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虚拟仿真

  
  虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲,虚拟仿
真是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术;从广义上来说,虚拟仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展,仿真技术逐步自成体系,成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法,而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。


  虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术,涉及计算机图形学、
人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,自然地与虚拟环境进行交互。
  
  VR技术主要有三方面的含义:第一,是借助于计算机生成的环境是虚幻的;第二,人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的;第三,人可以通过自然的方法(手动、眼动、口说、其他肢体动作等)与这个环境进行交互,虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。

  
  虚拟仿真技术,则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用,或与虚拟环境作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,充分满足了现代仿真技术的发展需求。

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虚拟仿真基本特性:

沉浸性

沉浸性(Immersion):虚拟仿真系统中,使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知,从而获得身临其境的感受。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。

交互性

交互性(Interaction):虚拟仿真系统中,不仅环境能够作用于人,人也可以对环境进行控制,而且人是以近乎自然的行为(自身的语言、肢体的动作等)进行控制的,虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如,当飞行员按动导弹发射按钮时,会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标;当导弹碰到目标时会发生爆炸,能够看到爆炸的碎片和火光。

虚幻性

虚幻性(Imagination):即系统中的环境是虚幻的,是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境,也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境,还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。

逼真性

逼真性(reality):虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面:一方面,虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像,一切感觉都是那么逼真,如同在真实世界一样;另一方面,当人以自然的行为作用于虚拟环境时,环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力,该物体的运动就会符合力学定律,会沿着力的方向产生相应的加速度;当它遇到障碍物时,会被阻挡。

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虚拟仿真技术的应用:


数字城市

虚拟现实技术可以通过三维建模逼真地模拟现在和未来的城市,支持数据分析、方案论证和优化,支持地理信息系统等
,通过这些详实的数据和相关资料可以是直观真实固化方案评估、审核以及管理等日常工作,更为重要的是它可以为多部门参与和协同工作提供了有效的平台。

场馆仿真

利用虚拟现实技术,通过计算机将在建或已建的场馆虚拟出来,达到一个触手可及的真实三维环境,以提前展示场馆面
貌,供市民浏览,从而对场馆的规划设计进行现场评估。通过市民虚拟游览后的反馈意见,及时发现并解决场馆存在的问题。

地产漫游

地产漫游是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销方式。通过虚拟现实技术可以让购房者
看到直观的样板房形象,让购房者在电脑上亲眼看到几年后才建成的小区,游观赏到优美的小区环境设计,甚至能够在电脑上选户型,从而帮助地产开发商在逆境中求生存,顺境中谋发展。

室内设计

虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想,把这种构思变成看得见
的虚拟物体和环境,使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界,大大提高了设计和规划的质量与效率。

旅游教学

旅游和导游专业教学过程中存在实习资源匮乏而实地参观成本又高的难题。虚拟现实技术可以按照旅游专业的教学要求
和实施特点,开发出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划的功能和模块,让师生足不出户,就能在三维立体的虚拟环境中遍览遥在万里之外的风光美景。形象逼真,细致生动。从而,通过情景化的学习界面、人机交互式的模拟旅游体验,改善教学环境、优化教学过程、增强教学效果。

文物古迹

虚拟现实技术可以将文物建筑、文物景点、文物物品、古代人像及行为、古代自然现象及天体现象等进行虚拟展示和虚
拟复原,从而使文物脱离地域限制,实现资源共享,真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。


工业仿真

虚拟现实仿真平台,具有强大的物理实时计算功能,能够真实模拟场景重力、环境阻尼等环境特性,真实的模拟刚体动
力学特性,提供了多种动力学交互手段,并能支持多种高速运算的碰撞替代体。为广大工业仿真需求用户轻而易举将此前许多只能停留于想法的优秀互动仿真创意方案完美的呈现于眼前,为国内广大工业仿真用户带来了仿真手段和技术实现水平的革命性进步。

汽车仿真

虚拟现实高画质渲染技术及汽车动力学仿真物理系统,将使汽车设计的数字化模型以更直观的方式在网络上展示出来,
使世界各地的用户都可以更快捷得到丰富准确的汽车信息,实现人与计算机之间无缝连接。

道路桥梁

虚拟现实平台依靠其精美绝伦的三维视觉表现力,照片级的真实效果,使设计中的道路桥梁直观的呈现在人们面前,使
得我们可以提前对其视觉效果和使用效率进行评估和预演,有效降低设计和施工风险,极大提高设计和施工效率。

油田矿井

在建立油田生产和管理流程优化应用模型的基础上,利用虚拟现实技术对数据实现可视化和多维表达,并且通过智能化
分析模型,为企业的经营管理提供良好的信息支撑环境。
水利电力虚拟现实平台可以与电力信息系统紧密结合,逼真再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸
、操作机构、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器等一次设备的操作过程和设备运行状态,从而为电力行业提供可视化系统解决方案。

数字展馆

虚拟现实技术可以与科技馆的功能进行完美的结合,充分发挥虚拟科技馆的种种优势,传统的声、光、电展览已经很难
吸引观众的兴趣,而利用虚拟现实技术把枯燥的数据变为鲜活的图形,使科技馆进入公众可参与交互式的新时代,引发观众浓厚的兴趣,从而达到科普的目的。

地质灾害

虚拟现实仿真平台可以实现水利工程仿真、地震应急救援仿真、地震应急推演仿真、地址灾害仿真,实现地质灾害虚拟
环境功能与展示的完美结合,通过在虚拟的环境中进行预防地质灾害的模拟演练,达到提升防灾、避灾安全意识的目的

应急预案

应急虚拟现实仿真演练系统通过对各类灾害数值模拟和人员行为数值模拟的仿真,在虚拟空间中仿真灾害发生、发展的
过程,以及人们在灾害环境中可能做出的各种反应;并在演练平台上,在最大限度仿真实际灾害的条件下,开展应急演练。在此基础上,制定各类企事业单位的数字化应急预案。应急仿真演练系统可以用来训练各级决策与指挥人员、事故处置人员,发现应急处置过程中存在的问题,检验和评估应急预案的可操作性和实用性,提高应急能力。

网上展馆

虚拟现实网上三维交互功能可以将有形的实物产品三维化并且放在网上进行虚拟展示,还能嵌入相应音频和视频等多媒
体元素,用户可以对虚拟场景中的物品进行实时的交互操作,例如开门、打开电视和播放音乐等等。相比目前网上主流的以图片、Flash、视频等展示方式来说,VRPIE让用户有了浏览的自主感,可以以自己想看的角度去观察,还可以添加许多特效和互动操作,让用户体验身临其境上网冲浪的美妙感觉。

网上看房

虚拟现实网上三维交互功能可以虚拟房屋设计,展现独特的设计风格,使客户足不出户就可对房屋的全貌了如指掌,互
动浏览,可以任意变换自己在房间中的位置,去观察设计的效果,了解房屋的精心布局。可以实现房屋三维户型图全景展示,使客户全面了解房屋内部结构,走进虚拟现实样板房。

网上产品

虚拟现实技术能够虚拟各类产品,以一种全新的方式演绎各类产品,使客户全方位全角度的了解最新产品。实现产品在
互联网上的全新展示,让客户提前体验产品功能,更清楚的了解产品的特性及结构。将销售产品展示做成在线三维的形式,顾客通过对之进行观察和操作能够对产品有更加全面的认识了解,决定购买的几率必将大幅增加,为销售者带来更多的利润。展现出产品外形的方方面面,加上互动操作,演示产品的功能和使用操作,充分利用互联网高速迅捷的传播优势来推广公司的产品。

网上看车

随着虚拟现实技术的发展,对汽车的一种全新演绎方式产生。通过虚拟现实仿真平台可以实现网上看车及交互功能,提
供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,及时、没有限制地观察三度空间内的汽车。

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典型应用系统:


1、CAVE虚拟现实显示系统



CAVE系统的概念

  
  CAVE投影系统是由3个面以上(含3面)硬质背投影墙组成的高度沉浸的虚拟演示环境,配合三维跟踪器,用户可以在被投影墙包围的系统近距离接触虚拟三维物体,或者随意漫游“真实”的虚拟环境。CAVE系统一般应用于高标准的虚拟现实系统。至纽约大学94年建立第一套CAVE系统以来,CAVE已经在全球超过600所高校、国家科技中心、各研究机构进行了广泛的应用。


  以VR-Platform CAVE为例,VR-Platform CAVE系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境,该系统可提供一个房间大小的最小三面或最大七十面(2004年)立方体投影显示空间,供多人参与,所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中,借助相应虚拟现实交互设备(如数据手套、位置跟踪器等),从而获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。由于投影面几能够覆盖用户的所有视野,所以VR-PLATFORM CAVE系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感受。



CAVE系统的应用领域


  CAVE沉浸式虚拟现实显示系统是一种全新的、高级的、完全沉浸式的数据可视化手段,可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域。如虚拟设计与制造,虚拟装配,模拟训练,虚拟演示演示,虚拟生物医学工程,地质、矿产、石油,航空航天、科学可视化,军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗,地形地貌、地理信息系统(GIS),建筑视景与城市规划,地震及消防演练仿真等。


2、虚拟互动系统


  虚拟驾驶,又被称为汽车驾驶仿真,或汽车模拟驾驶。是指利用现代高科技手段如:三维图像即时生成技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术(如多通道立体投影系统)、六自由度运动平台(或三自由度运动平台)、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等,让体验者在一个虚拟的驾驶环境中,感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。

虚拟驾驶包含项目种类:

(1)虚拟驾驶

(2)虚拟骑行

(3)虚拟快艇

(4)虚拟飞行

(5)虚拟射击

(6)虚拟游戏


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虚拟驾驶服务项目内容:


(1)虚拟驾驶互动仿真系统开发;

(2)虚拟驾驶三维场景制作;

(3)虚拟驾驶硬件设备;

(4)虚拟驾驶二次开发软件工具包

 

 

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