虚拟现实系统

虚拟现实系统（精选12篇）

虚拟现实系统 篇1

虚拟现实新闻系统相关技术概述

虚拟现实新闻系统是基于现有的虚拟现实和云计算等技术提出的一个综合新闻系统,本节将对虚拟现实和云计算技术进行阐述。

虚拟现实技术

“超越时空的紫禁城”、南京城市旅游和上海世博会将会使用虚拟现实技术进行展现等等表明了虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术正在逐渐受到人们的重视,预示着虚拟现实技术在未来将有很大的发展空间。

虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,VRT)以计算机仿真技术为前提,是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术和人工智能技术等交叉与综合的结果,具有十分重要的应用价值,为人们提供了一种全新的认识世界和改造世界的手段,对信息技术和人们生活将产生难以估量的影响。

虚拟现实技术的概念

概括来说,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。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,它可以是实际上能实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。“虚拟”是用计算机生成的意思。虚拟现实就是用计算机生成的一种特殊环境,人们可以采用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并通过操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。

从本质上来说,虚拟现实是一种先进的计算机用户接口,通过为用户同时提供视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作。

虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的主要特征有以下四个方面:

(1)多感知性(Multi-Sensory):所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉和运动等几种。

(2)浸没感(Immersion):又称临场感,是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境,应该使用户难以分辨真假,使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的一切看上去是真的、听上去是真的、动起来是真的,甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的,如同在现实世界中的感觉一样。典型的系统为虚拟现实大屏幕立体投影系统。

(3)交互性(Interactivity):是用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

(4)构想性(Imagination):强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人们认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

虚拟现实技术的系统构成

一个完备的虚拟现实系统由计算机硬件、计算机软件和各种传感器设备组成。

计算机硬件既可以是一台大型计算机,也可以是微型计算机,还可以是工作站。计算机软件主要由检测模块、反馈模块、传感器模块、控制模块和建模模块组成,其中,检测模块检测用户的操作指令,并通过传感器模块作用于虚拟环境;反馈模块接受来自传感器模块的信息,为用户提供实时反馈传感器设备包括三维显示头盔、数据手套、全方位监视器以及大屏幕显示屏等位置跟踪设备和交互设备,它们产生信号与计算机实现交互功能;控制模块对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用;建模模块用于获取现实世界组成部分的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境。

虚拟现实技术的挑战

虚拟现实无论是其技术本身的发展,还是它在其他专业领域的应用,其未来的挑战主要体现在其硬件、软件、人的因素和基于高速网络的研究上。

在硬件方面主要包括:①力、触觉反馈设备;②高质量、宜人的显示;③快速和精确3D跟踪器。

在软件方面主要包括:①虚拟现实的计算机图形程序;②3D交互;③语言模型(语音识别);④操作系统设计;⑤实时计算和描述平台;⑥开发系统设计。

在人的因素方面主要包括:①决定怎样有效地使用3D输入和输出;②用户界面合成;③认知研究,以解决人与虚拟环境的交互问题。

在基于高速网络的研究方面主要包括:①网络的分配;②实时性;③大规模并行处理器中的异质计算问题。

虚拟现实技术的发展现状

(1)国外研究现状。当前,西方的发达国家在虚拟现实技术的基础研究和实际应用方面都居于领先地位。美国作为虚拟现实技术的发源地,其研究水平基本上代表了目前国际上虚拟现实技术的发展水平。目前美国在该领域的研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。美国宇航局(NASA)的研究工作主要集中在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真和对哈勃太空望远镜的仿真等方面。现在NASA已经建立了航空、卫星维护虚拟现实训练系统和空间站虚拟现实训练系统。并且已经建立了可供全国使用的虚拟现实教育系统。除了国家科研机构外,美国的一些高校也积极投入虚拟现实技术的研究当中。北卡罗来纳大学的计算机系是进行虚拟现实技术研究最早的大学,主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋。这些技术都是虚拟现实技术的基础。

日本的一些高校、企业和科研机构,在机械手、数据手套、实时三维成像等领域也取得了一些令人瞩目的成果。筑波大学根据自己研究的一些力反馈显示方法,开发了九自由度的触觉输入器和虚拟行走原型系统。东京大学的高级科学研究中心开发的一套系统可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂。京都的先进电子通信研究所开发的一套系统可以识别手势和面部表情,并把它们作为系统输入。

(2)国内研究现状。我国的虚拟现实技术研究起步较晚,与发达国家相比还有一定的差距,但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视。“九五”规划以后,国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实技术列入了重点研究项目,国内一些重点院校和科研机构已积极投入到了这一领域的研究工作。

北京航空航天大学计算机系是国内最早进行虚拟现实技术研究的单位之一。在虚拟环境中物体物理特性的表示与处理、视觉接口部分软硬件的研制、分布式虚拟环境网络设计、实时三维动态数据库开发等方面都取得了很多有意义的成果。此外,他们还成功研制了虚拟现实演示环境、基于虚拟现实的飞行员训练系统、虚拟现实应用系统开发平台等实用系统。

清华大学计算机科学和技术系主要对虚拟现实的沉浸感进行了研究,例如对球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都提出了不少独特的方法。他们还针对室内环境水平特征丰富的特点,提出借助图像变换,使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性,以利于实现特征匹配。

浙江大学国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,采用了层面迭加绘制技术和预消隐技术实现了立体视觉,同时还提供了方便的交互工具,使整个系统的实时性和画面的真实感都达到了较高的水平。另外,他们还提出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。

此外,西北工业大学CAD/CAM研究中心、上海交通大学图像处理模式识别研究所、国防科技大学计算机研究所以及中国科技开发院等单位也进行了一些研究工作和尝试。

云计算

在IBM、Google和Amazon等公司提出云计算的概念之后,其他一些公司也开始跟进,云计算的概念越来越流行,已经成为一种潮流。

云计算的兴起

“云计算”的概念出现之后,各大公司对于云计算的定义不尽相同,很难用一句话概括云计算,本文对云计算只做一个综合性的描述。

“云计算”(Cloud Computing)是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展,或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算强调说明计算的弥漫性、无所不在的分布性和社会性特征。

云计算的基本原理是以公开的标准和服务为基础,以互联网为中心,提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务,让互联网这片“云”成为每一个网民的数据中心和计算中心,通过使计算分布在大量的分布式计算机上,而非本地计算机或远程服务器中,从而大大提高信息的访问速度。

云计算是一种全新的商业模式,其核心部分依然是数据中心,它使用的硬件设备主要是成千上万的工业标准服务器,企业和个人用户通过高速互联网得到计算能力,从而避免了大量的硬件投资。

云计算的蓝图已经呼之欲出,在未来,只需要一台笔记本或者一个PDA,就可以通过网络服务来实现我们需要的一切,甚至包括超级计算这样的任务。

云计算的七大形式

(1) SAAS (Software as a Service,软件即服务)。这种类型的云计算通过浏览器把程序传给成千上万的用户。在用户眼中看来,这样会省去在服务器和软件授权上的开支;从供应商角度来看,这样只需要维持一个程序就够了,能够大幅减少成本。Salesforce.com是迄今为止这类服务最为出名的公司。SAAS在人力资源管理程序和ERP中比较常用。Google Apps和Zoho Office也是类似的服务。

(2)实用计算(Utility Computing)。最近在Amazon.com、Sun、IBM和其它提供存储服务和虚拟服务器的公司提供此项服务。这种云计算是为IT行业创造虚拟的数据中心使得其能够把内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池来为整个网络提供服务。

(3)网络服务。同SAAS关系密切,网络服务提供者们能够提供API让开发者能够开发更多基于互联网的应用,而不是提供单机程序。

(4)平台即服务。另一种SAAS,这种形式的云计算把开发环境作为一种服务来提供。你可以使用中间商的设备来开发自己的程序并通过互联网和其服务器传到用户手中。

(5) MSP (Management Service Provider,管理服务提供商)。最古老的云计算运用之一。这种应用更多的是面向IT行业而不是终端用户,常用于邮件病毒扫描、程序监控等等。

(6)商业服务平台。SAAS和MSP的混合应用,该类云计算为用户和提供商之间的互动提供了一个平台。比如用户个人开支管理系统,能够根据用户的设置来管理其开支并协调其订购的各种服务。

(7)互联网整合。将互联网上提供类似服务的公司整合起来,以便用户能够更方便的比较和选择自己的服务供应商。

云计算的三大影响

首先,云计算将赋予互联网更大的内涵并改变互联网企业的运营模式。过去几乎所有应用都是装在用户端或者局端数据库上运行,但今后通过云计算,更多地应用能够以互联网服务的方式进行,云计算作为一种应用的模式将成为更多企业和个人的选择。

其次,云计算将扩大软硬件应用的外延并改变软硬件产品的应用模式。通过云计算,用户可以不必购买新的服务器和部署软件,就可以得到应用环境或者应用本身。对于用户来说,软硬件不必是部署在自己身边的、专属于自己的产品,而是可以变身为可利用的、虚拟的一种资源。而且,可以利用的软硬件资源也不仅限于自己企业内部的设备和软件,而是可以通过网络得到扩展的软硬件资源。

最后,IT产品的开发方向也将发生变化以适应上述两种情况。一段时间以来,我们可以看到业界巨头们纷纷发布自己的云计算战略以配合这种发展趋势。

云计算的主宰者

云计算已经成为一个热门技术,众多巨头公司都在争先恐后的投入到云计算之中,那么,究竟谁能够在这场围绕云计算的竞争中获胜呢?

Sun公司推出了基于云计算理论的“黑盒子”计划。按照它的规划,将来的数据中心将不会局限于拥挤、闷热的机房中,而是一个个可移动的集装箱一它装载的是10吨经过合理安置的服务器,作为一个可移动的数据中心。它既可以为拥有上万名雇员的大型公司服务,也能为中小企业提供支持。

微软的优势显而易见,全世界有数以亿计的Windows用户,微软所要做的就是将这些用户通过互联网更紧密地连接起来,并通过Windows Live向他们提供云计算服务。微软正在创造这样一种用户体验,即从一般的设备存储转移到任何时间都可以存储的模式。

蓝色巨人IBM对此也投下了重注,并为此命名为“蓝云”计划。IBM具有发展云计算业务的一切有利因素,例如:应用服务器、存储、管理软件、中间件等等,因此IBM自然不会放过这样一个机会,云计算将是IBM接下来的一个重点业务。

Google在云计算中的地位在短时间内依然不可撼动,其开放式的平台体现了云计算模式的精髓。Google的云计算服务所需要的绝大部分基础软件都是开源的,这意味着用户可以自由的得到那些代码并修改。

Google和IBM的合作则颇具互补效应,值得期待。两家公司正试图将各自的技术进行融合,IBM熟谙企业级计算机的运行之道,而Google悉知大流量数据传输和高速网路链接的不二法门,两家公司的联手有望创造出重大成就。

有一种说法,世界上将会只有五台计算机,一台是Google的,一台是IBM的,一台是Yahoo的,一台是Amazon的,一台是微软的,因为这五家公司率先在分布式处理的商业应用上捷足先登、引领潮流。IBM、Yahoo和Google等已经正在使用云计算的概念兜售自己的产品和服务。

其实谁能真正成为云计算的主宰者并不重要,重要的是,有了这一系列IT业的巨头作为后盾,毫无疑问,云计算已经拥有了一个非常光明的前景。

虚拟现实新闻系统

前一节概述了虚拟现实和云计算技术,这一节将阐述基于上述技术提出的虚拟现实新闻系统(Virtual Reality News System,VRNS)。虚拟现实新闻系统以云计算为平台,根据用户需求提供文字、图片、音视频和虚拟现实等多种形式的新闻,为新闻报道提供了新的模式。在虚拟现实新闻系统中将包括现有的中央宣传部门、媒体单位和新闻网站,整合各家媒体单位的新闻业务,是一个为用户提供最真实感受、最容易发布、最快速度搜索、最大程度参与、最大覆盖面、最易于共享和最优秀服务的新闻系统。

VRNS系统概述

在这一小节将对虚拟现实新闻系统(Virtual Reality News System,VRNS)进行概述,主要是以下几个方面:VRNS的概念、VRNS系统的空间、VRNS系统新闻发布、VRNS系统的虚拟现实新闻、VRNS系统的搜索、VRNS系统的主体和VRNS系统的移动报道。

VRNS系统的概念

虚拟现实新闻系统(Virtual Reality News System,VRNS)是指以云计算为平台、应用虚拟现实技术的新闻报道系统,将整个宇宙现有的已知区域全部虚拟到系统中,在宇宙中已知区域发生的任何新闻事件都将在VRNS系统中发布,全世界各大通讯社、各大媒体单位和各种媒介都在VRNS系统中出现,向人们提供文字、图片、音视频和虚拟现实等形式新闻稿件,在VRNS系统中新闻将与实时、实地和实际人物紧密的有机联系起来,将宇宙中的时间、地点、人物和事件形成一个整体,而不再只是一条孤立的新闻稿件,人们将在VRNS系统中以语义搜索的方式、最快的速度和最真实的感受获取到需要查找的不同形式的新闻。

VRNS系统的空间

在VRNS系统中的虚拟现实空间将以宇宙现有已知区域为地理空间,将包括银河系、太阳系、各大恒星、地球和月亮等等星系和天体,在虚拟现实空间中地球上的每一个地点都将以虚拟现实形式出现,在空间中各个地点的逻辑位置与实际的地理位置是一一对应的,所有的关于某个地点的某个时间的新闻信息将以文字、图片、音视频和虚拟现实形式新闻与发生地点结合起来展现,从而将现有的宇宙空间中发生的所有新闻都将在VRNS系统中更新,用户可以根据需要选择查看某种形式的新闻信息。在VRNS系统中你将能获取到在宇宙中任何已发生的、正在发生的和将要发生的新闻信息。

VRNS系统新闻发布

在宇宙中发生的任何新闻信息都会通过媒体单位、记者或者普通大众,在VRNS系统中发布出来,VRNS系统对发布的新闻稿件将根据事件发生的时间、地点、人物和行业等新闻信息分类标准进行归类,这样人们就可以根据新闻信息的时间、地点、人物和行业等进行查阅。

例如:发射神七成功的新闻信息,VRNS系统将其新闻信息的地点定为“银河系一太阳系一地球一中国一甘肃一酒泉”,时间为公元2008年9月25日,人物为翟志刚、刘伯明和景海鹏等,那么人们就可以在VRNS系统空间中直接点击或者其它虚拟现实系统中的控制方法(例如:使用声控或者肢体运动形式)去往“银河系一太阳系一地球一中国一甘肃一酒泉”,在到达酒泉之后,在酒泉提示的新闻信息将按时间顺序显示在酒泉发生的最近的新闻信息,那么就可以找到神七发射成功这条新闻,如果查找的是过去时间的新闻,那么在最新的新闻信息中不包含这条新闻,可以在VRNS系统中点击回到公元2008年9月25日,则会回到公元2008年9月25日的酒泉,包括天气、事件和环境等都回到那时那地那人那物,也可以根据在VRNS系统中的翟志刚、刘伯明和景海鹏等的个人新闻信息平台,查看他们每个人向外公开的新闻信息,VRNS系统将媒体单位、记者和普通大众对他们每个人的相关新闻信息整合到他们每个人的新闻信息平台。

VRNS系统的新闻信息每时每刻都在更新,只要VRNS系统中的主体在系统中发布新闻信息,VRNS系统中的其它主体就可以查阅到这条新闻信息。查阅出的新闻信息将以文字、图片、音频、视频和虚拟现实等方式显示,人们可以选择任何方式查阅新闻。

在VRNS系统中每个人物都将具有一个个人信息平台,可以选择和人物的实际家庭住址联系起来,包括自己的出生日期、性别和工作等所有相关的个人信息,而这些信息个人可以选择是否向外公布;具有商业价值的信息,个人也可以向需要查阅者收取一定的费用,这些费用将是和现实中的消费一样的。只要找到某个人物的家庭住址、单位地址,或者根据姓名等信息搜索到人物,就可以查看这个人物向外发布的新闻信息和关于这个人物的相关新闻信息。

VRNS系统的虚拟现实新闻

VRNS系统是一个沉浸型虚拟现实系统,在VR N S系统中将出现虚拟现实形式的新闻信息,如果选择虚拟现实方式查看新闻信息,意味着用户将不仅仅是以双眼和大脑介入环境,而是以完整的人物个体融人到虚拟现实新闻系统,使用户能够全身心地投入到虚拟环境之中,用户通过头盔显示器、数据手套、数据衣服等传感器设备与虚拟环境进行交互,VRNS系统将为用户创造一个完备的虚拟世界。人们可以通过VRNS系统中人物切身的完全感受到当时发生的新闻事件的所有环境信息,可以通过传感器技术满足人们的视觉、听觉、感觉、知觉和味觉,人们将可以真实的感受到新闻现场的每一个部分和环节,让人们可以真正的达到身临其境的感受。

VRNS系统是通过云计算生成一个非常逼真的足以“迷惑”我们人类视觉的虚幻的新闻报道世界,这种“迷惑”是多方面的,我们不仅可以看到而且可以听到、触到及嗅到在系统中虚拟的真实世界中所发生的一切。这种感觉是如此的真实,以至于我们能全方位地浸没在这个虚幻的世界中。人能以自然的方式(自然技能,人的头部转动、眼球转动、手势等其它人体的动作)与VRNS系统中的虚拟现实环境进行交互操作,达到感觉的现实、操作的现实和运动的现实。

VRNS将使人们与新闻信息的关系变得比以往更为密切与和谐,有了一个自然的、充分的和真实硬件很好关联的新闻信息系统,新闻信息的发布和获取都会变得方便得多,因为虚拟现实技术的特点,VRNS可以渗透到我们工作和生活的每个角落,对人类社会的意义是非常大的。

VRNS系统的搜索

随着Internet网络的爆炸性增长,WWW已经发展成为包含多种信息资源、站点遍布全球的巨大动态信息服务网络,为人们提供了一个极具价值的信息源。搜索引擎技术能帮助人们从浩瀚的数据中抽取出对自己有用的信息,能极大地节省用户的查询时间。WEB上的搜索引擎部分地解决了资源发现问题,并取得了较大发展,例如Google,百度等,但由于精确度不够高等原因,其效果远不能使人满意。

VRNS系统是一个语义系统,赋予系统中所有资源唯一的标识,并在资源之间建立起机器可处理的各类语义联系。以一种明确的、形式化的方式来表示信息资源,提高异构系统之间的互操作性,促进知识共享。使用语义搜索技术,提高搜索性能,高效地发现信息资源,可改善当前搜索引擎的搜索效果,包括查全率和查准率。

VRNS系统语义搜索在系统空间中搜索资源间的复杂关系,并对之进行结构信息排序。对象属性用来定义资源间的关联关系,资源间的链接路径在某些特定领域比资源本身更具价值,比如在国家安全领域通常需要搜索资源之间的链接关系,这些关系可能意味着某些潜在的安全威胁。方法不仅能够消除用户不感兴趣的关联关系,而且可以搜索到数据之间复杂的、隐藏的关联关系。尝试发现资源间有价值的关联关系。

人们可以根据新闻的地点、时间、行业、兴趣爱好、人物、单位等等进行搜索,可以查看某地的政治、经济、文化等各个方面的内容。VRNS提供智能输入搜索内容,例如:语音方式,只要用户向系统说出需要搜索的内容,系统就会将语音传入的内容作为语义搜索的内容,实现完全人性化的搜索。

普通大众在系统中可以根据时间、地点等分类进行信息获取,比如说这个人物比较关注某一个地方的新闻,可以直接到达某地查看新闻即可;可以根据新闻媒体单位获取信息,人物经常查看某个新闻媒体,则可以直接到达这个新闻媒体查看新闻;可以根据记者或编辑获取信息,人物对某个记者或编辑的稿件感兴趣,可以直接访问记者或编辑的发布页面就可以;在系统中普通大众可以使用RSS进行订购新闻信息,但是在这其中,所有的媒体信息的收费均根据各个媒体单位的实际情况设定,并且记者或编辑的稿件可以有针对性开放访问权限,也可以进行收费,也就是普通大众只有通过网络交费之后才可以查看记者或编辑的新闻信息。

VRNS系统的主体

Web2.0中对于网络的一个重要改变就是广大网民对于网络的互动参与,由被动的接受信息,变为可以主动的发布信息,使得广大网民确实的成为网络的一部分。VRNS系统是一个达到更高的互动性系统,用户可以在系统中根据虚拟的现实环境创造网站、同学圈、朋友圈等各种形式的属于自己的内容,在VRNS系统中将分为三类主体:媒体单位、记者和普通大众。

(1)媒体单位。在VRNS系统中注册的媒体单位,可以在VRNS系统中启用单位的新闻报道功能,没有在VRNS系统中注册的媒体单位,虽然在VRNS系统中虚拟现实的环境中包含这家媒体单位,但是这家媒体单位的新闻信息是不能在VRNS系统中发布的。而进行注册的媒体单位将可以根据自己的需要将哪些新闻信息在VRNS系统中发布,也可以决定哪些分支机构的新闻信息可以在VRNS系统中发布。一般情况下,各媒体单位会将所有的新闻信息和各个分支机构的新闻信息发布到VRNS系统中,因为VRNS系统是最大的新闻信息平台,也是用户查阅新闻信息首选的新闻系统。

不只是媒体单位的网站会在VRNS系统中出现,而是媒体单位在世界中的所有现实实体都会在VRNS系统中展现,这样在VRNS系统中就会具有文字、图片、音视频和虚拟现实各种形式新闻报道最为优秀的各个媒体单位,为人们提供综合各种形式的新闻信息,并会在VRNS系统中对新闻报道进行综合分析和对比评级。在VRNS系统中的各媒体单位样会受到上级管理部门、媒体单位、记者和普通大众的评定,每年会评出十佳媒体单位。

同时媒体单位可以在VRNS系统中创建在现实世界中没有的分支机构等,这样可以大大的节约媒体单位的运营成本,在今后媒体单位只需要在VRNS系统中增加虚拟的分支机构就可以,而不需要在真实的现实世界中去建设分支机构,而在相应的虚拟分支机构派驻的记者只需要在VRNS系统中参加到相应分支机构的工作就可以了。

(2)记者。在VRNS系统中,记者将拥有自己的新闻信息发布平台,普通大众、其它记者和媒体单位可以通过这个新闻信息发布平台查阅记者的新闻稿件,只要是在现实世界中记者发布的稿件,在VRNS系统中就会发布出来,当然是记者本人在VRNS系统中,而其他主体对于每一新闻稿件的引用、分析和评论都会在记者本人的信息平台上显示。记者在参加每一次直播报道任务的时候,在新闻信息发布平台都会出现直播报道的主题,将会把记者报道的新闻稿件实时在VRNS系统中发布,这样人们就会第一时间查阅到某一新闻报道中记者发布的所有新闻稿件。

在VRNS系统中记者将进行分级,根据记者发布的新闻信息的数量和质量定级,具有较多经验和发布了较好新闻稿件的级别就会高一些,这些都是由VRNS系统中的媒体单位、记者和普通大众进行评定的。这样当一名普通记者成为名记之后,对于人们的影响力就会变大,新闻报道的稿件也将得到人们的更多关注,对VRNS系统的新闻报道贡献也越大。VRNS系统将评定系统中每月、每季度和每年十佳记者,在系统中给予标记,也可以通过公司赞助等方式对十佳记者给予物质奖励。

记者在向新闻媒体单位和其它主体传送新闻稿件时,只需要在系统中点击相应的媒体单位和其它主体对象,执行传送稿件的操作就可以实现相应的功能,可以使记者方便、快速的向媒体单位传送稿件。

(3)普通大众。在VRNS系统中,普通大众和各种人物完全可以实现互动,普通大众作为新闻受众的同时,同样具有向VRNS系统发布新闻信息的权利。普通大众可以在自己的个人信息平台发布新闻,个人网站和个人小屋等形式都可以,还可以向媒体单位投递新闻稿件以达到新闻稿件发布,需要媒体单位对新闻稿件进行审核合格之后才能发布,如果被实际采用后,将可以得到稿费,这样大大的简化了现在普通大众需要向媒体单位投稿的流程,能够使得个人新闻稿件更快发布。同时普通大众具有新闻发布的权限则将新闻采集覆盖范围扩散到了世界的每一个角落,可以使新闻报道工作无所不在,例如在发生突发事件的情况下,作为最直接接触事件的普通大众,只需要登录到VRNS系统就可以对突发事件进行第一时间的报道。

并且普通大众可以在VRNS系统中创建自己的新闻报道机构,只要在新闻发生现场能够报道,那么普通大众就可以联合组织起来在VRNS系统中架设机构,形成普通大众自己的新闻报道机构。在VRNS系统中将根据普通大众的新闻信息的发布确定不同的级别,当普通大众的级别达到足够高的时候,在VRNS系统中普通大众将成为业余记者,同时业余记者也分为不同级别,当达到业余记者最高级别的时候,在VRNS系统中可以应聘各媒体单位的记者,从而成为正式记者。

在VRNS系统中,各个主体具有RSS功能,这样可以实现媒体单位、记者和普通大众的快速的新闻信息的交换。普通大众根据自己的需求在VRNS系统中向各大媒体、报业、杂志等订阅免费或者收费的新闻业务,而记者也可以向媒体单位订阅相关的新闻稿件,媒体单位也对以通过订阅功能向记者和普通大众订阅新闻信息,真正的达到系统中的新闻信息的高度、快速地互动和分享。

VRNS系统的移动报道

当前,在重大新闻报道的任务中,都需要记者集中到新闻发生地进行新闻采集和编辑工作,这样造成了诸多的不便。在VRNS系统中,虚拟新闻现场,普通大众、记者可以随时观看新闻现场发生的事件,需要参加新闻发布的记者只需要在VRNS系统中通过虚拟新闻现场参加即可,虚拟新闻现场是一个完全的虚拟现实系统,现实中发生的每一事件都将在虚拟会议系统中展现,让你在身体感受上完全达到就是在现场一样,这样记者不需要赶赴新闻现场就可以达到实时、准确的新闻报道工作。

而对于普通大众可以通过另一个虚拟场景即观看虚拟会议系统的系统,切实感受新闻发布会现场的气氛,也可以查看各个单位参与报道的记者和编辑的个人网站获取新闻信息。当然在VRNS系统中这一部分可以根据需要收取费用,普通大众只有被收取费用之后,才可以进入虚拟场景感受新闻现场。例如,国务院的新闻发布会,在VRNS系统中会创建此次发布会的虚拟新闻现场,记者可以通过登录VRNS系统,成为其中的虚拟人物,凭着虚拟人物的有效证件,可以进入虚拟新闻现场,这样记者就可以在任何地点参加相应的新闻发布会,而不需要不远千里赶赴新闻现场,这样也减轻了新闻现场的负担。这将是未来新闻发布的一个通用模式。这样大大方便了负责报道的媒体单位、记者,而普通大众也能够切身的感受到新闻现场。

VRNS系统平台一云新闻

虚拟现实计算平台是指在虚拟现实系统中处理各种输入信息并产生作用于用户的交互性输出结果的计算机系统。虚拟现实系统的信息加工是实时的。虚拟环境的建模、设备的开销、三维真实感图形的实时生成都需要进行大量的计算。正是因为虚拟现实具有巨大的计算量,所以云计算是VRNS系统的理想平台。

在VRNS系统中,将搭建云计算环境,在全球范围内布置数据中心节点实现分布式处理环境,在未来可能的条件下,还可以再增设云计算的节点,以达到计算的处理能力足够强大,以能够支持对海量的新闻报道,这个用于新闻报道的云计算平台称之为云新闻。

在云新闻中汇聚了全宇宙的所有各家媒体、记者和普通大众的所有的新闻信息,VRNS系统的管理部门可以对新闻实现智能的管理和维护,对数据进行严格保密和备份,从这个角度看,云新闻增强了新闻信息的监督和管理。

在这一小节我们将介绍云新闻面向服务、定制开发、共享资源、整合业务和经济性报道等方面。

云新闻一面向服务

在VRNS系统中,云新闻可以向所有编辑记者提供新闻稿件等新闻信息编签发程序,只要是注册成为VRNS系统的用户都可以通过VRNS提供的新闻稿件编签发系统编辑和发布新闻信息,即提供SaaS服务。

在VRNS系统中,云新闻提供了最可靠、最安全的数据存储中心,用户所需的编签发稿件的应用程序并不运行在用户的个人电脑、手机和PDA等终端设备上,而是运行在互联网上大规模的服务器集群中,用户可以在任何时间、任何地点,用任何可以连接至互联网的PC、PDA等终端设备访问互联网,在WEB中输入VRNS系统的URL登陆进入系统,选择使用稿件的编签发服务就可以了,用户所处理的数据默认情况下也并不存储在本地,而是保存在互联网上的数据中心里,也就是VRNS系统的云新闻中,也可以根据用户的需求,在用户的权限范围内将用户自己的数据存储到PC、PDA等相关的终端设备中。

提供云新闻服务的企业将有全世界最先进的数据中心来保存数据,有全世界最专业的团队来帮你管理信息,负责管理和维护这些数据中心的正常运转,保证足够强的计算能力和足够大的存储空间可供用户使用,并且负责对用户数据进行备份和安全,用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。保证用户在需要使用VRNS系统进行新闻信息的编签发等工作的时候,可以提供用户完整的数据,并且需要保证用户数据不被窃取。

云新闻一定制开发

用户在VRNS系统中,可以根据系统提供的新闻应用开发环境和新闻应用程序接口定制开发适合用户自己业务的新闻信息编签发系统和新闻网络应用服务,这样VRNS系统可以使得具有不同业务流程的用户能够拥有属于自己的高效的新闻编签发系统。

在每次报道中各媒体单位都在使用自己的新闻编签发系统,经常出现因为不同的报道业务需要开发不同的报道程序,因为在云新闻中新闻报道是在一个统一的平台,这些都将变得如此的方便、快捷和简单,不论你在任何地方进行报道,只需要在云新闻中更新相应的程序就可以,而不会需要为每次的报道增加设备和服务器进行开发。

云新闻一共享资源

云新闻可以非常方便、快捷的实现数据和应用的共享。在云计算的网络应用模式中,数据只有一份,保存在“云”的另一端,你的PC和PDA等所有电子设备只需要连接互联网,就可以同时访问和使用同一份数据。以编辑新闻稿件为例,当你使用云新闻服务来管理新闻稿件后,你可以在世界上任何地方用任何一台电脑管理你的新闻稿件内容和其他人分享你的新闻稿件内容,你再也不需要为随身携带重要的数据而担忧,当然,这一切都是在严格的安全管理机制下进行的,只有对数据拥有访问权限的人,才可以使用或与他人分享这份数据。

云新闻一整合业务

云新闻系统将提供对文字、图片、音视频和虚拟现实的新闻稿件的编签发功能,而不需要对每一种形式的新闻稿件类别进行单独的系统搭建、维护等工作,这样大大的浪费了人力、物力和财力,每一次报道都需要拿着一批编辑文字稿件的设备、一批编辑图片稿件的设备和一批编辑音视频稿件的设备,这严重的加大了不必要的工作量,并且开发系统、维护系统和系统保障的工作都变得非常庞大、复杂,每一类型新闻稿件系统都需要专业的工作人员参与。在云新闻中,记者只要登陆VRNS系统就将可以发布任何形式的新闻稿件,这也满足了将来记者需要发布多种形式新闻稿件的需求。

云新闻一经济性报道

使用云新闻的各媒体单位,不需要拥有自己的硬件设备,不需要系统开发、和系统维护,可以大大降低新闻媒体报道的费用。

在日常新闻系统的维护中,各家媒体单位都需要采购大量的设备和各种软件支持相应的业务和应用,建设系统设备机房,还需要雇佣技术人员进行设备维护、系统建设和应用开发等工作,购买设备、软件和雇佣人员的开支是巨大的,对于每一个媒体单位来说,这笔开支都是单位日常支出中比例较大的一部分。并且在每次重大新闻报道的时候,各个媒体单位都需要运输大量各种报道设备到报道前方进行新闻报道,紧跟着也需要技术人员到报道前方进行临时系统搭建、测试和技术保障等工作,这些都增加了新闻报道的开支。

随着各项技术的不断发展和创新、应用的不断深入,虚拟现实新闻系统离我们将会越来越近,将给人们的生活带来巨大的改变,为人们提供更为快速、真实、准确的新闻信息。总之,虚拟现实新闻系统是一个充满活力、值得期待、具有巨大前景的系统,对社会的影响将是广泛而深刻的。

虚拟现实系统 篇2

焊接是一项对过程要求很高的工作，在现有的手工焊接生产中，采用MAG/MIG焊接的约占50%，TIG焊接约占30%，MMA焊接约占20%；如：在造船行业中，MAG约占70%，MMA约占30%；那么，这就需要焊工要有扎实的操作手法、规范的动作。而在焊接培训过程中传统方式存在以下多种问题：（1）消耗大量的焊条(丝)、焊件和保护气体等材料；（2）对学员的培训过程难以准确掌握；（3）对学员的焊接水平难以评价；（4）培训效果不尽理想；

（5）培训过程环境污染严重，有害健康；（6）培训过程安全性差。

2、项目实施目的

1）减少甚至避免焊接练习过程中强光、高温、明火及烟尘以及有毒气体的产生，全面保护教师和学员的身体健康；

2）减少或者避免焊接实训过程中对空气污染的有害气体的排放，防止对环境造成污染；

3）能够让无工作经验的学员快速、真实的投入到焊接实训中，提高培训效率，避免由于无经验操作产生的事故。同时能够让有经验的训练者有更高的训练平台，提高焊接技术；

4）节省真实焊材、工件等焊接材料以及工业用电，降低培训成本； 方便教学。

3、焊接仿真模拟器概述

电焊操作训练模拟器系统是由武汉科码软件有限公司独立自主研发的焊接虚拟仿真培训系统。该系统是基于虚拟计算机系统，是以中高度仿真的教学培训系统，能让学员在接近真实的模拟环境下进行焊接技术的训练。该系统能促进焊接技能向实际工况焊接的有效转换。与传统的焊接培训相比减少了焊材的浪费。

该设备结合了：焊工的动作、仿真焊接焙池、焊接声音及焊接手感，使用该系统的受训者能够感受到几乎真实的焊接过程。

电焊模拟实训系统是新一代环保、节能、通用型操作技能实训与评价平台。该系统采用分布式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。

该系统将仿真操作设备、实时3D技术及渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。

该系统与传统的焊接技艺教学能有机的融合在一起，是实现灵活、高效、安全、节约、绿色无污染的焊接模拟培训教学与考核的最佳教学方法。

通过电焊模拟实训系统，学员不仅仅可以获得与传统实训相同的操作经验，同时通过系统内置的数据采集、智能专家辅助模块和量化考核评价系统等一系列先进独特的教学功能，配合合理明晰的焊接知识穿插讲解，使学员可以获得在传统教学实践过程中难以量化的精确焊接培训指导，大幅度提升学员在培训过程中的方向性和目的性，有效缩短学员的培训周期，降低教师的教学负担，达到以低成本、低投入实现“精教、精学、精炼”的焊接培训机制。

电焊模拟器主机效果图

电焊模拟器设备图片

4、技术基础

当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。焊接实训设备应具有以下技术：

1、数字图像处理、信息技术。

2、计算机图形学、传感与控制技术。

3、多种焊接操作技术、安全操作规范。

4、融多项高新技术于一体，呈现代职业教育之先进手段。

5、新型的焊接训练实训设备是一种低成本、高效率、现代化的焊接训练解决方案。

焊接模拟器技术原理图

5、视景仿真系统结构

焊接模拟器视景仿真系统结构图

各个模块应具有的功能如下：

1、数据输入模块主要负责将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型模块和仿真引擎模块。

2、仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模, 完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴影、光照等特效3D图形渲染。

3、焊接仿真引擎是系统的核心，它主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系。

4、仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块。主要负责实时监测仿真状态, 输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据。

5、具备培训效果可评估功能：具有实时可视的操控信息反馈、虚拟焊缝的实时检测指导、训练者操作技能的实时评估功能。

6、学员端系统功能与特点

1、性能与优势： 1）、多种焊接工艺。

本套实训设备可以模拟训练多种焊接工艺，焊条焊、气体保护焊、氩弧焊、，还可扩展直流焊、铝焊、气焊，并包含焊接共享资源库。

（1）焊条电弧焊模拟训练系统

焊条电弧焊模拟训练系统可模拟焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程的模拟系统。本系统可进行酸性焊条J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、碱性焊条J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多种训练，并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训练。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到焊条电弧焊训练效果。

（2）CO2气体保护焊模拟训练系统

CO2气体保护焊模拟训练系统可模拟以二氧化碳气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的一种熔焊模拟系统。本系统可选用药芯焊丝YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707； 自保护焊丝：直径Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到CO2气体保护焊训练效果。

（3）氩弧焊模拟训练系统

氩气体保护焊可模拟200A/mm2左右的高强度电流密度效果，焊接过程中系统可体现氩弧焊燃烧稳定、热量集中、熔滴细小、飞溅少的使用特点。并可对焊件进行多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到氩弧焊训练效果。

2)、三种焊枪

本套实训设备包含以下三种焊枪，与真实焊枪比例一致：焊条电弧焊枪、CO2气体保护焊枪及氩弧焊枪，操作过程中有焊条融化的缩短真实体验和焊条

自动更换功能，并能体验到操作手感。见下图：

3）多种接头（焊件）形式

本实训设备可以模拟多种焊接接头形式，对接、角接、T接接头形式以及I形、V形（单面焊双面成形）、Y形坡口类型。

系统还可模拟管对板，管对管接头的形式。还可扩展多种焊接形式。

4）、多种焊接位置

本实训设备有独立的操作台，可以在虚拟场景中灵活地调节多种焊接位置，让训练者无障碍进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多角度焊接位置训练。示意图如下：

5）、能够真实的模拟焊接过程中的各种条件设置，引弧、焊接、收弧中的

各种手法，在焊接过程中具有自动换条功能，并能体验操作中的力量反馈感，电弧、明暗场、飞溅、焊缝、声效表现逼真。

6）、系统设置简单，虚实结合，通过真实的焊板、焊枪、示教器进行焊接训练；系统可提供完善的语音提示，焊接过程中可以通过图形及语音提示帮助学员校正操作姿势，辅助指导学员的培训过程与应用。

（1）该系统具有仿真示范教学功能，示范最佳的焊枪姿态（包括焊接速度、焊枪角度、焊枪与工件的距离和位置等）。

（2）系统可体验焊接过程中的的使用感觉，包括焊条的更换等。

虚拟现实系统 篇3

【关键词】安全培训；虚拟系统；总体设计

矿井生产是具有事故频发的工作环境，特别是特大事故，事故和死亡人数比例占总事故的一半，所以长期以来我国投入大量的人力、物力、财力到煤矿安全生产中，然而煤矿安全生产事故还是不间断的出现，事故后果仍然非常严重，而且也有越来越多的专家学者们投入到煤矿安全生产的研究中。在国家和企业的大力支持下，安全生产水平的提高占很大一部分，这主要体现在两个方面：一是对硬件水平的提高，不断引进新技术、新设备，提高设备本身安全化水平，二是加大安全培训力度，提高职工安全意识。但是我国的煤矿企业安全培训仍然多采用传统的形式，虽然与信息化有所接触，但是融合度不高，值得我们关注。

一、传统安全培训和虚拟系统安全培训的对比

由于技术和重视度不够，我国大多数煤矿企业对安全培训的信息化普及不高，大多采用多媒体等手段讲授煤炭安全理论知识，无法形成一种直观的感受，很多理论知识都会被当成“耳旁风”而被忽略，安全培训的意义也就不存在，传统的煤矿企业安全培训主要存在以下问题：（1）培训教师多数为外聘教师，仅仅有理论知识的支撑，没有过多的实践经验，对安全生产理解深度不够。（2）“填鸭式”的教学方法，将员工限制在课堂内，再加上理论知识的抽象性就造成了理论和实践的脱节，影响培训效果。（3）多媒体教学虽然图文并茂，但不够直观，易产生视觉疲劳，并且还是没有脱离单向式教学范畴。

相比于传统模式，虚拟现实培训系统更加注重员工的亲身体验，它是一种虚拟现场和动作，能让员工身临其境地感受到安全生产重要性的先进安全生产培训系统，它能够很直观地学习生产流程、操作方法、事故应急等各个环节，同时还可以人机互动，工人根据自己的岗位、时间和薄弱点等进行针对性学习，它创新了煤矿企业安全培训的形式，优化了安全培训内容，促进了安全培训与计算机信息化的结合。目前，国外已经有煤矿企业运用此技术，但国内仍然处于起步阶段需要加大研究工作。

二、安全培训虚拟现实系统总体设计

安全培训虚拟系统作为信息化较高，技术含量过硬的设计，其设计原则要遵守以下几个方面：（1）考虑系统的普及化和推广能力；（2）能把人和物三维特征、环境和背景都表现得十分逼真，从而使参加过培训的作业人员能够快速地进入状态；（3）基于岗位需求，是设计更加有针对性、全面性、异同共存、人性化和智能化的系统。

（一）系统功能的设计

本系统主要利用3DS MAX 2014、VRP等软件实现。该系统主要针对煤矿典型岗位作业人员进行安全培训，涉及培训目标、内容、考核等模块，为了达到让各岗位作业人员都能深入地掌握相应的安全操作规程和了解本岗位的危险源和事故后果的目的，需要全面地学习事故发生后的应急方法，以减少或避免井下作业安全事故，提高安全生产水平，本系统应满足以下功能要求。

1、漫游功能：本系统针对的是全部岗位，因为每个岗位都涉及或大型或复杂的机械设备，作业人员中的新工人对真实的设备、作业场所等的认识和经验都十分有限，对设备的结构、功能、使用方法仅仅处在理论认识的水平，视图可以直观、全面地展示设备和作业场所的功能。所以，系统应具有漫游功能，通过VRP软件实现视图中放大或缩小视图进而从各个方位观察机械设备，实现从任何角度、任何路线的漫游。

2、考核功能：本系统还应该具有与培训内容相对应的考核功能，例如理论知识考核、安全操作规程考核等，另外，系统还有应急演练功能，从而让员工能够身临其境地进行演练，进而培养应急心理和应急能力。

3、交互功能：交互功能就是和真人之间的互动，系统可以根据使用者操作的正确与否进行判断和提示，对于正确的操作，给出实时正确的信息反馈；对于错误的操作，给出错误提示并提出一定的建议。

（二）系统结构组成：为了突出以典型岗位为单位的创新性特点，同时保证培训内容的全面性，系统的大致构成可以分为以下几个方面（1）安全培训目标，虚拟系统的培训目标就是强化作业人员安全意识，掌握事故预防和应急处理能力。（2）安全培训内容，培训的内容有安全法律法规及标准规范，安全文化培训和事故应急培训。（3）典型岗位的安全培训，典型岗位根据单位实际情况，可以将不同的人员配置到合适的岗位上。

三、安全培训虚拟现实系统实现关键技术

（一）虚拟现实系统的类型

1、桌面式虚拟现实系统：桌面式VR系统功能较低，对硬件条件要求也较低，在PC机上就可以实现，主要通过鼠标、键盘等实现人机交互，沉浸感较差，但成本较，使用非常广泛；

2、沉浸式虚拟现实系统沉浸式VR系统比桌面式VR系统先进，硬件要求较高，一般为专业计算机工作站，作业人员能够体会到其多感知性，并能通过专业设备进行人机交互。；

3、分布式虚拟现实系统。分布式VR系统主要是实现多用户共享功能，使协同工作成为可能，如用于部队联合训练的作战互联网SIMNET系统；

4、遥视虚拟现实系统。遥视VR系统不完全是虚拟世界，而是将远程传输过来的三维实体图像与虚拟相结合，实现远实近虚的完善结合，目前该技术已得到较好的应用，如窥镜手术、远程指导机器人作业等。

（二）虚拟现实系统平台：VRP是由中视典数字科技有限公司开发的专业用于虚拟现实和仿真的软件，虚拟现实系统的建模平台是一款专业三维动态软件3DS MAX。

四、结束语

本文仅是个人对典型岗位虚拟体统构建的一定看法，在实际中还有很多的问题需要我们去解决，做好员工的安全培训工作至关重要，作为一名管理人员更应该以身作则，去接触更多新进的管理经验，为煤炭行业安全生产出谋划策。

【参考文献】

[1]曾建超，俞志和.虚拟现实的技术及其应用[M].第1版.北京：清华大学出版社.2006.6；

[2]王兵建，周心权.虚拟现实在煤矿重大事故调查分析中的应用[J].煤矿安全，2006（9）：14-17；

三维虚拟现实仿真模拟系统的应用 篇4

化工过程的模型技术是以化学工程、自动控制、反应动力学、化工热力学等机理为基础的机理模型技术。过程动态仿真模拟系统(OTS)实质上是借助于计算机的计算能力，用数学模型代替实际生产装置，并高度仿真实际DCS操作系统。其工艺过程操作与响应、控制系统操作与响应、操作员界面、工艺流程画面、键盘、联锁响应、操作方式、整个过程变量的动态响应趋势均与实际过程一致，实际工厂操作系统示意图如图1所示。仿真系统示意图如图2所示。

2 三维仿真的定义

三维虚拟现实仿真，就是利用计算机技术和科学计算模型，模拟实际过程的各种现象、操作行为和各种响应。随着计算机技术的不断进步，仿真技术已经深入到了国民生产的各行各业之中。仿真系统按行业分类：在军事上有作战仿真和军事武器仿真;航空航天有飞行器模拟仿真;船舶和交通运输行业有驾驶模拟器仿真;电力系统有电厂、电站和输变电设备等的仿真;建筑行业有建筑仿真;石化、钢铁、煤炭行业有过程工业的工艺模拟仿真;城市公共系统和社会事件仿真。

3 过程仿真和三维仿真的实现

过程工艺模型的开发采用北京华康达计算机应用技术有限公司(HKD)开发的过程动态仿真软件平台GPRES。三维虚拟现实模型的开发采用HKD开发的过程动态仿真软件平台VESSA，以在辽化加氢裂化装置现场采集的影像资料和设计图纸等为基础。控制系统模型采用与该装置实际DCS系统一致的算法。

模型的开发以化学工程机理为基础，以辽化加氢裂化装置的设计数据和生产数据为依据。主要建模措施：过程单元设备模型，以化学工程原理和设备设计数据为基础建模;过程热力学模型，依托ASPEN PLUS软件的热力学方法和数据库建模;反应器模型，借鉴专利商技术和辽化提供的相关资料和数据。

以加氢裂化反应器为例，措施为：

⑴考虑多种加氢反应：

加氢脱硫反应、加氢脱氮反应、加氢脱氧反应、烷烃加氢裂化反应、烯烃加氢裂化反应、二烯烃加氢裂化反应、芳烃加氢裂化反应。

⑵基于反应动力学方程：

式中，PFi为指前因子;CAi为催化活性因子;FR为进料影响;Ei为反应活化能;PPH2为氢气分压;Ci为反应物浓度因子。

⑶考虑多种反应影响因素：

原料组成、催化剂活性、反应温度、反应压力、空速、氢油比、反应热等。

上述措施保证工艺模型具有较高精度(与设计数据对比在仪表量程范围±3%内)。

建立三维模型主要工作有：开发3D引擎(采用VC++，OpenGL等底层开发工具和开发环境);第三方建模工具和自己研发的建模工具相结合(3Dmax,Multigen Creator,AutoCAD,PhotoShop等);模块式设计(使系统易于扩充和维护管理);面向对象建模(增强系统的可修改性和可维护性);与工艺过程模型的接口等。

4 三维虚拟现实仿真的技术创新点

本项目为辽化与HKD合作开发，首次在辽化将虚拟现实技术用于仿真培训系统，在OTS中增加了对生产巡检的培训功能。

传统的OTS技术路线：工艺模型+DCS仿真操作界面+平面的仿现场操作界面。这个路线主要用于对工艺设备、DCS控制等操作的培训。应用虚拟现实的技术路线：工艺模型+DCS仿真操作界面+三维虚拟现实的仿现场操作界面。这个路线除了能用于对工艺设备、DCS控制等操作的培训外，还侧重装置现场操作的培训，如巡检、对动设备的现场操作等，在企业实际生产中尤其重要。

本项目将新兴的三维场景模拟技术与成熟的过程动态模型技术相结合，通过构建高精度、大范围、多层次、多职能的模型，形成一体化、逼真度、可以人机互动的大型仿真软件系统。该系统相对于传统OTS的特点是增加“3D场景+人机互动”功能，是对加氢裂化装置动态仿真的最新研究成果。

5 实现三维虚拟现实仿真的基本步骤

(1）技术准备阶段：

了解熟悉工艺流程，完成和确定仿真系统的总体设计。

(2）模型开发阶段：

根据技术资料，完成工艺模型开发、三维虚拟现实现场仿真、模型集成和测试、建立评分系统等工作。

(3）预验收（PRE FAT）阶段：

做仿真系统性能测试、ATP模型测试程序编写、技术文件编写等。

(4）出厂验收（FAT）阶段：

辽化人员在HKD对整个仿真系统验收测试，包括硬件、系统配置和功能、模型稳定性、模型开/停操作、事故功能、评分功能等。

(5）现场验收和交货（SAT）阶段：

HKD派人员在辽化安装本项目OTS系统;辽化人员对整个仿真系统现场验收，测试主要内容有硬件和FAT中要求修改的内容是否已修改正确、系统的配置和功能、模型稳定性、模型开/停操作、事故功能、评分功能等;之后系统交付使用，开始培训。

6 三维虚拟现实仿真的功能

三维虚拟现实仿真具有以下特性：

(1）实时性：

加载了三维模型以后，整个仿真系统能达到流畅，帧速率不低于24;在预案演练操作过程中，对场景中的设备的干预，应该达到实时性。

(2）可靠性：

系统运行过程中，没有出现非硬件问题的异常退出。

(3）逼真性：

事故模拟基于装置提供的事故处理资料，提高了逼真度和应用性，使应急预案的演练过程和真实的演练接近。

三维虚拟现实仿真功能包括：三维图形显示(装置区总貌、三维人物、三维特效、预案步骤显示);实时和可交互;网络演练;生产巡检功能;预案演练逻辑控制等。

三维虚拟现实仿真和实际生产情况的对比如图3所示。

7 三维虚拟现实仿真的实际效果

辽化公司在系统投运后安排了5次、近40名相关人员在仿真系统上做演练和培训。普遍认为这种虚拟现实的仿真形式很新颖，仿真的逼真度高，实效性较好。主要体现在：

⑴准确性：

过程工艺模型的精度较高，主要变量值与稳态值在仪表量程±3%的误差范围内;动态变化的趋势与实际过程相符合。

⑵逼真性：

对生产实际场景的虚拟现实模拟与实际比较相一致，声响效果的模拟也接近实际。例如，仿真系统按照实际开工方案一倍速度运行，从气密到完全开工正常需要7天时间，与装置实际生产基本一致。

⑶多样性：

增加了装置生产巡检的培训和事故预案的考核功能，满足装置全员的培训需求。

⑷实施性：

仿真的对象是厂区的装置、现场阀门和现场仪表，系统的交互功能让使用者能够对装置进行操作，有同于实际操作一样的感觉，人机互动良好。

⑸趣味性：

采用三维立体化的界面，结合演练的脚本，使操作演练如同做计算机“游戏”，增强了安全操作培训的趣味，有较强的吸引力。

⑹知识性：

仿真系统内容丰富，包涵了多领域的知识。

⑺方便性：

人机界面接近实际，学习人员很容易上手。系统有视频演播、指导练习、操作考评等多种使用方式，方便不同层次的人员使用。

8 结语

经过一年多的使用，该三维虚拟现实仿真模拟系统虚拟现实的仿真效果较好，满足装置全员的培训需求，特别有利于实际操作的培训。

参考文献

[1]吴重光.仿真技术[M].北京:化学工业出版社,2000

[2]申蔚,曾文琪.虚拟现实技术(21世纪计算机科学与技术实践型教程)[M].北京:清华大学出版社,2009

[3]易涛,等.基于HLA架构下的化工安全虚拟现实仿真演练系统[J].计算机与应用化学,2007,4

[4]易涛,等.基于虚拟现实技术的灾难事故仿真系统[J].计算机与应用化学,2009,26(08)

虚拟汽修仿真教学系统 篇5

中国已成为全球汽车的第一大市场，快速发展的汽车工具为我国经济注入了一支强心剂，拉动了各个产业的发展，随着我国汽车保有量的不断攀升，另一个问题已经浮出水面——汽车维修维护。

不仅是现有的4S店，社会上的各类大大小小的汽车维修店如雨后春笋般涌现，而汽车维修维护人才却极为缺乏，近年来汽车工业和汽车技术不断发展，新能源汽车也不断普及，对汽车的维修维护提出了更高的要求。作为汽修人才培养的主力：职业院校，如何解决社会汽修人才的问题，成为了最大的教学要求。

汽车作为一个高度机电一体化的产品，内部结构非常复杂，需要全面了解汽车的结构和运行原理，才可能对维修维护有深刻的认识和技能，利用先进的IT技术，使用虚拟汽车教学培训系统，对培养汽修人才有着巨大的促进作用。

凤凰创壹虚拟汽车教学培训系统以3D互动方式直观展现汽车的基本结构和工作原理，以及虚拟拆卸与安装（每一步互动操作都有相应的语音解说或提示）。并提供3D互动 故障诊断及考核功能。本系统包含汽车机械常识、汽车文化、汽车的美容与装饰、汽车电子电工技术应用、汽车结构与拆装、汽车使用日常维护、汽车的修理、汽车 性能检测、汽车故障诊断九大模块：（1）汽车机械常识包含量缸表的使用、曲轴的测量、汽缸的测量；（2）汽车文化包含汽车驾驶的演示和汽车驾驶的实训；（3）汽车的美容与装饰章节包含的主要课程（汽车清洗、汽车护理、汽车漆膜修补、汽车车身装饰、汽车室内装饰、车身电器的装饰等）；（4）汽车电子电工技 术应用主要包含电源系统绘制与连接、启动系统绘制与连接、点火系统绘制与连接、照明系统绘制与连接；（5）汽车结构与拆装包含整车拆装，发动机拆装，发电 机拆装，发电机拆装（含工具），自动变速器原理，变速器内部展示与拆装，汽车整车展示与拆装，汽车底盘展示与拆装等（所有拆装均包括：自动拆卸，自动安 装，手动拆卸，手动安装。其中自动拆卸，自动安装是为了让学员学习整个拆装过程，手动拆卸，手动安装是为了学员练习对所学拆装步骤的熟悉度）；（6）汽车使用日常维护包含调整点火正时、交流发电机各部件的检修、启动机故障诊断与排除、前照明灯的检查与排除、电动门窗故障诊断与调整等。（7）汽车的修理包 含汽油泵拆装、分电器拆装、曲柄连杆机构拆装、活塞环更换、喷油器拆装、汽油机竣工验收、柴油机竣工验收、气缸压力的测量、变速器的拆装、前桥拆装、转向 器拆装桑塔纳主减速器拆装、东风制动阀拆装、交流发电机拆装、分电器拆装、四缸发动机拆装、以及制冷剂进行泻放、添加及抽真空等常见汽车修理内容；（8）汽车性能检测功能模块可让学员在三维互动的场景中学习动手进行制动性能检测、灯光性能检测、汽车尾气性能检测、侧滑性能检测、蓄电池性能检测、交流发电机 性能检测、启动机性能检测、点火性能检测、点火能量检测等性能检测；（9）汽车故障诊断包含机械故障，电控故障，电器故障。机械故障主要检查器件磨损间 隙，裂纹，变形，老化等故障（包括冷却系统，润滑系统，启动系统，点火系统等故障）；电控故障检查发动机控制和各个系统控制反馈信号的检测，查看各个功能 传感器的故障（防盗系统，燃油系统，排气系统，点火系统，空气供给系统等故障）；电器故障检查各个系统的电器原件故障(如雨刮喷水系统，灯光照明系统，仪 表系统，启动系统，充电系统，玻璃升降系统，电动后视镜系统等故障)。本系统还提供排除故障过程中需要用到相关仪器仪表，例如：汽车故障检测仪，示波表，千分尺，内径千分尺等三维互动模型。

比真系统更强大的虚拟系统 篇6

其实，对于喜欢玩软件、玩系统的朋友来说，可以考虑在影子系统或虚拟系统中进行具有一定危险性的操作。与真实的操作系统相比，影子系统只是真实系统的投影，而虚拟系统是一个利用空余的磁盘存储空间和系统内存人工创建的额外系统，无论哪一种系统，都具有绝佳的安全性，操作或是病毒木马，都不会影响到真实系统；对于虚拟系统来说，更可以解决令人讨厌的兼容性问题，可以让原本出现冲突的软件在不同的系统平台运行；在系统维护上，影子系统和虚拟系统几乎是“零成本”……

懒系统免维护用影子

虽然现在的图形化操作系统设计越来越人性化，WindowsXP／Vista／7的所有操作都非常直观，但对于接触电脑时间不长的新手朋友来说，其中还是存在着很多的危险，例如被恶意安装了新的软件以及木马或病毒入侵。如果安装VMware、VPC创建虚拟机，操作既麻烦又需要注册，是否有更简单一些的办法呢?

PowerShadow(中文名称为“影子系统”)是一款很有意思的软件，这个软件能够100％虚拟原有操作系统的完整影像，就像真的一样，但所有操作都在影子系统中进行，木马、病毒、流氓软件、误操作都不会对原有操作系统造成任何影响，即使影子系统崩溃，你也不用担心，因为可以随时重建一个影子系统……利用影子系统可以有效保护操作系统，免维护，如果需要打补丁，可以随意关闭影子系统进行更新操作；当浏览不安全网站或朋友用电脑时，可以随时开启影子系统。

构建影子系统

执行安装程序，文件复制完成后会弹出对话框(如图1)，这里主要是告诉用户日后如何进入影子模式，单击“下一步”按钮即可完成安装，重新启动系统后即可生效。

重新引导计算机，你会发现如同安装了双系统那样，引导菜单中增加了两个新的引导项目：Microsoft Windows XP Professional的单一影子模式和Microsoft WindowsXP Professional的完全影子模式，使用上下光标键选择即可。

体验影子模式

在进入影子模式之前，桌面会有一些水波纹般的变化，稍等片刻即可恢复正常，然后我们会看到虚拟桌面(如图2)，看起来与以前的系统并没有任何差别，唯一的变化是桌面四角都有醒目的“单一影子模式”提示信息，系统托盘区也会出现相应的图标提示(两个不断闪烁的月牙)。

我们可以和以前一样去使用这个影子系统，包括其中的所有系统组件和应用程序，但所有对系统分区的更改将在重新启动后失效，应当说这是一个非常好的特性。由于影子模式“重启即丢”的特性，须及时做好保存工作，可以放心的是，在准备退出影子模式(重启或关机)时，PowerShadow都会提示用户将重要的文件存储至安全的区域(如图3)，用户可以按照两种不同的思路保存操作成果。

如果考虑将文件或数据保存至非系统分区，这时推荐使用“单一影子模式”。如果你习惯于将文件保存在“我的文档”目录，建议重新定位“我的文档”的默认位置，右击打开属性窗口即可调整，注意不同版本的操作系统在操作方面可能稍有一些差别。

如果想保护整个电脑系统，而将文件或数据保存至USB接口的可移动存储设备或保存到Gmail邮箱或其他的网盘，这时推荐使用“完全影子模式”。

看起来PowerShadow构建的影子系统很像VMware、VPC创建的虚拟机，但两者有着本质的区别，影子系统只是原系统的影子而已，原系统中安装的任何应用程序，在影子系统都可以正常使用，而且用户可以随时在正常模式中进入影子模式，但要从影子模式返回正常模式，则需要重新启动系统才行。

用好影子模式

事实上，影子模式并非仅供喜欢尝鲜的用户玩耍，它可以像重要领导人的替身那样对原系统进行完美的保护，如果进入影子模式，所有危险的操作都会被拒绝在原系统之外。比如可以无限期使用共享或试用软件，可以保护个人隐私信息等。

当小白鼠

如果你是一个喜欢尝鲜的小白鼠，那么现在可以尽情去安装最新版本的软件、可能有危险的程序或文件，甚至直接去玩一玩病毒、修改注册表，你都不用担心，因为当下次选择原操作系统引导计算机时，所有在影子模式下执行的操作都不会反映出来，当然也不会对原系统造成任何影响。

TIPS

如果在原系统中接收到一封带有可疑附件的邮件，只需进入影子模式打开附件，即使附件携带病毒，退出影子模式之后，病毒也将离你而去，然后就可以考虑在原系统中删除这封邮件。

无限期使用共享软件

很多共享软件都有使用时间的限制，这并非简单的卸载后重新安装就能解决的，不过利用影子模式可以很轻松突破这一限制，由于影子系统对系统分区的任何操作都会在重启后失效，因此重新安装共享软件就是轻而易举的了。

抹去隐私信息

对于还在使用公用计算机的朋友而言，恐怕不会愿意在系统中留下自己的隐私信息，例如打开文件、浏览网页等操作都会被记录下来，手工清除這些记录并不是一件容易的事情，而影子系统可以非常完美地解决这个问题。选择完全影子模式，可以监控所有分区，然后你尽管放心进入影子系统浏览网页或进行其他操作，因为重启后所有记录都将被抹去，这样也就不用再担心自己的隐私会泄露了。当然，此时需要考虑的就是如何在退出系统之前将操作成果保存下来。

小编手记

从正常模式进入影子模式，只需要在“系统控制台／通用菜单”窗口下选择启动单一影子模式或完全影子模式，然后单击“启动”按钮即可；如果需要从影子模式返回正常模式，则必须重新启动并在引导菜单中作出选择。

勤软件兼容用虚拟

要玩Windows 7，但由于各种原因又离不开Windows XP，除了安装双系统之外，有没有其他的方法呢?虽然Windows 7的专业版、企业版、旗舰版提供了名为XP Mode的功能，但要求处理器必须支持Intel的VT或者AMD的AMD-V技术，仅仅是这一条就将众多机子排除在外……

其实，我们可以选择VMWare的VMLite XP Mode，不仅功能与Windows 7的XP Mode完全相似，而且在某些方面更胜一筹，最关键的是对处理器没有虚拟化的要求，而且没有系统版本的限制。

运行并建立虚拟机

与其他的虚拟机工具一样，首先需要创建一个虚拟机，按照下面

的步骤进行操作：

第一步：安装VMLite Workstation

访问http：／／www.vmlite.com／index.php／download／，按照提示完成简单的账户注册，单击“Download”按钮下载安装文件，安装界面虽然是纯英文，不过只需要一路单击“Next”按钮即可。

第二步：安装xP Mode

完成VMLite Workstation的安装之后，会自动进入VMLite XP Mode的安装环节。这里是简体中文界面，因此完全不用担心语言问题。这里提供了三种不同的安装模式(如图4)：

指定虚拟Windows XP文件夹：前提是系统中已经安装XP Mode，访问http：／／www.microsoft.com／windows／virtual-pc／aownload.aspx.下载名为WindowsXPMode_zh-cn.exc的文件，直接双击即可完成安装，接下来单击浏览按钮，定位到Windows XP Mode的安装文件夹，单击“下一步”按钮即可；

指定XP模式包或虚拟磁盘文件：单击浏览按钮指定WindowsXPMode_zh-cn.exe所在的路径，这种模式适用于无法直接安装XPMode的用户；

从互联网下载：仅Window s Vista、Windows 7系统中可用，从下拉列表框中选择需要安装的语言，例如选择“Chinese(Simplified)”，单击“下一步”按钮，按照提示自动完成下载和安装，不过如果网络条件不太好，这种安装模式可能需要比较长的时间。

第三步：完成配置

无论是选择哪一种安装模式，在VMLite XP Mode的安装过程中，都需要像Windows XP Mode那样，由用户输入登录密码，接下来还需要选择是否启用自动更新。

第四步：磁盘初始化

完成上述步骤之后，VMLite XP Mode将对虚拟磁盘进行初始化，耐心等待片刻即可完成。之后，将弹出“自动播放”对话框，打开或直接關闭即可，首次使用时会自动完成设置工作。

在虚拟系统中运行软件

刚才所创建的虚拟机，其实就是一个正版的Windows XP sP3操作系统。在这里可以进行相关的操作，例如安装软件、浏览网页、即时聊天等，与真实的操作系统完全没有区别。

VMLite XP Mode为用户提供了三种不同的显示模式：窗口模式、全屏模式、无缝模式，这可以在“控制”菜单下进行快速切换。

默认为窗口模式，建议尽可能选择“无缝模式”。在这种模式下，VMLite XP Mode将隐藏虚拟机基本窗口，将虚拟系统的任务栏与开始菜单放置于真实系统windows 7的任务栏之上(如图5)，当我们通过虚拟系统的开始菜单运行虚拟系统中安装的应用软件时，就如同在Windows 7下直接运行一样。

当然，使用虚拟应用程序保存的文件是保存在虚拟操作系统中的，这就需要根据情况而定了。

共享磁盘分区

在虚拟系统中打开“我的电脑”，将会看到名称类似于“host上的sfs(H：)”的网络驱动器，双击打开之后可以看到文件夹窗口，这里的文件夹对应于真实系统下的相应磁盘分区，可以直接访问和使用其中的文件、程序，完全没有虚拟限制。

默认设置下，虚拟系统对真实系统的所有磁盘分区都拥有“完全”的访问权限，这显然不利于数据的安全性。

如果需要作出某些限制，请在VMLite XP Mode的“设备／分配数据空间”下重新设置访问权限(如图6)，勾选“只读分配”复选框，确认之后即可生效。

TIPS

获得“完全”的访问权限之后，剪贴板的内容将实现完全的双向共享，真实系统中的剪贴板内容可以直接粘贴到虚拟系统中，虚拟系统中的剪贴板内容也可以直接粘贴到真实系统，完全没有任何障碍。

应用程序的安全虚拟

对于在Windows 7 XP Mode中非常好用的“应用程序虚拟”功能，VMLite XP Mode也同样支持。VMLite XP Mode一样带有“自动发布虚拟应用程序”功能。

当用户在虚拟系统中安装某个应用程序之后，VMLite XP Mode会自动将该应用程序以虚拟形式发布到Windows 7系统，不需要作任何额外的设置。可以在Windows7开始菜单的“所有程序／VMLite Workstation／VMLite XP Mode Application s”的下级菜单中找到该虚拟应用程序的快捷方式(如图7)，当然也可以直接在真实系统下调用，并不需要进入虚拟系统，从而实现应用程序的虚拟运行，完全保证了应用程序的高兼容性，同时也可以获得更佳的安全性。

小编手记

虚拟现实系统 篇7

实施有效、系统的安全培训, 提高煤矿工作人员安全技术水平和预防、处理事故的能力, 对于煤矿的安全生产至关重要。传统煤矿安全培训教育方式以学习规章制度为主, 大部分都是文字资料, 培训时枯燥无味。多媒体课件以及煤矿拍摄的生产过程和事故案例再现的视频, 由于很多事故无法真正再现给培训人员, 不能充分展现声音、图像、动画和人机交互相结合的特点。因此, 传统的培训手段过于单一, 培训效果很不理想。

针对目前传统煤矿安全培训中存在的问题和局限, 本文采用现代化煤矿安全培训方法, 将虚拟现实技术[1-2]应用于煤矿安全培训, 运用3D仿真技术, 汇集采矿工程、安全科学与技术、计算机科学、三维造型技术、可视化技术及视频合成技术等, 结合机械、电、光、磁、声等综合技术将煤矿风险预控、事故案例再现和事故应急救援以三维仿真和人机交互的方式展现在培训者眼前, 实现三维的高度仿真效果, 使培训者如亲临煤矿生产或事故现场。

基于虚拟现实技术的煤矿安全培训系统在安全生产教育方面发挥独特的作用, 适合煤矿安全培训部门集中学习和生产部门每天的班前会学习, 并通过三维仿真和交互形式使煤矿员工有如沉浸于真实的现场, 达到良好的学习效果。

1 系统设计

煤矿安全培训系统主要利用虚拟现实技术, 以实现不安全行为及其可能造成的后果、典型安全生产事故案例和煤矿安全事故应急预案的高度仿真和人机交互为目的, 使学习者近于亲身体验不可再现的虚拟环境, 从而产生良好的教育效果。煤矿安全培训系统主要应用3DS MAX进行建模、贴图和渲染, 利用Virtools DEV工具实现人机交互。针对煤矿三维动画仿真度不高的缺点, 本系统设计原理如图1所示。

基于虚拟现实技术的煤矿安全培训系统由煤矿风险预控、事故案例再现、事故应急救援3部分组成, 如图2所示。煤矿风险预控主要实现煤矿地面环境和井下环境 (包含地面、机电设备、巷道、采煤工作面等) 的三维仿真, 同时可以自由漫游于井下, 并且模拟一些基本的井下操作;事故案例再现主要通过三维再现煤矿近些年发生的典型安全事故案例, 并且分析事故原因;事故应急救援主要针对煤矿易发生的水灾、火灾、机电、瓦斯和顶板5类灾害事故制作完整的灾害事故应急救援三维仿真。

2 系统实现

首先进行前期调研。根据具体要求, 选择相关危险行为、事故案例和实际应急预案, 详细搜集其资料, 积极联系、询问煤矿技术人员, 了解事故发生前员工进行的操作, 调查、分析事故发生的原因, 制定安全事故应急预案。将所得资料去粗取精, 由表及里地分析研究, 找出原因, 为不安全行为事故的虚拟仿真提供数据依据, 对煤矿安全事故进行准确的分析与定位。咨询相关专家、工程技术人员, 以实现高度仿真为目的, 构思出三维仿真手法。

本系统采用3DS MAX软件来完成煤矿设备模型和场景仿真, 利用Virtools DEV工具实现人机交互。

2.1 基本模型构建

2.1.1 井下设备建模

系统的设备建模主要采用多边形建模技术。简单的小型设备模型只需构建简模, 贴图则利用图片处理软件生成。复杂的大型设备如综采机、液压支架、连采机等, 为达到对其高度仿真的效果, 首先需要收集相关大型设备的技术资料 (图片、外形尺寸、机构运动参数等) , 构建大型设备模型采用先精模后简模[3]的设计方法。井下煤炭的机械化开采是一个相当复杂的生产线。例如上百台液压支架, 再加上刮板输送机、综采机、连采机等复杂的设备模型, 势必会造成场景的数据量膨胀, 导致工作软件的崩溃。目前的模型设计大多采用构建简模和减少模型面数的方法来解决此类问题, 但会使模型的仿真度降低, 达不到真实的效果。因此, 本系统从硬件和制作技术上解决这一问题。硬件上, 需要购置图形工作站级别的高档计算机;制作技术上, 应先做井下设备的精模, 然后在精模的基础上再派生出简模, 在构建大场景中远景采用简模, 近景则使用精模, 以此来解决大场面制作的数据瓶颈问题, 避免了以往三维仿真动画中大型机械模型仿真度不高的缺点。

不一样的设备结构导致所发生的案例也不一样, 大多数煤矿经过整合, 不同种类的机械设备所存在的差异会更多。因此, 设备装置的原始修改堆栈的数据必须保存, 以利于数据资源的再利用, 提高项目完成质量和加快项目完成进度。

采用纹理贴图的制作和处理方法制作逼真度高的贴图, 不仅可以减少模型的面数, 同时可以达到很好的仿真效果。综采机模型如图3所示。

2.1.2 地面和井下巷道建模

地面环境模型主要展现煤矿的外部地貌以及地面各单位和设施的布置情况。井下巷道环境属于有尺度的空间, 所以应依据尺寸参数来构建巷道的三维模型[4]。为使模型更加逼真, 首先通过煤矿地图和实地拍摄实物收集煤矿地面地形的相关数据, 通过巷道和工作面设计图纸来获取井下巷道布置的数据, 然后建立模型。巷道模型如图4所示。

2.1.3 人物仿真

三维仿真动画的主体是人, 人物模型和动作制作是否逼真, 直接反映了整个培训系统的仿真质量。首先对系统中人物的运动特性进行分析来构建基于曲面细分[5]的人体外形建模。曲面细分的建模技术可以使人物运动时产生的效果更加逼真, 在表现人体运动产生的皮肤拉伸和挤压时不会出现失真效果。人体骨骼则采用正向运动和反向运动学技术来进行运动模拟, 使人物模型在模拟动画时更加合理。最后使用蒙皮技术使人物外形模型和骨骼模型进行连接, 形成完整的人物模型。人物仿真的工作量主要集中于模型的动作表现, 应将人物动作分类, 建立人物动作库。为了避免出现人物动作仿真不真实的效果, 首先需要现场请井下工作人员表演容易引起安全事故的动作, 用摄像机拍摄, 然后将动作采集下来作为模型动作表现的分析资料。人物动作可以脱离大场景而单独制作, 但需要一些道具, 如拧螺丝时手中需拿有扳手, 同时还有被操作的对象, 如挡板等, 这些必要的条件应在制作过程中予以满足。因此, 人物动画制作时应该采用“大兵团作战”的方式, 多个人员可以同时完成各种人物动作, 实行程式化制作, 当人物动作完成之后由专门负责的人员来调整人的面部表情、身上配件等。这样就能保证方便快捷、高质量地完成人物动画的制作。人物仿真如图5所示。

2.2 场景构建

基本模型完成后, 需要合成综合的静态场景。把设备和人物模型按照规定的尺寸分别布置在地面场景和井下巷道场景中。布置模型时需要注意模型的大小和距离的比例, 否则会出现不协调现象。合并入支护、电缆、水沟、机电设备及各种管道等设备模型, 使井下环境更加真实。静态场景仿真如图6所示。

由于静态场景仿真无法模仿瓦斯、水灾、火灾等安全事故的场景, 所以采用动态仿真技术十分必要, 本系统采用环境特效编辑器制作爆炸、烟雾等特效。煤矿生产过程中物体下落伤人的事故较多, 如煤块下落、片帮、冒顶等。目前, 大多使用传统的手工方式来描述这类问题, 但感觉不真实, 且费工费时, 在本系统中采用物理模块及反应堆动力学技术, 更真实、自然地反映事故案例的过程。

最后进行灯光的设置, 由于井下环境中物体属性的差异, 使得对井下环境中照明效果的表现难度加大。以往采用普通的标准光照明方法, 其表现力往往不能令人满意。本系统中采用全局光照明, 并使用光线跟踪和光能传递技术, 在后期的特效合成中采用光斑特效和体积光技术。瓦斯爆炸场景仿真如图7所示。

2.3 系统后期合成

前期制作完成后, 要使用Adobe Premiere Pro将前期完成的动画片段和配音等内容进行后期合成, 以形成最终的三维动画[6]。后期将各个片段形成案例素材, 并将生成好的案例素材连接在一起, 同时有一些重要工作需要注意, 例如, 在编辑的同时可能有新的创意产生, 或者需要一些特殊的转场效果和连接技巧, 这时特效的制作就需要与编辑进行协调。最后, 将编成的片段添加背景音效, 采用音效仿真技术将现场中真实的音响效果与画面结合在一起, 给人以身临其境的感觉。

系统的交互式部分使用Virtools DEV[7]进行整合。Virtools DEV可以有效地将3D模型、2D图形和音效等整合在一起, 是具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件, 可以制作出许多不同用途的3D产品。将前期完成的模型导入Virtools DEV进行组合, 以形成完整的场景模型并进行交互式系统的制作。虚拟交互场景如图8所示。

3 关键技术

粒子系统是模拟不规则物体较成熟的一种方法, 该方法充分体现不规则模糊物体的动态性和随机性, 主要用来实现基本模型结构无法实现的运动、形状和动力学效果。粒子系统可以很好地模拟火、水、气体等许多自然景象。本系统使用粒子系统来实现煤流动的动态效果, 把每个煤块都定义为一个有生命周期的、随机运动的、改变运动状态的粒子, 最后动态地控制粒子系统的运动轨迹来实现煤壁片帮、冒顶和煤块沿胶带运动的效果。

碰撞检测是虚拟现实交互的关键技术。碰撞检测问题[8]基于现实世界中一个普遍存在的事实:2个不可穿透的对象不可能在同一时间共享相同的空间区域。为了防止系统中运动的物体发生彼此穿透的现象, 本系统中碰撞、挤压等事故再现和漫游系统均采用碰撞检测技术。由于系统有很强的实时性要求, 同时碰撞检测必须高效、精确, 基于以上要求采用实时碰撞检测技术。

4 系统应用

煤矿安全培训系统由煤矿风险预控、事故案例再现、事故应急救援3个模块组成, 煤矿工作人员可以根据工种的需要选择相关的学习内容。例如, 液压支架工进入煤矿风险预控模块后可以了解到综采工作面中相关的危险源、后果及相关责任。当液压支架工推移、动作支架, 有行人通过或者架前有人作业时, 容易发生顶板垮落、单体支柱倾倒、巷道片帮伤人;支架移动过程中, 支架和溜槽之间容易挤到人。液压支架工还可以控制虚拟矿工模拟操纵综采工作面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。事故案例再现模块通过三维动画再现国内一些典型的煤矿安全事故案例, 使煤矿工作人员了解到当时事故发生环境、过程及原因。事故应急救援模块模拟几种常见煤矿安全事故和相关人员根据职位的不同做出相应的应急工作, 使煤矿工作人员针对可能发生的事故迅速和有序地开展应急行动, 并实施有效的应急救援工作, 最大程度地减少人员伤亡和财产损失。

5 结语

煤矿安全培训系统从虚拟现实技术出发, 通过煤矿风险预控、事故案例再现和事故应急救援3个方面对煤矿工作人员进行安全培训, 通过高度仿真的三维动画展示和虚拟交互操作使培训人员在学习时有置身于真实环境的感觉, 有效地增强了学习效果, 从而达到提高安全意识、减少安全事故的目的。该系统已经在神东煤炭集团安全监察局得到应用, 取得良好的教育效果。

参考文献

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[3]高红森, 栗继祖.基于3D和Virtools的煤矿安全行为模拟[J].太原理工大学学报, 2010, 41 (1) :106-109.

[4]韩可琦, 苌道方.虚拟现实技术在综采工作面仿真中的应用[J].计算机仿真, 2006, 23 (6) :229-232.

[5]沈学利, 张纪锁, 张红岩.基于虚拟现实大型矿山机械建模研究[J].煤矿机械, 2010, 31 (4) :38-40.

[6]王兵建, 张盛, 张亚伟, 等.虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用[J].煤炭科学技术, 2009, 37 (2) :65-67.

[7]刘惠义, 邱云, 张春红.虚拟视景交互漫游系统的实时碰撞检测方法研究[J].河海大学学报:自然科学版, 2005, 33 (3) :339-342.

虚拟现实系统 篇8

近些年, 消防部队利用多种手段通过新建的消防综合训练设施, 对火灾扑救和抢险救援开展模拟训练, 并利用烟热训练系统等全面提升训练环境的针对性, 训练参训人员的灾害适应性, 提高消防部队灭火救援的训练水平。基于实战模拟的训练对提高消防部队的战训水平发挥着极其重要的作用, 消防训练改革的方向也必将向以模拟实战训练为主的方向发展。但是, 基地化实战训练存在诸多局限, 一是需要消耗大量的人力和物力, 需要大型场地保障, 训练准备周期长;二是复杂建筑空间的多样性和燃烧场景的真实性难以实现, 实际训练过程中费用昂贵难以多次重复训练, 逼真危险场景中训练或操作存在的危险性控制问题都难以解决。

随着计算机技术的发展, 计算机模拟技术以其耗材少、可重复、无危险等优点得到广泛应用。目前, 基于虚拟现实技术的仿真模拟训练模式作为模拟真实世界并实现人机交互的新手段和新方式, 与传统计算机模拟技术相比, 模拟场景更加逼真, 参与性更强, 在军事、工业等多个领域得到广泛关注, 为消防训练提供了一种崭新的思路。笔者研究了将虚拟现实技术应用于灭火救援训练的方法, 以此开发基于虚拟现实的灭火救援训练系统。

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术 (Virtual Reality) 是20世纪后期兴起的一种计算机模拟技术, 作为一种可以实现创建、体验和参与虚拟世界的计算机系统, 具有以下三个重要特征:沉浸感、交互性、想像性。虚拟现实技术将先进的计算机技术、传感与测量技术、数字图像处理与计算机图形学、人工智能、多媒体技术、显示技术及仿真技术等多领域的最新研究成果融为一体, 创建出一个虚拟世界, 使参与者“沉浸”于虚拟环境中, 身临其境地体验视、听、触等三维环境, 并通过专门的交互装置, 使用户对虚拟世界进行操作, 参与并影响虚拟场景中的事件。

随着虚拟现实技术的飞速发展, 其实时三维空间表现能力和人机交互的操作功能, 在消防战训领域受到了越来越多的重视。所谓虚拟训练是指基于虚拟现实技术的能够实现逼近真实场景的体验和操作仿真训练, 是实际训练过程在计算机上的映射。虚拟现实灭火救援训练系统是利用虚拟现实技术生成的适于消防指战员体验火场环境、开展专业技能训练的虚拟场景, 它可以是某一现实世界训练基地或特殊场所的真实再现, 也可以是虚拟构想的火灾环境。参训消防指战员以虚拟火灾环境为依托, 沉浸于其中, 感受火灾并进行专业的灭火救援训练。

2 虚拟训练系统构成

2.1 系统总体框架

该虚拟系统以Windows为基本开发和运行平台, 以Visual C++6.0为开发工具, 通过OpenGL建立三维场景, 并利用其强大的交互功能, 实现灭火救援训练操作与火灾场景的交互。系统总体框架如图1所示。系统主要由两大部分组成, 即三维虚拟火灾场景和虚拟训练系统。三维虚拟火灾场景的合成需要首先建立三维建筑模型, 并以此为基础设定特定地点或部位的火灾, 模拟火灾在建筑内的发生、发展、蔓延等过程。通过建立好的虚拟火灾场景, 参与训练的人员能够身临其境地体验到特定的建筑火灾环境。虚拟训练系统通过一系列的人机交互技术, 体现出训练人员对火灾施加的影响, 如模拟参训人员操作消火栓灭火并使火势逐渐减小甚至熄灭的过程。灭火训练的人机交互功能还可以利用各种传感器技术, 将火场的热量和烟气作用在参训人员身上, 并实现逼近真实情况下的灭火救援操作。

2.2 系统总体结构

系统采用客户/服务器 (Client/Server) 总体结构, 框架结构如图2所示。由于灭火救援训练系统功能复杂, 计算量大, 且可能需要多个对象间的配合, 所以必须采用适合多用户的结构。其中, 服务器负责管理建筑场景数据和火灾发展蔓延动态模拟数据, 同时管理客户端的连接请求和响应连接;客户端负责场景的显示与更新, 并负责完成灭火救援操作交互。客户端和服务器端的连接是由通信部件来实现的, 通信部件是实现客户端和服务器端信息交换的桥梁, 其主要内容包括:客户端场景和火灾状态的变化到服务器的数据通信, 同时将服务器端管理的场景数据和系统状态信息通知给各客户端。

3 虚拟火灾场景的实现

通过虚拟现实技术模拟建筑火灾并对火灾实施灭火救援操作, 需要建立虚拟的火灾场景, 在此场景中, 参训人员可以沉浸于逼近真实情况的建筑物内, 漫游于建筑火灾周围, 身临其境地体验火灾并实施灭火训练。

3.1 三维实体建模

三维实体建模是整个系统仿真的基础, 是建立三维仿真的关键所在, 要生成逼真的建筑火灾场景并表现出灭火救援过程, 首先要生成高质量的三维实体模型。此系统利用Silicon Graphies开发的OpenGL来定义3D实体并实现交互操作。系统主要建立建筑三维模型和灭火设施实体模型。

(1) 建筑模型建立。

此虚拟训练系统需要建立高质量的三维建筑模型, 系统利用OpenGL强大的建模能力, 通过点、线、面等基本几何图元的绘制来构建物体模型。由于此训练系统需要构建大型建筑模型, 对于复杂模型来说, 这种建模方法过于繁琐, 考虑到OpenGL模型数据格式的灵活性, 采用最常见的建模软件AutoCAD来建立复杂三维建筑模型。建好模型后, 利用VC++开发的主应用程序实现在OpenGL程序中直接调用AutoCAD生成的模型数据, 如图3所示, 达到构建复杂三维建筑模型的目的。用CAD平面图经过简单处理后进行建筑三维建模, 大大降低了三维建模的难度, 有效提高了非固定场景建模的适应性, 解决了三维虚拟系统依赖于固定场景的瓶颈, 增强了此系统的实用性。

(2) 灭火设备模型的建立。

数字灭火设备是虚拟训练系统中用于交互操作的重要内容, 系统需要仿真多种三维灭火设备, 如灭火器、水枪、消火栓等。灭火设施的三维建模与建筑三维模型的建立方法相似, 都是利用导入外部模型的方法构建。此系统先利用三维建模软件3DMAX对灭火设备进行建模, 然后以3ds文件格式导入模型。

3.2 火灾动态模拟

虚拟火灾场景中对于火灾的模拟至关重要, 真实的火灾场景中需要有动态发展的火灾过程。火灾数值模拟计算量大、耗时长, 对硬件要求高, 对火灾的实时模拟是非常困难的, 为了解决此问题, 此系统引入了FDS火灾模型用于控制训练场景中的火灾发展蔓延问题。FDS是NIST开发的一款火灾场景模拟软件, 能够对火灾过程进行比较精确的模拟, 在火灾科学和工程中得到了广泛的应用。此系统首先确定被模拟场景内可能的火灾情况, 通过FDS软件事先模拟火灾的发展和蔓延过程, 并将模拟结果保存在数据库中, 虚拟系统运行时再根据需要读取相应的火灾和烟气蔓延数据, 渲染逼近真实的火灾发展蔓延过程, 如图4所示。

建筑火灾产生的现象主要包括火焰、烟气和热量等, 其中火焰和烟气是直接可见的, 虚拟场景对火灾的模拟, 实际上就是利用FDS的数值模拟结果, 实现三维场景中的火焰和烟气的可视化。此虚拟训练系统采用纹理贴图和粒子系统的方法模拟火焰和烟气蔓延效果。粒子系统是由若干粒子组成的一个集合, 每个粒子都具有独立的生命周期和属性, 且具有相同或相似的行为规律, 主要适用于不规则模糊体的模拟。用粒子系统模拟烟气的基本思想就是将蔓延过程中的烟气作为一个不规则的模糊物体, 用若干简单且赋予生命的微小粒子作为基本元素, 把

烟气定义为众多随机分布的粒子, 随着时间的推移, 每个粒子具有独立的生命周期, 通过对粒子的参数进行随机过程的控制, 使旧的粒子不断消失, 新的粒子不断出现, 并通过赋予粒子不同的纹理来达到动态模拟烟气的目的。图5为粒子系统模拟烟气的效果。

4 虚拟灭火训练的实现

虚拟灭火救援训练系统的实现除建立虚拟火灾场景外, 还需要完成灭火救援训练的功能, 即实现灭火救援训练人员与建筑和火灾场景的交互, 使三维火灾场景和训练者之间相互作用相互影响。具体实现内容包括建筑火灾场景内的漫游、开关门窗、添加或移除消防器材、拾取灭火设备、使用灭火器进行灭火操作、生成训练过程视频记录等。

(1) 进行场景内的漫游。

作为虚拟灭火训练系统的一个基本功能, 可以让训练者在虚拟系统中确定自己的位置并对建筑及火灾情况进行观察, 达到熟悉建筑环境和侦查火情的目的。

(2) 虚拟训练场景设置。

虚拟场景的设置主要是实现训练场景的初始化, 并提前计算出可能的火灾发展与蔓延过程。具体操作一是需要增加或移除消防设备, 即控制人员根据训练内容的需要添加或删除建筑内的灭火设备, 如添加消火栓箱、灭火器等;二是控制门窗的开启状态, 即系统控制人员根据情况控制门窗的开关状态。

(3) 灭火救援训练操作。

主要包括选取灭火设备并操作灭火。参训人员根据火场情况判断采取的灭火救援方法, 以使用室内消火栓灭火为例, 参训人员需要首先选取附近的消火栓箱, 拾取水枪和水带并连接供水管线, 调整水枪的位置和姿势并进行灭火操作。

(4) 生成训练过程视频记录。

从参训者或第三者的视角对参训人员在整个训练过程中的所有行为进行记录并生成一个视频文件, 作为实验报告保存下来, 方便管理人员评阅和考核。对于固定场景的灭火训练项目, 可将训练结果与预案进行对比, 实现训练效果的考核。

5 结束语

虚拟现实技术发展迅速, 在教育、科研、军事、医学、工业生产等领域已经得到了广泛应用, 但在消防训练领域的应用还处于起步阶段。笔者在研究虚拟训练技术特点的基础上提出了虚拟现实灭火救援训练系统, 详细介绍了将虚拟现实技术应用于灭火救援训练的方法, 阐述了训练系统的总体框架和总体结构, 重点解决了建立虚拟火灾场景中遇到的利用CAD建筑平面图纸三维建模和动态火灾场景的模拟问题, 说明了虚拟训练系统的灭火救援训练实现方法。

灭火救援虚拟训练系统实现的虚拟火灾场景和灭火救援交互式操作都是基于传统计算机外设, 如显示器、鼠标、键盘等标准设备来营造的窗口式的虚拟火场环境。这种桌面式虚拟训练系统经济性好, 但沉浸效果与采用特殊设备如三维头盔显示器、数据手套等营造的全沉浸式虚拟训练系统相比有一定差距, 是今后研究的方向。

参考文献

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[6]吴咏梅, 赵敏.基于OpenGL的高效三维物体建模的研究[J].机械与电子, 2004, 22 (10) :20-22.

虚拟现实系统 篇9

虚拟现实技术 (virtual reality, 简称vr) 是一门以计算机技术为核心, 结合了图形学、人机交互、实时分布系统、控制学、多媒体技术和电子学等多个领域的学科。它在一定的范围内生成与真实环境高度相似的数字化环境, 用户借助相关设备, 通过视觉、听觉、触觉等方面与数字环境中的对象, 进行交流, 实现交互作用, 从而得到等同身受的真实感受和体验。

2 房地产建模的实施过程

3D Studio Max, 简称为3ds Max, 是一款由AUTODESK公司开发的三维动画渲染和制作软件。它在建模、动画和图形制作方面功能强大, 性价比高, 易上手操作, 极大的推进了建筑设计、动画制作等领域的发展。我们在该房地产展示系统中就使用该软件进行建筑模型的制作。

房地产展示系统建模的实施过程分为数据采集、三维实体建模两个步骤进行。

2.1 数据采集

数据采集的过程中, 根据实际情况, 选择适用分辨率以及精确度比较高的图片。包括:实体电子照片采集;向项目的施工和设计部门收集原始资料, 例如地形图、平面图、建筑单体施工图以及大比例尺效果图等。获得这些资料后, 使用Auto Cad进行相关校正, 从而得到区域平面图。按照相关比例将获取的图片, 制作成为模型贴图。贴图包括透明纹理以及不透明纹理, 需要采用图形处理软件进行处理, 形成.rgb格式文件, 建立模型纹理库。特别要注意的是贴图的长度和宽度必须是2的幂次整数, 否则不能够获得真实显示。

2.2 三维实体建模

2.2.1 Polygon建模法

Polygon建模法既多边形建模方法。房地产建筑物模型外观往往都是比较规则的, 因此很适合使用Polygon建模法。3DS Max软件本身带有几十种基本几何体和扩展几何体, 用于建模时实际模型的外形制作。先使用基本的几何体确定模型大概的轮廓和长宽高比例, 再依照模型的具体细节来使用扩展几何体进一步划分并刻画出模型形状。

2.2.2 NURBS建模法

NURBS建模法既曲面建模方法。对于一些不是很规则的模型, 我们先用曲线把物体的某个剖面、切面或者是其他能体现出物体外部特征的地方画出来, 再用修改器对曲线进行修改, 最终形成物体模型, 可是这样生成的物体没有厚度, 所以叫做曲面模型, 主要适用于棱角不是很分明和很规则的物体建模。

我们在3DS Max环境下, 使用贴纹理命令在相应的建筑模型上贴上纹理, 完成后经过烘培处理, 三维建筑模型建立完成。在三维建模中应遵循的三个原则:在保证建模的真实性以及可靠性的前提下, 减少模型所含的面数, 尽量使用简模;尽量使用贴图技术;最大限度压缩纹理。只要坚持这三个原则, 就能够生成最小的数据文件, 达到模型逼真效果。例如:电话亭、路灯以及树木这些物体建模, 重复性较高, 因此在建模中, 我们最大限度的减少面的使用, 而采用贴图技术来代替细节模型, 模型属性设置成实点旋转, 就可以达到形象逼真的效果。

3 房地产展示系统中的虚拟场景及互动设计

随着虚拟现实技术的发展, 其开发引擎也是层出不穷, 从最开始的VRML虚拟现实建模语言到现在的CONVERSE3D、VR-Platform等平台软件, 功能逐渐强大, 具有更强的可操作性。我们在该房地产展示系统中采用了VR-Platform这款软件, 它是由北京中世典数字科技公司独立开发的三维虚拟现实软件。该软件适用性强、操作简单、功能强大, 广泛地应用于装饰设计、工业仿真、城市规划等各个行业。

三维模型建立完成之后, 便将其导入虚拟现实开发软件中进行虚拟场景设置和交互设置。我们使用VRP与3Ds max之间的架构, 可以方便的将3ds max中的模型, 导入到VRP中, 并进行以下操作:

3.1 虚拟现实场景的编辑

3.1.1 打开碰撞检测

为使虚拟场景符合物理客观定律, 必须将部分模型的碰撞检测开启, 这样才不会出现人物视角飞天入地或者穿墙而过的不正常现象出现。另外应该对场景边界进行透明阻挡, 避免用户进入死角或者是走出虚拟场景之外;

3.1.2 添加相机

虚拟现实的场景漫游是通过相机移动实现的。VRP拥有飞行相机、行走相机和动画相机, 来满足漫游的不同需要。虚拟漫游中, 可以通过切换多个相机来快速变换漫游的地点;

3.1.3 设置“bill-board”物体

将3D max中用平面做成的树木、楼房、山石等物体可以设置为“bill-board”类型, 这样物体将始终面对着用户, 减少3d建模工作量;

3.1.4 设置动画贴面

喷泉、水体、移动车辆等物体需要在材质上加设“ATX动画贴图编辑器”生成的ATX动画贴图, 来模拟出动画效果;

3.1.5 处理天空、背景

在vrp中使用天空盒的设置为虚拟场景添加背景;为了增强场景的感染力, 设置雾和太阳光晕两种实时的特效方式;

3.1.6 操控界面的设置

VRP提供了灵活的操控界面编辑模式, 用于创建包括导航图、按钮等在内的虚拟漫游系统的操控界面;

3.2 虚拟现实系统的互动设计

我们在VRP中进行模型的交互方式设计。以部分模型交互设计为例, 介绍其界面的主要按钮交互功能的设定脚本语句。其操作方式为, 在选择界面元素的前提下, 在属性面板中, 写入脚本语句:

3.2.1 在悬浮窗口设置三个视图动画的播放

3.2.2 模型半透明效果的设置

改变透明度, 0, group1, 1, 150

注:group1为编辑成组的整个模型

3.2.3 恢复实体效果及模型初始结构状态

删除悬浮窗口,

改变透明度, 0, group1, 0,

恢复物体状态, group1

3.2.4 操作提示面板显示、隐藏功能的实现

#初始化设置物体的状态值, panel01, 0 (面板的初始状态为显示)

Panel02.鼠标左键按下:切换物体的状态值, panel01

#比较物体的状态值, panel01, 1

显示隐藏物体, 3, panel01, 0

#否则

显示隐藏物体, 3, panel01, 1

#结束

注:panel01为提示板图片的文件名

3.3 文件的输出

在设置好场景中所有模型的交互模式后, 可以预览交互效果, 发现问题并且加以调试。在确认无误后, 打包生成虚拟场景, 可以将完整系统以网页的形式发布, 也可以直接生成.exe文件, 运行此文件即可启动房地产展示系统。

4 总结

基于虚拟现实技术的房地产展示系统与传统的房地产营销推介方式相比较, 在降低成本的前提下, 使用户对项目有了更加直观的感受, 并极大提升了房地产项目的吸引力。

摘要：虚拟现实技术以其特有的沉浸性、互助性、想象性等特点在房地产展示当中起到越来越重要的作用。本论文就以制作房地产展示系统为例, 介绍虚拟现实技术的特点及应用。

关键词：虚拟现实技术,3D建模,虚拟环境,房地产展示

参考文献

[1]耿伟忠.建筑虚拟实时漫游技术研究与实现[G].2007:52-9.

[2]胡小强编著.虚拟现实技术基础与应用[M].北京邮电大学出版社.2009 (02) :78-257.

虚拟现实系统 篇10

桌面型虚拟现实系统是由一台普通的计算机系统组成，使用者通过键盘和鼠标便可与虚拟环境进行交互。这种系统的特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广，是一套经济实用的系统[1]。此种系统又分为两类：基于全景照片的虚拟现实和基于三维造型的虚拟现实。前者在实景中用鱼眼镜头拍摄全景照片进行制作;后者一般通过三维建模工具来构造实体模型，由图形图像工具制作模型的纹理贴图，然后由虚拟现实引擎来模拟真实的场景交互。前者制作简单，后者的交互性强，是虚拟技术发展的方向。本文将围绕基于三维造型的虚拟现实技术，探讨虚拟现实系统场景优化的问题。

计算机上运行的虚拟现实场景每一帧画面的显示都是靠显卡和中央处理器实时运算出来的，如果场景中模型的面数太多，会导致虚拟现实场景的运行速度急剧降低，甚至无法正常运行，对于场景的模型面数要进行优化。另外，很多桌面型虚拟现实系统是建立在网络平台模式下的，当上网浏览用户过多，将大大影响虚拟漫游速度，更需要对制作完成的虚拟场景进行优化，这将是解决网络虚拟展示方法。

1 在建模软件中对单个模型加以控制

在3DS MAX软件中制作单一物体模型的面数不能超过65000个三角形面，即32500个多边形(Poly)。如果超过这个数量,物体的显示会出现问题，这就需要在制作模型时合理分布多边形和模型面数。

模型的三角网格面尽量为等边三角形，不要三边相差太大的情况。因为长条形的三角面不利于实时渲染，容易出现锯齿、纹理模糊等渲染问题。

尽量使用面片表现复杂造型：可以用平面替代复杂的模型，然后靠贴图来表现复杂的结构。如植物、装饰物及模型上的浮雕效果等。同样对于复杂镂空模型，如楼梯、窗框、大门及围墙等。对于这些铁艺的物件，在虚拟现实场景中可以通过在面片物体上赋一张镂空贴图来表现。为了在半鸟瞰处避开看到片的单薄，可以在栏杆上方加一个有宽度的矩形。

在表现连续多个物体时，要利用贴图的方式来表现。尽量不用三维模型而用贴图的方式表现，如栏杆、栅栏等。因为这些细长条形的物体容易大量增加当前场景文件的模型数量，并且在实时渲染时也会容易出现锯齿与画面闪烁现象。

2 对于整个虚拟场景要进行优化

模型的数量不要太多，如果场景中的模型数量太多会给后面的工序带来很多麻烦，如会增加烘焙物体的数量和时间，降低运行速度等。因此，一个完整场景中的模型数量要根据适用手机的配置而定。

合理分布虚拟场景中模型放置的密度，如果模型放置密度不均匀，会导致运行速度时快时慢，合理的场景模型布置也是对虚拟现实场景的优化。

相同材质的模型，远距离的不要合并，尽量合并材质类型相同的模型以减少物体个数，加快场景的加载时间和运行速度;如果该模型的面数过多且相隔距离很远就不要将其进行合并，否则也会影响场景的运行速度。在合并相同材质模型时需要把握一个原则，那就是合并后的模型面数也要视硬件情况而定，否则，运行速度也会降低。

保持模型面与面之间的距离，最小距离应该是当前场景最大尺度的两千分之一。如，在制作室内场景时，物体的面与面之间距离不要小于2mm;在制作场景长(或宽)为1km的室外场景时，物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近，在运行该场景时，可能会出现两个面交替出现的闪烁现象，影响整体效果。

删除看不见的面，这是为了提高贴图的利用率，降低整个场景的面数，以提高交互场景的运行速度。对于看不见的面一定要删除，如楼房模型的底面、贴着墙壁物体的背面等。另外要删除模型之间的重叠面和物体之间相交的面。

3 了解模型制作的优化技巧

线模型面的创建要根据视觉效果设置线型物体渲染面板下的厚度，然后再将该线型物体转换成多边形后再执行导出操作就可以了。

曲线形状模型的面数精简能减少模型面数，如：对于放样和车削形成的物体，适度减少放样物体的形状步幅和路径步幅参数;对于导角和导角形状方式产生的物体，同样是精简其轮廓线和路径的节点数。

对于室外地面创建有三种方法，第一种方法：先用线创建一个封闭的区域，并对线的边缘和步幅进行优化设置，直接添加挤出编辑器，设置数量为0。第二种方法：对线优化设置，然后直接将线转换成多变形或网格。第三种方法：对线优化后，直接给封闭的二维曲线添加一个UVW Mapping编辑器，后两种方法得到面更少的模型。

对于矩形封闭框物体的创建，首先应用矩形配合捕捉工具，绘制窗框的线框结构。将窗框的二维线转换成多边形物体，然后在多边形的边级别下，选择物体的内线框，复制边框得到窗框的厚度，切换到点级别下调整窗框的厚度，为后面优化模型时删除看不见的面节省了步骤。

对于植物模型要表现的话，不能以实际情况来制作，这样会导致最终的虚拟场景里的模型面数居高不下，以至于造成编辑及运行都很困难。解决以上问题的方法是：用十字面片物体，贴镂空贴图来表现，或者用虚拟现实引擎中专门的植物表现系统。虚拟场景里尽量不要有太多或大面积的复杂植物模型物体，把握一个原则就是：建筑物近处的可以用一些复杂模型物体来表现绿化物，虚拟场景周边的绿化物可以用十字的面片来代替。

4 场景中贴图纹理的优化使用

虚拟现实场景中模型贴图的长宽的大小最好由下列数字中挑选：2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048，最好不要超过2048，即2的n次方的图像大小做为贴图Texutre。但贴图不一定是正方形，长方形也可以，如：128*256、1024*128。如果Texture的大小不是由上方数字即2的n次方的图像大小做为贴图组成的，那么图形将会稍微多耗用显卡的内存(显存)，读取时也会稍微变慢。

虚拟现实引擎用来减少纹理内存和带宽需求的另外一个技术就是MIP映射。MIP映射技术通过预先处理纹理，产生它的多个拷贝纹理，每个相继的拷贝是上一个拷贝的一半大小。使用MIP映射，可以在显示卡应用纹理之前，自己缩放图像。因为可以预先处理纹理，能做得更好一些，让连续的细小的纹理不被压缩掉(如实时渲染地砖之间的接缝，能产生好的效果)。

5 通过LOD系统优化场景

LOD系统具有在任何给定时间动态地改变在屏幕上绘制物体的多边形数量的能力。当虚拟场景中有1个物体，物体由3000个多边形组成，屏幕用200像素显示，系统能刚好渲染完成。当该物体远离，屏幕用10个像素就能显示，而且很难分辨出差别。LOD系统将会需要建立模型的多个版本，而且它们将会根据模型离观察者的接近程度来改变屏幕上的LOD级别，以及多少个多边形需要被同时显示。与简单地渲染整个虚拟场景相比，LOD系统将能更好地节省系统资源，加快虚拟现实场景的运行速度。

6 结束语

计算机硬件技术仍然在飞速发展，高效的显示芯片将为未来的虚拟现实技术提供更加强大的支持，但这同时也意味着虚拟现实引擎必须具有更加完善的整体结构来容纳这些随时可能出现的新技术。如何提高虚拟现实场景运行性能将是一个需要持续研究的问题。随着计算机技术的发展，虚拟现实技术的应用将日益广泛。要使得虚拟现实场景运行流畅必须对虚拟现实场景进行优化，虚拟现实场景的优化将使得虚拟现实场景运行更快，推动其在生产、生活实践中的应用。

参考文献

[1]傅晟,彭群生.一个桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统的设计与实现[J].计算机学报,1998,(9):794-799.

[2]高志清.3DSMAX大型场景浏览动画制作经典范例[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

如何正确设置系统虚拟内存？ 篇11

我的电脑安装的是WinXP系统，我在运行一些游戏软件时，系统经常会出现虚拟内存不足的提示，有什么方法可以解决呢？是否需要添置物理内存呢？

Windows系统在运行时会对内存进行动态管理。当物理内存不足时，为了提供更多的内存容量，系统会将硬盘上的一部分空间作为虚拟内存来使用。当CPU有需求时，首先会读取内存中的资料，当所运行的程序大小超过内存容量时，Windows操作系统会将需要暂时储存的数据写入硬盘。所以，计算机的内存大小等于实际物理内存容量加上“分页文件”（就是交换文件）的大小。如果系统的虚拟内存设置得太低，就会出现虚拟内存不足的提示。用鼠标右击“我的电脑”选择“属性→高级→性能设置→高级→打开虚拟内存设置”，在这里可以重新设置虚拟内存的最大值和最小值，你可以将虚拟内存设置到磁盘剩余较大的硬盘分区。虽然虚拟内存的速度较慢，但通过正确设置你可以不添置物理内存。

双核电脑是否需要“双核电源”

前几天我帮朋友配置了一台双核电脑，商家向我推荐购买一款“双核电源”，据称是专门为双核处理器设计的，我想问一下这种双核电源和普通电源有什么区别，配双核处理器一定要选择双核电源吗？

应该说“双核电源”仅仅只是一种宣传上的名称，Intel和AMD的双核处理器都没有对电源产品提出供电结构上的改进要求。所谓双核电源实际上就是在处理器的供电部分进行加强，由于双核处理器的功率都很高，Intel 双核心处理器的最大功率为130W(Pentium D)，AMD双核心处理器的最大功率也达到110W(Athlon64 X2)，所以最好配置一款质量稳定的大功率电源，没有必要刻意追求“双核电源”。

在老主板上使用大容量硬盘

最近经不起价格诱惑我买了块160GB的大硬盘，但是买回来才发现，在我的老机器上无法使用，请问有什么办法可以解决吗？

一般新版本的主板BIOS程序都能对大容量硬盘提供良好的支持。找到主板厂商的网址，下载并更新主板的BIOS文件。如果已经无法找到主板的新版BIOS文件，还可以使用硬盘厂商推出的硬盘工具来解决问题。如迈括硬盘就可以使用“MaxBlast”这款硬盘工具，使用起来非常方便，支持图形界面，能够帮助用户突破主板137GB的硬盘容量限制。运行该软件的安装程序后，根据提示创建一张启动软盘，然后用软盘启动电脑安装硬盘即可。此外使用超过137GB的大容量硬盘，需要Win2000或者WinXP操作系统，并且安装最新的SP补丁，这样系统才能识别超过137GB容量的大硬盘。

让DVD刻录光盘上的数据保存更久

我经常使用DVD刻录机来备份数据，但是我发现半年前刻录的DVD光盘有很多都无法读取了。在刚刻录完成的时候，这些DVD刻录盘都能很顺畅读取的，是刻录盘的质量问题，还是刻录机的出现老化，DVD刻录盘上的数据可以保存多久？

DVD刻录盘上的数据通常可以保存数年之久，你所说的这种情况，很有可能是刻录盘的质量问题。刻录盘由盘基、记录层和保护层三大部分组成，而盘基和保护层平时除了受到物理作用而发生变形之外，基本上不会损坏；但是记录层就不一样了，因为使用了对光敏感的记录结构，当数据面受到强光照射(尤其是阳光中的紫外线)时，便可能引起记录坑道信息的染料结构发生变化，造成坑道信息对比度下降甚至完全丢失。所以建议大家购买DVD刻录盘时，一定要选择质量较好的盘，而不要一味的图便宜。另外由于DVD刻录盘也很容易受到高温和氧化的影响，因此在日常保护DVD刻录盘的时候，应当放在阴凉、干燥之处，尽量避免强光直射，这样就可以延长DVD刻录盘的保存时间。

Temp1、Temp2 、Temp Sens0含义

我的处理器温度一直比较高，别人建议我用CPUCool软件来监测和降低处理器温度，不过我发现软件上有三个温度项，分别是Temp1、Temp2、Temp Sens0，请问这三个温度分别是指的哪里的温度呢？

CPUCool软件中的Temp1显示的为主板温度，Temp2 是CPU内部的半导体二极管测试的CPU温度，而Temp Sens0显示的为硬盘温度。你可以通过设置Update Rate选项中刷新时间，实现实时监控硬件的运行温度的目的。

虚拟现实系统 篇12

1 煤矿安全三维技术网络数据分析

在煤矿安全三维技术虚拟现实系统中存在着非格式化数据和格式化数据,媒体数据具有时序性、分散性以及复合性等特点。一段音频、一幅三维技术图像包含一定意义的同时还是构成三维技术数据的二进制数据,且视频含义要高于数值和符号。文献中关于煤矿安全虚拟现实系统的数据特点归纳为:

1)时序性,数据的时序性直接关系到信息实体之间的联系,因此,在处理数据或显示数据时要注意数据的时序性,同时要保证信息单元之间的同步性。

2)分散性,不同的设备和三维技术分散存储着相关数据,同时异构数据的管理和存储也在相关设备中进行,因此,三维技术源数据的存储方式和介质具有多样性和分散性。

3)复杂性,煤矿安全生产是一个非常复杂的系统,与之相关的三维技术网络系统数据也具有多样性和复杂性,如动画、视频、图像、图形、音频以及文本等数据,在这些复杂数据的基础上,三维技术系统还会将某些单元信息通过组合形式展现出来,形成了复杂对象。

2 煤矿虚拟现实系统设计

2.1 系统设计原则

在煤矿员工实际安全操作流程的基础上建立三维技术网络虚拟现实体系及系统,以煤矿井下实际生产现场描述为开端,逐渐将流程引入到典型事故案例和煤矿安全生产规章、规程上;结合三维技术虚拟现实呈现方式实现人性化界面设计,煤矿安全虚拟现实系统以井下实际生产场景为背景,视觉效果好、界面友好,从一定程度上降低了三维技术使用者对三维技术水平的要求;利用先进的GPI和网络数据接口实现现有媒体数据和三维技术网络系统的无缝连接,处理现有的标准化数据,轻松采集现场画面,实现了非结构化和结构化数据的一体化管理。如图1所示。

2.2 三维技术系统硬件配置

煤矿安全虚拟现实系统的三维技术由工作站或三维技术构成;数据输入设备包括:数码相机、视频捕捉设备、音频捕捉设备、数字化扫描仪、三维技术键盘;数据输出设备包括:激光打印机、绘图仪、投影仪、数码摄影、扫描仪、触摸屏以及三维技术显示器;存储介质及设备包括:光盘、硬盘等。如图2所示。

3 媒体类型、运行环境及实例

3.1 媒体类型及运行环境

煤矿安全虚拟现实系统的文件数据量大、类型繁多,编辑方式和数据获取手段各不相同,影响三维技术系统质量的两个重要因素为源数据品质和质量。如表1所示。

1)文本,文本是占用系统资源小、包含信息量大是三维技术系统中常用的信息载体。三维技术系统中文本的获取方式为文字识别、扫描仪扫描、声音时识别输入、手写收入以及键盘输入等。

2)数字音频,三维技术数字音频的采集和获取方式为模拟转换器(A/D),通过Windows系统下的专业音频采集软件或录音机可实现声音的数字化采集。其中,影响数字音频采集质量的两个最主要参数为采样频度和精度。在WAVEEDIT软件中对采集的音频数据进行处理,编辑出适合三维技术网络用户需求的特效声音和常规音效。

3)图形图像,三维技术系统中表现图形图像的方法有:符号、曲线、矢量、位图等,通过鼠标输入、数字化扫描仪输入以及数码相机等手段实现图形图像的输入。三维技术系统需要的图像大多要在三维技术处理完成后才使用,常用的图像处理手段包括:图像提升、图像转换、图像加工以及图像采集等。通过三维技术图像、图形处理软件可将图像处理成用户需要的类型。本文采用PHOTOSHOP CS4.0作为图像处理平台,可实现图像的调色、扭曲、上光、旋转、缩小或放大等处理。

4)数字视频,煤矿安全虚拟现实平台的视频媒体表现方式为两种,一是动画,二是视频。其中,动画可视为活动的图形,视频即活动的图像。采集和量化是常规三维技术视频信号的采集过程。煤矿安全三维技术视频的采集可利用现场安设视频捕捉设备来完成。安装在三维技术硬件系统中的视频采集卡可提供摄像机和录像机的视频采集接口,实现采集信号的模拟到数字化转换。一般的三维技术视频处理大多采用ADOBE公司的PRE CS4.0L来完成,如果做特殊的效果(如火焰、烟雾等)则一般采用AFTER EFFECT和3D MAX相结合的方法完成。视频编辑软件可对视频进行切换、剪辑、增强、调色或叠加等处理。它支持15个以上的音频轨道和视频轨道,每个通道之间有上百种视频效果和切换模式。同时,视频编辑软件中还能按照用户需求加入静态图片或动画效果等元素,能够制作出非常好的展示效果。

3.2 煤矿安全虚拟现实系统应用实例

唐山矿是开滦集团的老矿井,生产条件苛刻,开采地质复杂,由于环境的特殊性和员工的安全意识导致了事故频发。该矿为了加强生产安全,使员工更加深刻的理解井下事故及操作违章带来的隐患,采用了三维技术网络虚拟现实系统作为平台,实现了音频、动画、视频和煤矿安全知识多方面结合的效果,如图3所示。

通过三维技术虚拟现实系统的引入,该矿改变了原有的安全知识授予方式,使入井人员通过生动的画面、真实的场景等形象加深了安全意识。三维视频图像在系统中能够加深矿工的第一印象,非常直观地反映出井下工作面状况和生产系统情况。该平台的实施大大提高了该矿安全生产效率,降低了安全成本,增加了员工对安全的认识度,有效降低了违章、违规操作概率。

4 结论

煤矿安全虚拟现实是煤矿企业安全管理中的重点课题,是系统工程中的关键分支,综合三维技术技术和现代网络信息手段能够彻底的改变煤矿传统的枯燥说教模式,提高了管理人员、生产人员的管理水平和安全意识,有效降低了安全成本的事故率。

参考文献

[1]沈东.三维技术网络硬件通信虚拟实验系统[J].煤炭技术,2012(9):194-195.

[2]张勇昌.虚拟现实技术在矿难逃生模拟培训系统中的应用[J].煤炭技术,2013(11):274-275.

[3]王琳.虚拟现实技术在煤矿开采中的应用研究[J].煤炭技术,2013(12):78-79.

[4]陈浩磊,邹湘军,陈燕,陈燕,刘天湖.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线,2011(1):1-5+14.