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虚拟现实

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多人协同式虚拟现实仿真验证教学平台方案

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为了实现“中国制造2025”的目标,当前我国对国内工业制造业的转型升级和如产能化大力推进,一股高新尖技术开始呈现井喷式发展,其中虚拟现实技术的普及得到的非常强烈的关注。德国工业4.0体系中,虚拟现实技术被列为九大支撑技术之一,覆盖了产品设计、生产过程管理、设备维修等多个环节。全世界的工业制造强国都开始使用虚拟现实技术辅助工业设计和制造。
        因为从90年代起计算机技术、信息技术、管理技术的不断发展与广泛应用,产品的工程设计与制造领域正在发生着深刻的变革,呈现协同式、并行化、集成化、网络化、虚拟化、智能化的发展趋势,而且相应的支撑技术也得到了不断的发展与成熟,其中虚拟现实技术就是一项重要的支撑技术。虚拟现实技术在设计、制造领域的成功应用改变了“设计-试制-分析-改进”的传统模式,虚拟样机(电子样机)将逐渐取代研制过程中用于工程分析的实物模型或全尺寸样机,通过异地系统、多人协同实现一体化协同设计、评审,这种趋势已经成为制造业中一个不可逆转的潮流。
另一方面,由于虚拟现实技术能够提供真实感强的交互式仿真环境,而且用户在该虚拟环境下能够模拟进行各种动作与操作,因此它具有在维护性、维修性分析领域的潜在应用。通过虚拟维护人员在虚拟样机上进行维护、维修操作仿真来进行维护性分析可以有效地克服现有定性分析方法的不足。

用户需求分析
大赢家棋牌   通过与用户的深入沟通了解,我司理解为各大学工学院期望建设一套综合性的虚拟现实平台,该平台满足两大需求,其一为科研设计和仿真验证需求,兼顾展示汇报,其二为教学体验,满足专业教育和职业教育所需的体验性操作。这两大需求的细化如下:

科研设计和仿真验证

(1) 具备高度沉浸感的显示环境,在指定范围内的体验者可以完全沉浸在立体显示环境中,充分感受到三维模型的空间和景深。
(2) 支持三维设计软件的模型实现立体显示和交互,在沉浸式体验环境下操作人员可以与三维模型实现互动。
(3) 具备工业设计仿真验证功能,可以用于体验、验证工业设计的合理性、科学性,如数字样机的审查、零部件之间的装配关系、柔性线缆布线仿真等,提高工艺规划的合理性,优化生产装配流程。
(4) 支持多种三维设计软件的立体显示、融合显示,支持多学科联合仿真设计评审。
(5) 需具备3D显示效果的展示汇报和联合评审的功能,显示系统的屏幕设计尺寸必须满足不少于20人同时观看,同时可以与其他显示系统实现协同。

教学体验

(1) 可以用于演示虚拟现实教学课件。使学生可以在立体沉浸式环境条件中接受教学培训。
(2) 可以满足学生操作体验需求,至少一次性满足两名学生通过头戴式VR显示设备进行交互式操作、体验和学习。
协同式虚拟现实仿真验证平台总体解决方案
针对以上用户需求,结合用户产品设计流程和现有先进技术手段,我们提供如下解决方案,方案示意如图:
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3.在工业设计领域,工业产品的设计流程大概分为可行性论证、总体方案设计、初步设计、技术设计和设计定型五个阶段,在每个阶段虚拟现实系统都可以发挥相应作用,做到为整个设计流程服务,从而给用户带来可观的投资回报。
协同式虚拟现实仿真验证平台首先要解决的核心问题有协同式沉浸式用户体验、交互式体验、工艺规划的验证与优化,以及展示汇报和教学使用。
根据图1所示,协同式虚拟现实仿真验证平台主要由显示系统、图形工作站集群、交互系统、音响系统、协同式虚拟仿真验证平台软件五大分系统组成。辅助设备包括交互机、光纤、数据线缆、数字头盔显示器、VR外设等。

显示系统 设计思路

关于不同形式的显示系统我们曾做过大量的调研工作,从不同的显示形式分析来看背投平面幕的方式最符合当下浙师范工学院的需求。
我们常见的显示形式有如下几种:
(1) 基于立体投影机的立体融合拼接幕投影系统
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前投弧幕投影系统
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CAVE投影显示系统

基于投影机的立体显示系统长期以来一直是虚拟仿真、虚拟现实应用领域的主要解决方案,也最为常见。投影机显示系统的优势在于画面细腻,色彩还原度较高,对于材质、颜色有较高要求的工业设计显示效果良好。但劣势也相对明显,高端立体投影机价格居高不下,且投影系统因为需要一定的投影机距离,所以对场地条件要求较高,如果房间高度、宽度、承重等问题需要预先考虑,所以基础条件建设成本相对较高,且系统集成相对复杂,对集成商的案例和施工经验也有不小的要求。
设计形式布局设计
我方设计现场布局如下图所示:

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场地布局设计
显示系统设计
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显示系统正视图
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学生体验区



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