虚拟现实（VR）实验室解决方案（vr虚拟现实课程总结）

虚拟现实（VR）实验室解决方案

本方案由搜维尔虚拟现实实验室推出。虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体，随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。

方案特色：

1、二次开发功能

2、投入性和沉浸式显示功能

3、6自由度交互功能

4、力反馈及触觉反馈功能

5、立体音效输出功能

6、高性能图像生成和处理功能

7、具有沉浸感的虚拟三维显示系统

8、集成管理控制功能

方案核心：

虚拟现实实验室开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实实验室最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。

系统集成：

任何一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括三个部分，一是立体展示部分，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站和显示端；一部分为虚拟现实交互部分，是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设（比如：力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等）；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。这其中面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台是最主要的，它在虚拟现实应用开发过程中承担着三维图形场景驱动的建立和应用功能的二次开发，是虚拟现实应用开发的高层API，同时也是连接VR外设、建立数学模型和应用数据库的基础平台，没有它将无法开发出功能完善的虚拟现实应用程序。

一、立体展示部分

立体展示部分是整个虚拟现实系统中最重要的3D/VR图形显示输出系统，其核心部分是立体显示设备，它将VR工作站生成的高分辨率3D/VR场景以高清立体的方式显示出来，让要交互的三维虚拟世界高度逼真地浮现于参与者的眼前。参与者可从不同的角度和方位自由地进行交互、操纵，实现三维虚拟世界的实时交互和实时漫游。在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：立体投影系统、头盔显示器（数字头盔）、立体显示器等。

1、立体投影系统

立体投影系统有被动式立体投影和主动式立体投影，被动式立体投影是通过光的偏振原理来实现的，即采用两台投影机同步放映图像，将两台投影机前的偏光片的偏振方向互相垂直，让产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。而偏振光投射到专用的投影幕上再反射到观众位置时偏振光方向须不改变，观众通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，从而在视觉神经系统中产生立体感觉；主动式立体投影需要内置液晶（LCD）快门的眼镜来交替地空白左右眼信息。一个分离的IR发送器发送同步信息到眼镜。这种方法在技术上更耐用，且投影机必须配备空白间隔的与快门速度相匹配。主动式立体投影的优点是可在任何投影屏幕上来实现。

产品推荐：单通道三维投影、多通道环幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系统、球面体投影系统。

2、立体显示器

立体显示器有裸眼立体显示器和偏振立体显示器之分。裸眼立体显示器不需要用户戴眼镜即可感觉到立体效果，裸眼立体显示器大多处于研发阶段，并且主要应用在工业商用显示市场，所以大众消费者接触的不多。从技术上来看，裸眼立体显示器分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）三种，裸眼立体显示器最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚；偏振立体显示器是根据人的左右眼在观察事物的时候成像不同，在播放影片的时候同事播放2组画面，一组画面进入左眼，一组画面进入右眼，这样就会像产生立体感觉（注释：观看的时候必须佩戴偏振立体眼睛观看）。

推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、TRIDELITY裸眼立体显示器、Visumotion裸眼立体显示器、Vrlogic偏振立体显示器、Miracube偏振立体显示器、JVC偏振立体显示器。

3、头戴式立体显示系统

头戴式立体显示系统即头戴式立体显示器（数字头盔），采用头戴式立体显示器（数字头盔）会为用户带来较强的沉浸感，犹如身临其境，头戴式立体显示器(HMD)为戴在头部的小型立体显示器，用户所看到的图像大小相当于数码之外的大型屏幕。

推荐品牌：Virtual Research头戴式立体显示器、5DT数字头盔、NVIS头戴式立体显示器、eMagin头戴式显示器、Cybermind头戴式显示器。

二、虚拟现实交互部分

虚拟现实交互部分是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开虚拟现实交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自由度的虚拟交互设备，比如：力反馈设备、数据手套、位置跟踪器、3D鼠标等等。

1、力反馈设备

所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力，将游戏数据通过力反馈设备表现出来，可以让用户身临其境地体验游戏中的各种效果。 力反馈技术能将游戏中的数据转化成用户可以感觉到的效果，例如道路上的颠簸或者转动方向盘感受到的反作用力，这些效果都是力反馈控制芯片“播放”出来的，

推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。

2、数据手套

数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板大部，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境。

推荐品牌：CyberGlove数据手套、DGTech数据数据手套、5DT数据手套。

3、位置追踪器

位置追踪器又称空间位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数字头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置。操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由度之分，当接收传感器在空间移动时，能够精确地计算出其位置和方位。该设备 消除了延迟带来的问题，因为它提供了动态的、实时的六自由度的测量位置(X, Y, 和 Z 笛卡尔坐标) 和方位（俯仰角、偏行角、滚动角），无论在虚拟现实应用领域，还是在控制模拟器的投影机运动时，还是在生物医学的研究中，它是测量运动范围和肢体旋转的理想选择。它是快速、精确、而且容易使用。

推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。

4、3D鼠标

3D鼠标具备多自由度的传感器，多个导航设置键等可实现对虚拟立体空间内的虚拟物体的操作。

推荐产品：3D Connexion SpaceMouse 专业版、3Dconnexion SpacePilot PRO、3Dconnexion 探索者 SpaceExplorer serial、3Dconnexion SpacePilot宇航者、3Dconnexion 魔幻手 SpaceNavigator。

三、软件开发平台

开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。没有软件平台各种设备将无法正常工作，软件平台是在系统搭建前通过虚拟现实系统开发软件开发出来的一套软件平台，其各种交互操作、共能都被预先设定好。常用的虚拟现实系统开发平台有：Unity3D、Virtools等。

推荐产品：Unity3D 、Virtools

应用领域：

适用于军事模拟训练、CAD/CAM（虚拟制造、虚拟装配）、建筑设计与城市规划、虚拟生物医学工程、科学可视化、教学演示等等诸多领域。