了學科的基本內容，又包括了學科內容之間的邏輯關系，既注重知識的形成過程，又注重知識的結構，憑藉視覺、聽覺、觸覺信息的協(xié)調作用使教學內容的統(tǒng)一與靈活性得到了完善的結合。虛擬現(xiàn)實的這種非線性結構利于學生進行擴散思維，聯(lián)想原有的知識，獲得新知識。1.4.3教學手段的變化多媒體虛擬現(xiàn)實技術應用于教學過程后，可以促使教學手段向科學化、高效益方向發(fā)展，其變化體現(xiàn)在以下幾個方面：一是互動啟發(fā)式教學。虛擬現(xiàn)實有助于啟發(fā)式教學的開展，與傳統(tǒng)的幻燈、投映膠片和課件相比都有很大的進步，尤其在演示教學內容方面能提供直觀的、形象

25、的多重感官刺激的視聽覺材料，以一種直接的信息傳遞方式，通過親臨其境的、自主控制的人機交互，由視覺、聽覺、觸覺獲取“外界”的反應，提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現(xiàn)學生不能直接觀察到的事物等，形成知識點。學生則從思維、情感和行為三個方面參與教學活動，這也是形成啟發(fā)式教育的基礎。虛擬現(xiàn)實教學對教師引導學生討論交流帶來方便，更有利于訓練學生的分析總結能力，產生知識結構的新生長點，構建多學科交叉的知識網絡，有利于學生知識的獲取和增長，培養(yǎng)有創(chuàng)新意識的綜合型人才。二是發(fā)現(xiàn)式教學。發(fā)現(xiàn)式教學是以解決問題為中心的教學形式，虛擬現(xiàn)實在實訓教學中可以讓學生進入問題存在的環(huán)境，有針對性地建構虛擬情景，引導學生進

26、行探究，它以一種接近人類認知特點的網絡化結構形式，每個節(jié)點包含不同媒體信息的知識點，各知識點之間的邏輯鏈接關系構成了教學內容的知識結構， 提供了發(fā)現(xiàn)式的學習思維軌跡。虛擬現(xiàn)實教學不但提供良好的人機交互，還允許學生出錯時，自行了解錯誤的根由及后果，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，進而通過分析、綜合、比較、歸納、推理等高級思維技能圍繞假設進行論證，接近或掌握真理，形成發(fā)現(xiàn)式的學習風格和策略，培養(yǎng)高層次的思維技能，這也是素質教育的重要內容之一。三是協(xié)同工作式教學。以往的教學手段交流只能限于師生之間，學生與學生之間缺乏協(xié)作，而虛擬現(xiàn)實教學不受空間位置和相互距離的限制，可讓遠距離的師生或位置分散的學生“共處于”一個

27、虛擬空間中，通過共同參與，且必須具備協(xié)同操作能力才能完成某些項目的設計或訓練。這種教學手段與傳統(tǒng)的課堂教學中師生之間的交流僅局限于固定時間、固定空間的結構中有很大的差別，不但師生之間可有效交流，而且學生之間能實現(xiàn)協(xié)作，培養(yǎng)協(xié)同工作的意識，使學生具備適應大系統(tǒng)工作的能力。四是情境式教學。虛擬現(xiàn)實技術具有動畫虛擬現(xiàn)實的能力，能夠把教學中的抽象概念原理、真實的實驗過程等形象生動地表現(xiàn)出來，給學生創(chuàng)設真實學習情境，幫助學生獲得示范性的知識,把握概念原理的實質。1.5虛擬現(xiàn)實平臺的建設思路第一階段，建立虛擬現(xiàn)實硬件環(huán)境與多通道立體顯示軟件平臺，其中硬件環(huán)境包含主動立體投影顯示系統(tǒng)、動作捕捉交互操作系統(tǒng)、

28、專業(yè)圖形工作站、其它輔助設備，后續(xù)可根據(jù)需求對環(huán)境進行升級； 第二階段，利用目前成熟的虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺軟件，針對西安建筑科技大學管理學院的教學內容開發(fā)實用課件，并與虛擬現(xiàn)實環(huán)境連接，內容直接服務于教學建設；第三階段，科研平臺建設，利用前兩階段的環(huán)境，根據(jù)科研需要實施科學研究。整個虛擬現(xiàn)實實驗室滿足包括教學、培訓、科研三方面的需求。硬件、系統(tǒng)開發(fā)平臺的投入既考慮當前的教學、培訓和科研的需求，也考慮到可擴展性，為后續(xù)的發(fā)展留足夠的空間。后期甚至作為全系乃至整個學院的平臺，成為服務于全系，全院，乃至全校的虛擬仿真教學培訓科研的開放硬件和開發(fā)平臺。第二章、硬件平臺2.1系統(tǒng)連接圖2.2硬件平臺組成實驗

29、室VR系統(tǒng)的硬件平臺主要由以下幾部分組成：沉浸式立體顯示系統(tǒng)：作為整個虛擬現(xiàn)實仿真平臺的顯示部分，顯示系統(tǒng)效果的好壞對整個系統(tǒng)表現(xiàn)的影響非常大。系統(tǒng)一般由微間距顯示屏機械結構實現(xiàn)。其核心是根據(jù)使用要求和現(xiàn)場情況（環(huán)境光情況、場地情況、觀眾等），選擇適當結構形式以形成最佳的視場。由于顯示屏面積較大，圖像均勻性及一致性要求突出。圖形集群處理系統(tǒng)：由于虛擬系統(tǒng)所采用的軟件占用較大空間資源，因此對計算機硬件的要求隨之提高，當前虛擬系統(tǒng)中的計算機硬件以高性能圖形工作站為主流，具體配置因所采用的建模和分析軟件不同而不同。交互系統(tǒng)：虛擬設計平臺中的人機交互設備包括數(shù)據(jù)手套、動作捕捉系統(tǒng)、三維鼠標等，可以使設

30、計者和觀察者實時地對多通道顯示屏幕上的內容進行綜合操控，實現(xiàn)用戶與三維模型的交互瀏覽和相關分析。2.3標準化機械結構2.3.1 產品介紹獨有的角落式設計，讓您真正實現(xiàn)虛擬“探索”的奧秘。產品由三面相互具有公共鄰邊的光路系統(tǒng)構建而成，采用LED呈現(xiàn)方式，三通道畫面系統(tǒng)分離控制，非常適用于方案評估對比，給您呈現(xiàn)出一個綜合視角。應用方向：適用于多角度產品審視，產品內部構造分析等應用，三通道光路系統(tǒng)能夠較充分的表達多維度空間的包圍沉浸感，在建筑，高端制造，科研教育，能源，國防軍工，生物醫(yī)學等領域有著廣泛應用。2.3.2 產品功能由機械結構設計師設計，包括微間距顯示屏固定安裝結構、反射系統(tǒng)安裝機械結構、

31、追蹤系統(tǒng)支撐安裝結構，采用全封閉一體化鋁合金結構，經久耐用，具有抗震性，耐腐蝕，可現(xiàn)場快速安裝拆卸，便于后期實驗室搬遷。產品采用三通道立體畫面展示，使體驗者仿佛置身于真實世界。數(shù)字色彩管理、自動顯示系統(tǒng)校準、電動光學融合多項專利技術的采用，嚴格保障的高端可視化應用的需求。提供精確幀顯示效果，滿足高速模擬環(huán)境的苛刻需求。2.3.3 產品效果圖2.3.4 三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng)1、三維微間距沉浸式顯示系統(tǒng)1）系統(tǒng)概述顯示子系統(tǒng)是一套硬件外設和配套軟件組成，是一個大型的可支持多用戶的沉浸式產品，能為用戶提供大范圍視野的高分辨率及高質量的立體影像。顯示子系統(tǒng)在各種交互設備的支持下?lián)碛袠O佳的交互性并能

32、提供給用戶一種前所未有的沉浸感，方便用戶深入到產品內部了解產品特性，讓虛擬環(huán)境完全媲美真實世界。整體采用特別研發(fā)的一鍵式電控式機械結構，無需費力即可完成系統(tǒng)變形，讓包容沉浸瞬間轉變成為震撼的超大畫面，體驗魔術般虛擬現(xiàn)實的魅力。經過多年技術研發(fā)和交付項目的積累，目前掌心在顯示子系統(tǒng)部分，提供基于小間距屏的方案：顯示子系統(tǒng)由微間距屏（間距2.5mm）、高清視頻處理器、發(fā)送卡及主控系統(tǒng)等模塊組成，系統(tǒng)依據(jù)微間距屏幕顯示系統(tǒng)各設備功能特點及兼容穩(wěn)定性，遵循科學的設計原則、設計標準和設計規(guī)范，突出先進性、適用性和經濟性而進行設計，主要實現(xiàn)高分辨率全屏顯示、信號畫面任意漫游、縮放顯示、信號畫面疊加、圖像剪

33、裁/字符疊加及主動立體圖像還原顯示的要求。2）特點及優(yōu)勢無拼縫、完美顯示徹底消除視覺拼縫，盡享超大、完整的顯示畫面；采用頂級面板墨色處理技術，甄選優(yōu)質純黑LED發(fā)光管，使屏體達到低反光、高對比、高均勻性，畫面層次分明、281億色彩給人美妙絕倫的視覺體驗；室內顯示尤其是廣電演播廳強光的環(huán)境下，要求背景顯示屏的燈光反射越小越好，以減輕攝制畫面中惱人的光斑，在這方面，G-MD屏具有獨特優(yōu)勢。現(xiàn)場逐點校正，亮度色度均勻一致 DLP、LCD長時間使用后，發(fā)光源衰減將導致各顯示單元間亮度、色度不均勻；LED屏采用先進的逐點校正技術，可實現(xiàn)對每一塊LED小間距屏的現(xiàn)場校正；可對出廠前及多年后的LED屏進行校

34、正，確保整屏亮度、色度均勻一致，低灰處不偏紅，徹底消除亮暗線。NTSC廣播級色域，色溫智能可調采用RGB三基色成像技術，色域超廣，色彩更豐富，達到廣播級標準；經過單點亮度、色度校正后，可使屏幕的亮度、色度保持高度一致性，無需二次補償，色彩高保真；色溫可調范圍大，滿足各種顯示應用領域對色溫的需求，尤其是演播室及綜藝節(jié)目等場所。換幀速度快，納秒級響應時間 采用納秒級顯示技術，將微間距屏換幀時間縮至極短，消除液晶和投影在處理快速動態(tài)畫面時出現(xiàn)的拖尾、重影疊加現(xiàn)象，確保觀眾收看到連貫、清晰的圖像，在視頻監(jiān)控及廣電顯示領域具有極大優(yōu)勢。超寬視角，任意角度完美顯示 獨創(chuàng)寬視角技術，上下左右視域160170

35、，觀看無死角、無偏色，圖像始終完美無縫，顯示覆蓋面積更大。智能化亮度調節(jié)，自動適配環(huán)境微間距屏獨有的智能亮度調節(jié)技術，亮度可調范圍達100-800cd/m2，可根據(jù)周圍明暗變化，自動調節(jié)亮度，確保在室內各種亮度環(huán)境下，畫面仍然保持舒適柔和，長時間觀看不疲勞。獨有的智能亮度調節(jié)技術，亮度可調范圍大。微間距屏滿足724小時觀看不刺眼極速刷新，明顯提升視覺舒適度數(shù)字自主研發(fā)高端播控系統(tǒng)，支持超高刷新率輸出，驅動解碼急速響應，擺脫圖像殘影，使畫面播放細膩流暢，觀看更舒適；攝取畫面穩(wěn)定無波紋不閃爍，應對動態(tài)顯示畫面，圖像邊緣清晰，有良好的動態(tài)表現(xiàn)力，將圖像信息準確真實地還原。微間距屏(高刷新)傳統(tǒng)屏(低

36、刷新)單元高精度控制技術獨創(chuàng)V-Smooth技術：行業(yè)第一家自有模具加工設備和生產車間的公司，確保每個顯示單元箱均采用高標準模具級加工處理，從而使拼接誤差近乎為零，實現(xiàn)屏體平整無凹凸，消除畫面亮暗線。運行“零”噪音1.先進的V-Structure設計理念： 主體結構采用高性能導熱鋁材，內部電路優(yōu)化布局，箱體內部采用大面積散熱設計，可快速帶走箱體內部熱量，使整屏溫升低，運行更穩(wěn)定。箱體內部熱量排散示意圖雙路信號熱備份采用雙路信號熱備份輸入方式，各單元顯示控制模塊會自動檢測兩路輸入信號的完整性，故障自動切換，確保畫面穩(wěn)定可靠；微間距屏高端控制系統(tǒng)支持加密輸出，避免信號惡意切斷及輸入，確保顯示的安全

37、性。拼接成本低黃金顯示比例，獨創(chuàng)單元箱體8:9寬高比設計，體積小巧，輕松實現(xiàn)4:3或16:9大屏顯示比例，在規(guī)定的信號源和既定場景雙重條件下，顯示單元高度靈活匹配，為客戶大大節(jié)省顯示屏拼接成本。維護成本低與傳統(tǒng)屏相比，微間距屏單點故障時無需更換面板，僅需對單個像素LED或單個模塊進行維護，成本低、速度快；與DLP拼接屏相比，微間距屏顯示單元超薄設計，后部維修空間小于0.8m，可以嵌入現(xiàn)有的墻體，而不用改變建筑結構，經濟便捷；微間距屏功率低、溫升低，長期使用時維護成本低，壽命長。2.4 光學追蹤及動捕系統(tǒng)G-Motion動作捕捉系統(tǒng)是實現(xiàn)人與沉浸式環(huán)境直接交互的必要外設，整套追蹤系統(tǒng)使用光學跟蹤

38、攝像頭作為核心支撐部件，該攝像頭能夠通過追蹤佩戴標記點的人的動作及位置，通過計算軟件確定跟蹤目標的6自由度位置和方向。有虛擬現(xiàn)實軟件實時獲取位置數(shù)據(jù)并實時調整畫面，以便適應參與者在位置運動變換后的畫面的變換。廣泛用于虛擬裝配技術、虛擬仿真培訓交互、動作捕捉以及科研等諸多領域。通過動作捕捉系統(tǒng)可以實現(xiàn)人體和虛擬數(shù)字的各種交互，將各種機械能轉換為計算機可以識別的數(shù)字信號，從而評估可視性和可達性。系統(tǒng)組件追蹤系統(tǒng)計算軟件 攝像頭最多20個跟蹤目標 追蹤系統(tǒng)計算軟件整個跟蹤系統(tǒng)的核心計算軟件，具有優(yōu)化的算法，快捷的實時響應能力，計算跟蹤目標的6自由度位置和方向，能實現(xiàn)多個攝像頭的同步運行，并可根據(jù)需要

39、安裝立體眼鏡等外部元件。跟蹤攝像頭系統(tǒng)配備的全部“跟蹤攝像頭”均為智能型攝像頭，其輔助配件包括：低噪音CCD芯片、用于標記數(shù)據(jù)優(yōu)化分析的“現(xiàn)場可編程門陣列”（FPGA）、以及負責全部二維計算的內部PC機。另外，攝像頭還配有紅外閃光燈，可照亮跟蹤目標。紅外攝像頭專門為主動式立體系統(tǒng)快門眼鏡設計的跟蹤目標，將快門的位置角度信息與虛擬場景中的模擬攝像機相互關聯(lián)匹配，通過追蹤人頭部的運動狀態(tài)來實時控制虛擬攝像機。目標與標記跟蹤目標分為許多類別，其中包括虛擬現(xiàn)實專用的交互設備，如：手指追蹤、三維交互搖桿，或測量工具等；同時也有各種形狀的非交互式目標，包括立體眼鏡、頭戴式設備、以及符合人體各部位的目標。定

40、制目標有效地彌補了現(xiàn)有標準目標無法使用的空缺領域。我們可以根據(jù)客戶要求量身打造各種堅固耐用型、防水防塵型、或是較大、較小或其它各種形狀的目標。用戶也能創(chuàng)建自己的目標，并采用簡便快捷的校準程序將其添加至系統(tǒng)當中。規(guī)格參數(shù)測量原理：紅外光學跟蹤攝像機,與被動式或主動式標記物一起使用集成圖案識別元件紅外光源：內置紅外線LED閃光燈，波長850NM閃光燈亮度8檔可調幀頻：最大 120幀（可調）工作距離： 5米6自由度目標數(shù)：4第三章、虛擬現(xiàn)實可視化平臺DVS3D3.1 產品概述DVS3D是虛擬現(xiàn)實協(xié)作工作平臺。可以直接實時獲取多種3D輔助設計軟件數(shù)據(jù)內容，也可以自由的搭建3D的虛擬場景，并且結合3D立

41、體沉浸式投影系統(tǒng)和交互設備，具備協(xié)同設計、可視管理、實時交互等特點。讓使用者置身真實的環(huán)境中進行設計展示、方案評審、決策評估、機械裝配、模擬訓練等。DVS3D工作流程DVS3D工作流3.2 功能特點1）數(shù)據(jù)整合計算機圖形技術為各行業(yè)帶來新的技術表現(xiàn)手段，在數(shù)字化設計、制造、生產、培訓、教學科研等方面，首先需要解決的是三維數(shù)據(jù)來源。對使用CAD的客戶群體和沒有數(shù)據(jù)的客戶，DVS提供了完美的解決方案。實時截取CAD設計數(shù)據(jù)，提高設計效率支持Catia、ProE、UG、Tribon、Navisworks、SketchUp、Revit等眾多三維建模程序，無需數(shù)據(jù)轉換，與用戶三維建模程序無縫結合，避免格

42、式轉換過程中的數(shù)據(jù)丟失或損壞；千萬級數(shù)據(jù)量優(yōu)化，根據(jù)視覺顯示效果調整優(yōu)化比重，提高系統(tǒng)承載能力和實時運行效率協(xié)同設計 ，高效數(shù)據(jù)整合快速獲取不同設計師不同設計軟件的設計成果，數(shù)據(jù)整合直觀、高效；提高跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同工作效率，提交溝通效率，減少設計錯誤2）可視管理基于PC設計的數(shù)據(jù)原型的三維模型可視化，視覺感官受限；無法實時直觀輸出沉浸式顯示，需借助中間軟件進行數(shù)據(jù)轉換，操作繁瑣；并且CAD的設計成果顯示效果單調，功能局限；無法逼真、精準的了解項目開發(fā)成果，難以作出準確判斷。DVS3D通過場景編輯、效果調整、立體顯示的可視管理功能讓設計成果以高質量畫面、強沉浸式體驗效果呈現(xiàn)設計成果。多通道立

43、體展示 可視化管理支持三維模型及數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中1:1沉浸式立體展示，直接使用虛擬外設與立體環(huán)境進行交互操作，為產品可視化管理提供逼真的立體展示環(huán)境。強大的圖形化編輯功能 設計效果更出眾豐富的預設場景（沙漠、海洋、山體、工廠等），可以快速應用搭建出豐富配景環(huán)境，襯托設計模型的展示效果；可快速在場景中添加天氣系統(tǒng)、材質紋理、地形、動態(tài)植被、動態(tài)水體等，提高設計效果提供豐富素材庫，實現(xiàn)設計模型的材質添加，實現(xiàn)金屬、玻璃、皮革、凹凸、反射等效果，寫實效果模擬；為模型創(chuàng)建標注，并可修改、刪除。在沉浸式環(huán)境中進行人機交互觸發(fā)控制，加強方案評審或虛擬培訓時對于特殊信息的顯示需求。3）實時交互在沉浸式立

44、體環(huán)境中，通過傳統(tǒng)的鼠標鍵盤方式無法很好滿足數(shù)字內容的交互操作；通過交互外設實現(xiàn)復雜人機交互，仿真模擬真實的各種操作。多元外設 即裝即用提供VRPN多元化虛擬外設接口，無需定制開發(fā)，簡單的參數(shù)配置后即可使用人機交互 精準校驗對三維場景進行漫游、布局設計、設備拆裝、仿真訓練、三維測量、結構剖切、標注等交互操作，真實、直觀的進行方案評估第四章、相關案例介紹4.1北京建筑工程學院城市建筑與環(huán)藝創(chuàng)意設計虛擬實驗室“城市建筑與環(huán)藝創(chuàng)意設計虛擬實驗室”的建設思路是在學校已有的基礎條件下經過周密調研提出的一個起點較高、技術先進、覆蓋面廣、應用性強的一個較為充分和完備的CAVE式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)方案。實驗室建成后

45、，極大地改善建筑與城市規(guī)劃學院的實驗教學條件和科研條件。一方面可以完全滿足城市規(guī)劃、工業(yè)設計、公共建筑設計、居住區(qū)規(guī)劃與住宅建筑設計、室內設計、景觀建筑設計、城市設計、工業(yè)建筑設計等相關專業(yè)學生的實驗和畢業(yè)環(huán)節(jié)需求，還可以作為一個基地承擔部分生產實習教學任務；另一方面可以為研究生教育提供一個平臺；實驗室建成后還能為相關教師進行科研和開發(fā)工作提供必要的實驗手段支持。本項目是建設高分辨率且完全沉浸式的系統(tǒng)及3D立體交互演示解決方案。該系統(tǒng)是一套集成的5通道沉浸式立體解決方案。根據(jù)實驗室空間圖示，提供整體設計和解決方案，包括空間結構、機位及輔助設備、布線等內容的設計和運行管理方案。沉浸式虛擬展示空間

46、共五面：頂面、底面、前面和雙側面，這是全國第一個五面墻的洞穴式立體顯示環(huán)境。 可開設的實驗項目A、 三維建筑仿真B、 城市虛擬漫游C、 規(guī)劃分析和管理D、 工程項目模擬E、 室內設計交互F、立體建筑環(huán)境體驗G、 建筑遮陽設施 H、 建筑照明系統(tǒng) I、數(shù)字城市管理J、建筑其他節(jié)能策略的優(yōu)化選擇和決策4.2建設汽車虛擬裝配及虛擬培訓1、可對汽車的裝配過程 及維護操作進行仿真模擬，汽車將CAD系統(tǒng)構建的汽車產品三維 模型 ，實時獲取到虛擬設計協(xié)同工作平臺的DVS3D中，通過該平臺，可以實現(xiàn)對三維模型 的材質編輯和調整，提高設計效果，將調整好的模型發(fā)送到DVS3D支持的虛擬現(xiàn)實沉浸式交互系統(tǒng)中進行可裝

47、配性模擬，操作人員可以使用各類交互設備，如三維鼠標、數(shù)據(jù)手套、位置 跟蹤器等 ，像在真實環(huán)境 中一樣對產品的零 部件進行裝配操作，在操作過程中系統(tǒng)提供實時的碰撞檢測裝配路徑與序列處理等功能，從而使得設計人員能夠對汽車裝配性進行分析。2、對零部件裝配序列進行驗證和規(guī)劃，對裝配的操作人員進行培訓等，虛擬培訓系統(tǒng)可以使培訓更加真實，直觀，通過真實細高產田的汽車模型 ，立體仿真的動畫將原本復雜，枯燥的內容生動再現(xiàn)。4.3建設3D虛擬仿真實訓室建設3D虛擬實訓室，可以用于市場營銷虛擬實訓，以最簡單清晰的方式將商場展現(xiàn)，讓學員可身臨其境的體驗導購員，商場管理員的各種角色，可以直觀的對產品進行三維展示，進行

48、模擬銷售。 還可以用于3D導游實訓，模擬導游實訓過程，模擬各地風景，實景演練，景點介紹等等。第五章 設備清單序號子系統(tǒng)子項名稱設備參數(shù)單位數(shù)量1顯示系統(tǒng)微間距顯示屏1、像素間距(mm)：2.5；2. 模組尺寸(mm)：(寬)325(高)365(厚)90；3. 模組分辨率(點)：(寬)128(高)144；4. 刷新頻率(Hz)：1920；5. 換幀頻率(Hz)：120；6. 維護方式：后維護，屏體最小厚度300mm；7. 顯示模式：主動3D立體快門式/被動3D立體偏振式/2D平面；8. 3DLED立體輸入接口：DP*1、HDMI*1、DVI*1、VGA*1、AV*2；9. 3DLED立體輸出接口

49、：DVI*2、VGA*1、DP*1、SDI*1；10. 3DLED立體顯示模式兼容性：2K*1K/2K*2K/自定義 (60/120Hz)；11. 3DLED立體圖像處理：左右?guī)瑘D像采用光電同步處理；12. 提供一年質保；平米11.8屏體結構及安裝1. 全鋁合金制造；2. 抗震，耐壓；3. 強度高，長期使用無形變；4. 自主研發(fā)設計機械結構，組裝，維護簡便。項13D主動立體眼鏡1. 鏡片尺寸：55*31 mm； 2. 3D技術：主動式充電快門眼鏡；3. 鏡片類型：液晶；4. 同步方法：無線電頻率；5. 刷新頻率：240Hz；6. 電池壽命：75小時；7. 供電方式：5V USB/Li-lon

50、120mAh；8. 視角：170-115；9. 透光率：38%；副403D立體信號發(fā)射器(高配)1. 頻率：2.4GH；2. 功率：-20to+10dBm；3. 發(fā)射范圍：不低于30米； 4. 認可：BandISM.Notnecessary； 5. 產品尺寸（LWH）：433070mm； 7. 質保：1年； 8. 兼容眼鏡：Volfoni 3D 眼鏡； 9. 電源：5VUSB-12V via VESA； 10. 標準配件：ActivHub RF50，升級/充電USB/uUSB電纜，VESA-3pin迷你DIN線，BNC電纜。臺12人機交互系統(tǒng)光學位置追蹤系統(tǒng)服務端軟件1. 集成VRPN接口，支

51、持同時輸出眼鏡、手柄、手套及自定義Body的6自由度空間數(shù)據(jù)，并可用于系統(tǒng)選用的CAE后處理軟件和虛擬設計輔助軟件；2. 軟件系統(tǒng)支持中英文選擇，操作簡單易上手，原廠提供兩工作日內快速響應；3. 支持相機數(shù)量：2-12個；4. 控制交互外設：無線手柄；5. 追蹤精度：0.2mm；6. 顯示：2D/3D；7. 校準：內參/外參；8. 更新速率：60；9. 系統(tǒng)延時：20ms；10. 自定義追蹤目標：支持；套1光學位置追蹤系統(tǒng)客戶端軟件1. 追蹤系統(tǒng)服務器端與客戶端可分開部署；2. 通過控制，可自動遠程喚醒追蹤控制系統(tǒng)服務器端；3. 用戶可靈活簡潔對追蹤器進行參數(shù)設置；4. 支持自定義標記體添加、

52、刪除、校準等功能；5. 追蹤的目標標記體可以3D可視化顯示；6. 支持數(shù)據(jù)記錄及回放功能；7. 支持測量筆功能；8. 軟件系統(tǒng)支持中英文選擇，操作簡單易上手，原廠提供兩工作日內快速響應。套1光學位置追蹤器（高級版）1. 自由度：6自由度；2. 無線電模塊；3. 頻率：ISM頻段2400.00-2483.50兆赫；4. 發(fā)射器；5. 可與PC機無線連接。套1近紅外光學相機（高級版）1. 含6個攝像頭，可擴展最多到12個攝像頭，追蹤系統(tǒng)攝像頭內置紅外線LED閃光燈，波長為850NM，強度可供調整；2. 攝像頭追蹤刷新率：60-120hz（可調）；3. 支持同時追蹤頭部和手部位置，可結合數(shù)據(jù)手套實現(xiàn)

53、手指交互；4. 手部、頭部定位設備采用無線被動捕捉方式；5. 支持6自由度空間數(shù)據(jù)采集；6. 最遠追蹤距離可達4米以上；7. 位置追蹤精度：0.2mm，角度追蹤精度：0.2；8. 系統(tǒng)延遲：小于20ms；9. 支持用戶自定義添加修改跟蹤目標標記體；個13虛擬交互平臺虛擬現(xiàn)實設計仿真交互軟件平臺主控端最新版本（高級版）1. 軟件產品需要提供原廠商的針對該項目的直接授權文件；2. 支持導入常用VR三維數(shù)據(jù)格式，如fbx、obj、3ds、dae等；3. 支持直接讀取導入工業(yè)設計軟件數(shù)據(jù)格式，如Catia、UG、Pro/E、Solidworks，保留完整數(shù)據(jù)結構、圖形信息、幾何信息、PMI信息；4. 實時截取三維輔助設計CAD軟件，如SketchUP、Navisworks、UG、Tribon、Catia、ProE等數(shù)據(jù)，無需格式轉換，避免數(shù)據(jù)損壞或丟失；5. CAD數(shù)據(jù)實時截取、同時整合多個設計軟件的設計成果；6. 內嵌超過兩萬數(shù)量級別的3DStore模型素材庫，可實現(xiàn)在線下載快速搭建3D場景；7. 支持圖形化的操作界面，可支持多語言包，中英文快速切換；8. 可對編輯的場景數(shù)據(jù)進行壓縮保存，方便快速打開和重復使用； 套1虛擬現(xiàn)實設計仿真交互軟件平臺渲染端最新版（高級版）1. 軟件產品需要提供原廠商的針對該項