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虚拟仿真教学解决方案

虚拟现实教学系统组成



建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键,而要建立一个完整的虚拟现实系统,首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。

华堂科技根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征,并结合多年的虚拟现实教学建设经验,最新推出的虚拟现实教学系统提供以下组成:


虚拟现实开发平台:

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,一般包括两个部分,一是硬件开发平台,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;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。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。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。

虚拟现实显示系统包含必不可少的两点1、高性能图像生成及处理系统2、具有沉浸感的虚拟三维显示系统。

在虚拟现实应用系统中,通常有多种显示系统或设备,比如:大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统,而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统,因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性,而在这些所有的显示系统或设备中,虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统,因此,该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式,也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。

虚拟现实交互系统

多自由度实时交互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,它们主要是6自由度虚拟交互系统,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。



虚拟现实集成控制

一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分,比如:多台投影机、音响系统以及多路视频的输入和切换,甚至是辅助的灯光和窗帘,这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备,这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖,彼此之间协同工作。然而,这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作,就需要进行管理,集成控制系统便是承担该项工作的载体,有了集成管理控制系统,上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。通常,一部分用户并不重视这个部分,而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的,一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统,并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来,如果没有集成控制系统这部分,往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。在通常的集成控制系统中最典型的设备就是中央控制系统或矩阵系统(如图),这些设备功能强大、操作简单、使用便捷、管理方便,它是整个虚拟现实系统有效管理和运行的基本保障。

虚拟现实教学设备配备

虚拟现实教学主要实验设备包括 :虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性. 为了实现人机之间的充分交换信息,必须设计特殊输入和演示设备,以影响各种操作和指令,且提供反馈信息,实现真正生动的交互效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具,主要包括:VR系列虚拟现实工作站、立体投影、立体眼镜或头盔显示器、三维空间跟踪定位器、数据手套、3D立体显示器、三维空间交互球、多通道环幕系统、建模软件等。


数据传感手套

观察者还可借助数据手套等设备来操纵虚拟场景中的对象,数据手套中装有许多光纤传感器,能够感知手指关节的弯曲状态,观察者通过手指的活动来实现与虚拟场景交互作用数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件,通过软件编程,可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作,也可以利用它的多模式性,用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现,为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段,目前的产品已经能够检测手指的弯曲,并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为”真实手套”,可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。在虚拟装配和医疗手术模拟中,数据手套是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。







立体眼镜

三维眼镜是用于观看立体游戏场景、立体电影、仿真效果的计算机装置,是基于页交换模式(Pagefilp)的虚拟现实立体眼镜,分有线和无线两种,是目前最为流行和经济适用的VR观察设备。基于页交换模式(Pagefilp)的立体眼镜,分有线和无线两种。均为图形工作站用立体眼镜(Shutterglasses)许多专业软件都支持CrystalEyes,如机械CAD、产品可视化、仿真、分子建模、地理信息系统/测绘和医学成象等。彩色图像真实、高分辨率。







头盔显示器

无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据,还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感,模拟训练、3D游戏、远程医疗和手术,或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力,头盔显示器都得到了应用。
比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查看、夜视系统显示、车辆和飞机的炮瞄系统等需要信息显示的,都可以采用头盔显示器。在CAD/CAM操作上,HMD使操作者可以远程查看数据,比如局部
数据清单、工程图纸、产品规格等。波音公司在采用虚拟现实硬件技术进行波音777飞机设计时,头盔显示器就得到了应用。


   


三维空间跟踪仪

三维空间跟踪定位器是用于空间跟踪定位的装置,一般与其他VR设备结合使用,如:数据头盔、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。




3D立体显示器

3D立体显示器是一项新的虚拟现实产品,过去的立体显示和立体观察都是在CRT监视器上戴上液晶光阀的立体眼镜进行观看,并且需要通过高技术编程开发才能实现立体现实和立体观察。而立体显示器则摆脱以往该项技术需求,不需要任何编程开发,只要您有三维模型,就可以实现三维模型的立体显示,只要用肉眼即观察到突出的立体显示效果,不需要带任何立体眼镜设备;同时,它也可以实现视频图像(如立体电影)的立体显示和立体观察,同样也无须戴任何立体眼镜.

 
 


虚拟现实工作站                                                                                                              




立体投影

立体投影仪,其构成中包括壳体、投影仪、偏振镜片、投影屏,投影屏和投影仪分别位于壳体前、后方,偏振镜片位于投影仪的投影镜头前面,投影仪和偏振镜片的数量各为2个,2个投影仪的水平轴线相交、投影图像在投影屏上重合。 图像提供了一种结构简单的立体投影设备,可适宜多种场所,具有观看距离远,不易损伤视力,无辐射的安全使用性能,特别适宜作为家用立体投影设备使用。





多通道立体环幕系统

多通道环幕(立体)投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统,它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率,以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放(现在很多影视院采用这种方式)等。多通道环幕(立体)投影系统由于其技术含量高、价格昂贵,以前一般用于虚拟仿真、系统控制和科学研究,近来开始向科博馆、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。其中,院校和科博馆是该技术的最大应用场所。这种全新的视觉展示技术更能彰显科博馆的先进性和创新性,在今后若干年内不会被淘汰。

华堂科技是国内最早从事虚拟现实技术研究和制作的高新企业,在北京、上海、广州、新加坡都拥有分公司, 公司不断吸收和学习国外最先进的虚拟现实技术,在虚拟现实教学建设方面拥有一整套最优化解决方案。




数字城市系统

城市规划演示厅也被称之为数字城市教学。其主要目标和功能是提供城市规划、城市市政管理、房地产开发与管理、旅游规划以及数字地球(城市)的仿真模拟教学和科研平台。

华堂科技凭借雄厚实力制作了国内最大的数字城市项目,可以为您提供数字内容制作和环幕硬件展示系统整体解决方案。




旅游导游教学

导游培训:培养熟练和优秀的导游是旅游专业的教学目标,但是旅游专业学校又面临教学过程中实习资源匮乏、而实地参观成本又高的难题。 华堂科技旅游虚拟仿真系统从导游和旅游专业特点出发,按照旅游专业的教学要求和实施特点,设计出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划、信息查询,景区导航,景区切换等功能模块。为旅游专业学校提供一站式解决方案。




物流仿真教学

学校教育,由于受到诸多条件的限制,大部分内容还停留在以书本为主的教学体系上。部分学校的学生现在能够在大三和大四年级,获得公司实习的机会,但是由于时间和实习单位的工作人员业务繁忙等原因情况,学生了解到的内容比较片面,了解到的业务单证也比较少,实践机会少,学生对业务的认识程度仍然相当低,缺乏感性认识。在走出学校前,为了使学生对整个的口岸物流有全面和相对深入的了解。 图像联合业内人士,根据市场需求,可以为物流专业教学提供:3D仓储模拟实训系统、3D运输模拟实训系统、3D第三方物流模拟实训系统、3D集装箱与堆场模拟实训系统和3D供应链模拟实训系统等一系列解决方案。






虚拟维修拆卸教学

华堂科技虚拟拆卸维修教学,充分的利用了 图像开发的这套虚拟拆装模拟培训系统,可以结合大屏幕提供给更多需要虚拟拆卸和虚拟维修以及虚拟组装的客户,让更多的人一起集中练习,提高培训的效率更加节省成本。






虚拟手术教学

虚拟手术是虚拟现实技术很高端的应用。国外已经可以利用传感设备进行医学学员的培训教学,甚至已经真正的做到了远程虚拟手术的效果。国内目前还没有这样的水平,不过 华堂科技和科研机构联合,制作出人体的内部的三维模型和一些互动式的动作,同样能满足培训学员和手术新手的需要。






仿真驾驶教学

虚拟驾驶,也被称为汽车驾驶仿真,或汽车模拟驾驶。 华堂科技利用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。







虚拟仿真化学实验室


仿真化学实验室是利用虚拟现实技术所产生和还原真实的中学化学实验系统,通过仿真实验环境、实验仪器、实验设备、实验现象和实验结果等内容的再现,使学生仿佛置身于传统的实验室当中,亲手进行实验学习,掌握化学实验过程和相关知识,全面满足学生对实验学习的需求。

虚拟仿真实验室,涵盖数、理、化三门学科,实验过程开发专业、严谨。通过实验指令操作仿真实验元素,可根据科学原理随意修改元素属性、随意搭配元素进行实验。实验过程的开放性,极大激发了学生想象力、创新能力,实现“自主性”、“探究性”教学模式。同时,进行一些具有危险性、揭秘性的实验,不会对人和环境造成不良影响。



DIY虚拟仿真化学实验除了按照固定的步骤完成教学大纲中的经典实验外,用户可根据自己的需要自主设计实验思路、自主选择实验器材、自主搭配和组装实验仪器、自主创新实验方案以及动手操作论证实验结果等,从而全面满足学生的探索欲望,而不用担心传统实验室器材不全或是实验操作危险等问题。





虚拟动画演示代替特殊化学实验操

在化学实验过程中,如遇到并不熟悉的实验步骤或是操作不规范的情况时,可采用动画演示对实验进行指导,熟悉和规范化学实验动作及流程。





增强教学效果

生动、逼真、立体的表现形式,能让抽象的实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中,教师可结合实际的教学需求,最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势,提高教学效果。

演示实验室无法完成的实

辅助教师进行课堂实验演示:如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、反应周期过长实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等。

增强课堂趣味性

借助对多媒体技术(音频、视频、图像)、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境,使学习者体验置身其中的感觉,能够实现互动实验教学,能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开物理奥秘的冲动,有助于发展学生的构建思维,具有独特的实验教学的实践作用。

丰富课堂教学形式

对于实验室无法完成的实验,传统实验教学形式单一,只能通过粉笔+黑板的形式,靠教师一张嘴进行讲解。而NB物理实验,突破了实验教学对客观条件的依赖性(如环境污染、设备缺乏、实验危险性过高等问题),满足实际的课堂教学需要,是学科老师得力的实验制作工具,优秀的课堂教学平台,也是学生自主性和探索式学习平台。

方便高效的教学辅助工具

重要的实验辅助教与学工具,实验齐全,器材零损耗,可反复利用,随时随地都可“走进”实验室。





虚拟3D仿真实验室

3D虚拟仿真实验室是一个具有精致演示功能的实验室。一台制作端、三台渲染端、三台放映机和六台红外线感光摄像机为我们打造了一个华丽震撼的仿真环境。在这里我们可以身临其境的感受3D虚拟的场景。经过科技的制作和渲染,我们在一件房间里就可以上天入海,遨游世界并且实现人机交互对话。这是科技的魅力,也是人类进步的必然。





虚拟仿真系统可与虚拟场景进行人机互动


虚拟现实工业仿真

虚拟现实工业仿真技术已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业生产、推广宣传、培训教育的各个环节,并逐步延伸到中小型企业,成为未来多媒体展示技术标准模式。





工业流程系统仿真实验室


港口虚拟仿真实验室

港口虚拟仿真实验室为港口岸吊模拟驾驶训练与物流作业模拟提供平台,是一个开放的港口规划、作业优化和运作实验平台。平台主要由港口物流虚拟仿真系统和港口岸吊虚拟仿真系统组成。

实验室的主要支撑技术为虚拟现实技术、系统仿真技术、信息技术和网络技术等,以提供视、听、触等直观人机交互手段,为港口岸吊驾驶操作、港口物流系统规划(如泊位、堆场、装卸、人员培训等)提供逼真的实验环境。其区别于其它实验环境的基本特征和优势是具有沉浸感、交互性,能创造身临其境的逼真实训环境。




3D物流虚拟仿真实验室

被动式环幕投影系统是一种视听高度沉浸的虚拟仿真显示环境,采用多台投影(通道)组成的环形投影屏幕,环形幕半径通常有100~360弧度不等,由于其屏幕半径宽大,观众的视觉完全被包围,再配合环绕立体声系统,使参与者充分体验一种高度身临其境的三维立体视听感受,获得一个具有高度沉浸感的虚拟仿真可视环境。




沉浸式演示系统K5

CAVE系统是目前最先进虚拟现实系统,能为用户提供一个完全沉浸的、身临其境的体验环境,尤其对于如驾驶舱等包围空间的人机验证和交互等应用,具有不可替代性;CAVE环境具有最佳的沉浸感,对于型号设计工作中的数字样机验证、分析,仿真数据的结果可视化及分析,具有重要的辅助验证作用;这种系统投资大,专业性强,沉浸感好。





4通道CAVE融合系统



生物医学三维可视化虚拟仿真应用

利用可视化技术,将CT、MRI或PET三维图像进行几何重构生成三维模型,使人们从外部观察到人体内部状况,准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状以及它与周围生物组织之间的空间关系,从而及时高效地诊断疾病。此外在可视化技术的基础上可以进一步实现放射治疗、矫形手术等的计算机模拟及手术规划。例如在脑肿瘤放射治疗中,利用可视化技术就可以基于重构出的人脑内部结构三维图像,对颅骨穿孔位置、同位素置入通道、安放位置及等剂量线等进行计算机模拟,并选择最佳方案,同时还可以在屏幕上监视手术进行的情况,从而大大提高手术的成功率。







气候气象三维可视化虚拟仿真应用

科学计算可视化可将大量的天气数据转换为图像,在屏幕上显示出某一时刻的等压面、等温面、旋涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等,使预报人员能对未来的天气做出准确的分析和预测。并根据全球的气象监测数据和计算结果,将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布及风力风向等以图像形式表示出来,从而对全球的气象情况及其变化趋势进行研究和预测。




工程数据与三维可视化虚拟仿真系统解决方案是指运用计算机图形学和图像处理技术,将数据换为图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理和分析的技术。工程数据可视化技术将数据以图像、曲线、二维图形、三维图形或动画效果显示在人们面前,并可对其模式和相互关系进行可视化分析,及时掌握计算过程中数据的变化以及由于数据变化造成的直接影响。

数据可视化的应用十分广泛,几乎可以应用于自然科学、工程技术、金融、通信或商业等各种领域。华堂展业(北京)国际展览有限公司结合在全球范围内颇具影响力的专业数据可视化软件及图形图像处理技术,为您提供生物医学、工程分析、地理地质、气候气象等领域的工程数据三维可视化虚拟仿真应用解决方案。

地理地质工程数据三维可视化虚拟仿真应用

利用可视化技术可以从大量的地质勘探数据或测井数据中,构造出感兴趣的等值面、等值线,并显示其范围及走向,并用不同颜色显示出多种参数及其相互关系,从而使专业人员能对原始数据做出正确解释,得到需要的地质信息,如地质结构、矿产储量等。






虚拟现实数字演示系统

虚拟现实数字演示系统对开展古建筑数字化记录、展示的研究,基于高精度的三维数据,研发大型虚拟现实作品。数字馆虚拟现实剧场以超大画幅屏幕,高度沉浸的体验感向观众展示古建筑的魅力。

通常,一部分用户并不重视虚拟现实开发平台和虚拟现实控制系统部分,而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的,一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统,并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来,如果没有集成控制系统这部分,往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。还有就是虚拟现实开发平台的采用上,最好采用通用性强的能和国际接轨的的虚拟现实开发平台,并注意以下几个方面:1、用“平民化”的技术实现教学型虚拟教学的建设和应用2、更新实验教学观念,重新认识虚拟教学3、切合实际,合理选择开发技术平台。



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