虚拟现实现代工业中应用案例.docx

虚拟现实现代工业中应用案例.docx

《虚拟现实现代工业中应用案例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟现实现代工业中应用案例.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

虚拟现实现代工业中应用案例

虚拟现实现代工业中应用案例

一、虚拟装配与碰撞检测技术解决方案

简    介：

    SmartCollision™是一个基于多边形的碰撞检测库。

之前大部分的碰撞检测库仅仅能计算不相交物体间的距离，或判断物体是否有穿透能力，而SmartCollision™可以计算穿透深度，测量渗透量。

无FLV视频

项目详情：

过去，在虚拟装配、虚拟维修等VR应用领域，3D曲面模型之间的实时碰撞检测一直是仿真用户的开发障碍和技术瓶颈，而今天，高级虚拟仿真用户再也不需要为复杂的碰撞检测数学算法和漫长的开发周期而发愁，更不需要为了因碰撞检测而带来的巨大计算量而去采购价格昂贵的大型工作站，现在你只需要拥有一台高端的基于windows平台的PC工作站，或是一台台式机，甚至是一台笔记本电脑便可以轻松、快速地开发出你所需要的碰撞检测应用，无论是多么复杂的3D曲面模型之间的实时碰撞和检测分析，一切都将变得那么的简单而随心所欲，它是SmartCollision™一个来自美国和日本科学家共同研发的基于多边形的碰撞检测库和计算机力反馈（计算机触觉）应用驱动引擎，或判断物体是否有穿透能力，SmartCollision™不仅可以计算穿透深度，而且还能检测和分析渗透量，更可贵的是它在精确地处理复杂3D曲面体之间的实时碰撞检测分析的同时，还让你的应用程序跑得飞快，这一切使得它在虚拟装配、虚拟维修、虚拟操做、人工智能、地震救援演示碰撞检测分析、虚拟力反馈和计算机触觉等应用领域发挥了巨大的作用，将虚拟仿真应用的开发效率和仿真真实感成百倍的提高。

基于多边形的碰撞检测库

SmartCollision™是一个基于多边形的碰撞检测库。

之前大部分的碰撞检测库仅仅能计算不相交物体间的距离，或判断物体是否有穿透能力，而SmartCollision™可以计算穿透深度，测量渗透量。

穿透深度

为了在虚拟的环境中操作虚拟的对象，多面体之间的“透深”计算非常重要。

当物体是可穿透的时候，“透深”在这里是指渗透量测量。

透深可以取消渗透量。

以前在虚拟环境需要计算常规多面体之间的透深，但是透深仅仅是在凸状多面体或有限的基本单元之间被计算。

实际上，已有的实现方法中常规多面体之间的透深是通过凸状多面体的透深来计算的，但对于这种实现，常规多面体之间的透深没有被直接结算并且结果也不是那么可靠和准确。

由于凸状多面体的透深不是总体上通过计算常规多面体的渗透量，而是通过计算部分渗透量来得到，因此不能删除常规多面体间渗透量（参见　Figure2）。

另外还有一种实现，该实现方法是通过利用体素（voxel）代替多面体来表现。

但是体素（voxel）表现没有多面体表现精确。

这种实现不是总体上基于常规多面体的透深，所以也不能删除常规多面体间渗透量。

SmartCollision的功能

支持的数据继承

物体类型

说明

复合凸状多面体

任意的凸状多面体集合

常规闭合非凸状多面体

常规多面体，多面体必须是闭合的

多边形（三角形）集

任意的三角形集合

碰撞检测功能

碰撞检测功能

说明

交叉检测

交叉处的boolian值

最小距离（Vector）

当物体脱离时，物体间的最小距离（Vector）

透深（Vector）

当物体互相渗透时，物体间的动态透深（Vector）

SmartCollision™在PHANTOM上的触觉应用

两道难关

通常情况下，利用PHANTOM的触觉应用可以感受到点和物体

……（未完）

二、沉浸式CAVE展示系统

简    介：

    CAVE（CaveAutomaticVirtualEnvironment）是一种基于投影的虚拟现实系统，它由围绕观察者的四个投影面组成。

四个投影面组成一个立方体结构，其中三个墙面采用背投方式，地面采用正投方式。

无FLV视频

项目详情：

CAVE（CaveAutomaticVirtualEnvironment）是一种基于投影的虚拟现实系统，它由围绕观察者的四个投影面组成。

四个投影面组成一个立方体结构，其中三个墙面采用背投方式，地面采用正投方式。

若放置CAVE系统的房间大小有限，可通过反射镜把投影图象投影到屏幕上以节省空间。

观察者戴上液晶立体眼镜和一种六个自由度的头部跟踪设备，以便将观察者的视点位置实时反馈到计算机系统和体验身临其境的感觉。

当观察者在CAVE中走动时，系统自动计算每个投影面正确的立体透视图象。

同时，观察者手握一种称为Wand的传感器，与虚拟环境进行交互。

CAVE是世界上第一个虚拟现实系统，它把高分辨率的立体投影技术、三维计算机图形技术和音响技术等有机地结合在一起，产生一个完全沉浸式的虚拟环境。

该系统可提供一个房间大小的四面（或六面）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、力反馈装置、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。

基于系统这种完全沉浸式显示环境特性，CAVE为科学家带来了种伟大而创新的思考方式，扩展了人类的思维。

科学家能直接看到他们的创意和研究对象。

比如：

大气学家能“钻进”飓风的中心观看空气复杂而混乱无序的结构；生物学家能检查DNA规则排列的染色体链对结构，并虚拟拆开基因染色体进行科学研究；理化学家能深入到物质的微细结构或广袤环境中进行试验探索，可以说，CAVE可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域，是一种全新的、高级的科学数据可视化手段。

CAVE（CaveAutomaticVirtualEnvironment）在外形上是使用投影系统，围绕着观察者具有多个图像画面的虚拟现实系统，多个投影面组成一个虚拟空间。

理论上CAVE是基于计算机图形学把高分辨率的立体投影技术和三维计算机图形技术、音响技术、传感器技术等综合在一起，产生一个供多人使用的完全沉浸的虚拟环境。

适合于教学和科研：

典型系统应用领域：

虚拟样机、虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配

模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等

虚拟生物医学工程（虚拟手术/医学分析；基因/遗传/分子结构研究）

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

成功案例图片展示

CAVE系统的构想是于1992年提出,最初的开发动机是为了获得一种全新的科学数据可视化手段.然而，当时处理大量的可视化数据并实时生成立体影像需要在大型UNIX图形工作站的支持下才能完成,这就使得整个系统的造价十分昂贵。

当时这类大型专业UNIX图形工作站（可视化系统）的价位约在几十万到百万美金，这使得CAVE系统的使用范围局限在大型的研究所或学术单位中.

近年来,高性能PC在计算能力和图形处理能力已经能够逐渐接近甚至超越专业UNIX图形工作站.以多台具有较高性能价格比的高性能PC作为图形处理核心代替CAVE系统中的大型专业UNIX图形工作站无疑是一个非常好的构思，.黎明视景所推出的基于高性能PC架构的CAVE系统正是在此背景下开发的.基于高性能PC架构的CAVE系统既能保持高性能的图形处理能力,又能够大幅度降低成本,无疑为CAVE系统的更广泛应用扫清了障碍。

通常，我们的系统是以4台或6台高性能连网PC作为一个并行计算集群系统来替代传统CAVE配置中昂贵的UNIX图形工作站，采用高性能的主动或被动式立体显示技术，每台PC工作站分别负责CAVE系统中一个投影面的立体影像绘制工作.并通过网络同步控制技术和变形矫正算法，使每台工作站绘制的场景分别同步无失真地显示输出，并投射在相应的立方体投影面上。

从而产生一个完全沉浸的虚拟仿真可视协同环境。

CAVE虚拟现实系统的组成部分：

高性能图形工作站。

所需的计算机系统应具有很高的计算速度和图形处理能力。

SGIONYX2InfiniteReality图形工作站是虚拟现实和系统仿真的最佳计算机平台，它采用S2MP体系结构，不仅具有可扩性好、编程容易和计算能力强等优点，而且它的图形处理速度极快，具有多管道（Pipe）、多通道（Channel）图形输出

……（未完）

三、球幕投影显示系统

简    介：

    Equipe的GlobalEquipe的Global投影系统采用市场上具有高分辨率便携式投影器件来达到更高分辨率的光学解决方案，这是一种新的概念。

无FLV视频

项目详情：

EquipeEquipe的球幕投影显示系统，可以与运动或非运动平台连接使用，适用于各种高速喷气式飞机和水平螺旋浆直升机等仿真应用。

球幕投影显示系统水平视角可达到360度。

球幕外壳使用高强度的新型复合材料，球幕本身就能够支撑投影机的重量，因此投影机不需要其他的支撑结构，使得球幕的整体结构重量也非常的轻。

设计中采用了有限无分析（FEA）技术，使结构的偏差降到了最小。

经Equipe的反复测试证明，该系统在一定的重力加速度下仍然能够保持良好的性能，因此它可安装在运动平台之上。

用户可以根据自己的实际需要和性能需求选择与Dome系统相适应的LCD或DLP数字投影机。

Equipe的GlobalEquipe的Global投影系统采用市场上具有高分辨率便携式投影器件来达到更高分辨率的光学解决方案，这是一种新的概念。

投影机的光学部分是安装在一个2轴随动机构中，它能够360度自由旋转，具有很高的可靠性和稳定性。

针对高分辨率的图像叠加，Equipe的Global投影机提供了很高分辨率的目标实体显示模式，通过该目标

……（未完）

四、proSENSEVirtualTouchToolbox

简    介：

    proSENSE建立在成熟的MathWorksMATLAB®和Simulink®开发平台之上，无论资深开发人员还是初级人员都可以快速的上手使用proSENSE程序。

无FLV视频

项目详情：

proSENSEVirtualTouchToolbox

通过拖拽界面快捷的创建触感应用。

proSENSE建立在成熟的MathWorksMATLAB®和Simulink®开发平台之上，无论资深开发人员还是初级人员都可以快速的上手使用proSENSE程序。

使得开发者和研究人员可以迅速的实现触感以及分布式触感应用协议.开发者和研究人员可以迅速的实现触感以及分布式触感应用。

尽管易于使用，HandshakeproSENSE支持用户加入自己的代码的功能。

通过时间延迟补偿方法来获取分布式的触感，该方法为Handshake专有的网络选项。

该工具箱能够通过触觉装置、网络协议、预定义的触觉效果来执行和作为界面。

proSENSE优势：

操作简单快捷；

网络协同交互功能；

执行效率高，缩短开发周期；

提供触觉解决方案；

数据采集和分析能力；

力反馈数据采集和分析能力；

特征：

内置SensAblePHANTOM®Omni™触觉设备驱动；

增加了对SensAblePremium1.5和Quanser触觉设备的支持；

在MATLAB/Simulink环境中支持触觉模块自定义功能；

可以和Real-TimeWorkshop及VirtualRealityToolbox协同工作；

通过Network选项支持电磁触觉；

通过TiDeC实现网络延迟补偿技

…