优选（VR虚拟现实）虚拟蜘蛛建网及步行的互动式模拟系统
虛擬蜘蛛建網及步行的互動式模擬系統
Interactive Simulation of Web Construction and Locomotion for Virtual
Spider
林翰儂李蔡彥
政治大學政治大學
北市指南路二段64號北市指南路二段64號
s8908@https://www.doczj.com/doc/4d4191002.html,.tw li@https://www.doczj.com/doc/4d4191002.html,.tw
Abstract
目前在電腦動畫方面，已有許多模擬生物運
動的規劃並且也到達相當成熟技術，像是人類的
行走運動規劃；但是對於節肢動物的運動規劃，
現在並不多見，大多並不是採用程式自動產生的
方式製造節肢動物的運動動畫。本論文研究模擬
蜘蛛網的建構及虛擬蜘蛛在蜘蛛網上自動規劃行
走運動的模擬程式。此論文的所採用的方法是依
據我們定義的蜘蛛網結網規則和指定參數的方式
建構蜘蛛網，蜘蛛在網上的步行也是經過搜尋判
斷後才得到路徑。本系統建造蜘蛛網的部分已經
可以成功的模擬出蜘蛛網的型態，也能夠自動規
劃蜘蛛在蜘蛛網上的運動路徑。在實作方面是混
合2D與3D的使用者介面，使用者以2D介面操
作，以3D的方式呈現結果。
1.簡介
製作電腦動畫的方式主要有動作擷取
(Motion Capture)和取動作關鍵格(key-framing)
以及程式自動產生動畫這三種方法。一般製作動
畫主要是利用動作擷取和取動作關鍵格這兩個方
式產生動畫。動作擷取的特點是利用真人演員的
表演動作，讓電腦讀取後產生虛擬演員的動作。
其優點是可以得到看起來很自然的動作模組，但
是要把動作套到虛擬人物的時候仍然需要做關節
間距的調整，而且得到的動作不能適應其他環境
或是地型的變化。取動作關鍵格的方法常見於坊
間的3D動畫製作軟體，使用者可以將做好的模型依照時間先後，每間隔一段時間調整模型在該時間點要擺放的位置，此動作就是在設定模型的動作關鍵格。之後，讓軟體利用內插法(interpolation)產生關鍵格與關鍵格之間連接的動作。而程式自動產生的動畫可以做到動作擷取圖一：最粗的線條是外框，輻射狀的普通粗線是輻射絲，螺旋狀的細線是螺旋絲。擁有黏性的絲線只有螺旋絲。
圖二：蜘蛛網的建造順序是外框-> 輻射絲-> 螺旋絲。圖片來源出自[5]。
美中不足的地方。此方式根據運動原理以程式方式模擬動作，優點是重複性極是用性高。此方法式要解決的問題定義好，設定要遵循的規則，基本上就可以得到需要的動作。而且重複使用性高，但可以花費較少的時間得到不錯的結果。
我們的目標在於程式自動模擬蜘蛛網與蜘蛛在蜘蛛網上的行走模式。而動機可以分成兩種，第一是藉由程式模擬蜘蛛的行為。如此，就可以讓一般人藉由虛擬的方式就可以觀察蜘蛛的行為與蜘蛛網的構成，不需到野外捕抓蜘蛛也不會破壞生態。能藉由模擬系統來讓一般人了解蜘蛛結網的行為以及結網的規則和特性；另外使用者可以和虛擬蜘蛛互動，決定蜘蛛在蜘蛛網上行走的終點，藉以觀察蜘蛛在蜘蛛網上的步行達到育教娛樂的效果。第二點是在動畫特效娛樂上的呈現。提供出一個基本的架構給想要做出蜘蛛網或是蜘蛛爬行運動的場景或效果，不需再從頭開始，直接利用此程式即可產生出雛型再加以修飾就可以呈現出蜘蛛網的效果及蜘蛛爬行的動畫。為使用者提供基礎，提升動畫製作的效率及便利性。實做的部分，藉由少量的參數得到變化多端的蜘蛛網以及模擬蜘蛛的行走運動，所使用的方法是利用程式自動產生蜘蛛網與規劃蜘蛛在蜘蛛網上行走的路徑，再利用抓取動作關鍵格用內插法產生腳步之間的動作。本論文所描述之系統的目標有兩個；第一點是藉由使用者指定蜘蛛網的外框讓程式自動產生虛擬蜘蛛網的架構。圖一是擷取自我們的程式自動產生的結果，其中最粗的線段代表的就是外框，輻射絲和螺旋絲的部分就由程式依據給定的規則，自動產生。第二點是模擬蜘蛛在蜘蛛網上的行走運動規劃，其行走的環境也就是之前第一點產生的虛擬蜘蛛網。
在第二單元會簡單介紹過去相關研究，其中包括多腳機器人和模擬蜘蛛網的部分；第三單元會提到關於蜘蛛網的建構規則以及虛擬蜘蛛機器人的身體構造定義；第四、五單元會探討蜘蛛網建構以及蜘蛛步行產生的演算法，第六單元討論實做方法及實驗結果，第七單元是未來發展與結論。2.相關研究
關於蜘蛛網的模擬已經有人[1]作出蜘蛛結網歸納出一般性的規則，但是它所用的方法是先給予一些建造網子的規則以及一些變數，再利用基因演算法(Genetic Algorithm)和評估蜘蛛網的真似程度的評估程式來調整衍生出的蜘蛛網。而我們的目標也以他們歸納出來的蜘蛛網架構為主要參考原則來建立蜘蛛網。但是我們不同於[1]的地方，在於我們的蜘蛛網產生出來之後必須成為蜘蛛機器人行走的環境。他們的結果是最終產生的蜘蛛網要用來和真實世界的蜘蛛網做比較，其目標在於蜘蛛網的擬真程度。至於蜘蛛或多腳機器人步行的模擬目前已經有相當多的研究成果[2,3,4,8]，但絕大多數的研究目標都是把焦點放在行走於平面或崎嶇的環境上，目前尚未有人研究蜘蛛在蜘蛛網上行走的模擬；並且，不論在蜘蛛腳關節的自由度上或是腳的數目上以及行走的步伐模式，都不是在模擬真正蜘蛛的八隻腳構造，最常見到的是四隻腳以及六隻腳的蜘蛛機器人(spider robot)。
在互動的層面上，除了虛擬蜘蛛網可以由使用者給定外框後自動產生蜘蛛網，也可以藉由參數控制板上的滑桿調整蜘蛛網的屬性。在與蜘蛛機器人的互動上是在於使用者可以利用放置獵物促使蜘蛛機器人從現在位置走向獵物所在地。這一點與[10]提過的三層自主式機器人溝通的中階溝通也就是指定終點令蜘蛛自動感測週遭環境再自動找出路徑與步行的規劃，都是通知機器人要移動到哪個地方的工作目標導向的命令。
在虛擬生物的方面來說，分成模擬現實世界存在的生物與完全虛構的生物這兩種。在模擬現實世界的方面來說有[11]模擬真實魚的運動。其他常見的模擬生物也有像是[10]模擬狗與人類的互動。而我們論文所提出的模擬蜘蛛也是屬於模擬真實生物的範疇之中。在虛構生物的方面，有[12]所提出的利用基因演算法(genetic algo-rithm)從簡單的肢節構造繁衍出複雜型體的生物與該生物的運動行為，像是跑、跳和游泳。以及[13]給定虛擬生物一些常識讓牠們在環境中做出
合於常識判斷的行為。這些也都是相當有趣也值得探討的議題。
3.問題定義
3.1.環境定義
蜘蛛網分成立體網和平面網，立體網像是比
較著名的黑寡婦，就是利用類似垂簾的網子捕捉獵物，甚至也有地洞型的陷阱網。這些構造複雜的網可以相當有效率的捕捉到獵物，不過構造比較簡單的平面網除了有花費的絲線量比較少的優點之外他的捕捉獵物的功能也不遜於立體網的效果。平面網又有分成圓形網及不規則型的網子，不規則的網子結網規則不容易歸納出來，不同的品種也有其不同的規則，就算是同種的蜘蛛也可能會因為壓力、天氣、溼度等變因影響網子的結構。我們著重的目標是針對平面圓網型的蜘蛛網進行模擬。
首先我們先介紹蜘蛛網的特性。就外觀而言；它主要分成三個部分，外框、輻射絲、螺旋絲。外框幾乎都是由凸多邊形組成的內部則有輻射絲與螺旋絲如圖一。在模擬蜘蛛網之前我們要先了解真正的蜘蛛是如何建造網子。不論在國外或國內學界都有一種通用的程序來描述一隻織平面圓網的蜘蛛，如圖二。建造網子的順序是先建構出外框(圖二步驟A-C)再以此為支架架設輻射線(radii line) (圖二步驟D-I)，這時就可以開始製造輻射線了。值得觀察的一點是，有些品種的蜘蛛在建完輻射線之後會先架起鷹架再建螺旋線。所謂鷹架指的是蜘蛛會由內向外大略織出間距相當寬且不愈黏性的輻射絲，之後再由外而內織間距較小且具黏性的輻射絲。依我們的推測有可能是因為蜘蛛有偏好走線與線之間的交叉點的結果，因為這樣的走法比較穩固，舖出來的絲線也可以比較精準整齊。這邊由於牽涉到蜘蛛的行走偏好，所以在下一個小節會有更詳盡的解釋。在我們這個研究中會跳過這個搭鷹架的步驟，直接搭建輻射絲，因為這個行為只是蜘蛛自己為了建出整齊的絲線而做的行為，也有相當多的蜘蛛也跳過了這個步驟。附帶一提，在Samuel Zschokke先生的網頁中[5] 有錄下花園十字蛛(Araneus diadematus)整個結網過程的影片，我們也有參考這個影片所呈現的現象，並且藉由這個影片做為定義蜘蛛網規則的參考根據。
因此我們所模擬的蜘蛛網除了根據[1]的原則之外，也有參考生物學上的定義而組成現在的虛擬蜘蛛網。在稍後演算法的部分會詳盡的說明如何產生出蜘蛛網的過程。
3.2.蜘蛛構造定義
現在我們知道了有螺旋蜘蛛絲是有黏性的，我們就可以大致決定蜘蛛可行走的區域就是輻射絲。不過值得注意的一點，真實世界的蜘蛛的腳是不會被自己的絲黏到的，因為它們的腳底有特殊的油脂並且接觸面積也小。不過他們還是比較不偏好走螺旋線，因為會減低黏絲的黏度，也會減少能困住獵物的時間。並且在觀察實際蜘蛛爬行時我們發現到蜘蛛在已搭建完成的網子上，對於螺旋線和輻射線上的交點也有者相當高的偏好。
這種現象的原因有可能是源自於結網的蜘蛛因為在網上移動最主要的感官是觸覺以及本體感覺來預測腳的落點，由於結網蜘蛛的視覺相當弱只能感測光線而非像人類一樣可以利用視覺的判斷，所以大致上牠們會有腳向前伸再往後勾線類似摸索的一個動作，這樣的結果也就會很自然的讓腳站在交點上。所以我們在虛擬蜘蛛如何選擇落腳點的偏好也有提高這一方面的喜好程度。
圖四：蜘蛛可以踩的範圍。
真實的蜘蛛有八隻腳，每隻腳各有七個關節。這在模擬上有相當大的困難由於每個關節都要有個別的自由度和關節彎曲度的限制，單單一隻腳的計算複雜度及各個關節點的位置判斷就非常複雜，所以我們既要簡化腳的關節但又要兼顧真實性，做法就是將彎曲度較不顯著的關節和其他關節簡化並使得簡化過的那一段腳有較大的自由度以模擬原本的腳可以踩到的範圍。所以目前在這裡定義出的虛擬蜘蛛的身體結構有八隻腳，
每隻腳有各分有上下兩段，也就是兩個自由度兩個關節。事實上，我們可以用肉眼可以看出蜘蛛的腳分為三段，但是我們可以用兩段來模擬三節的腳，也可以達到相同的效果。每隻腳我們設定相同固定的長度，並且每隻腳都是以身體中心為原點。
關於身體的部分，真實的蜘蛛身體分為兩段頭胸部和腹部，腳都分布在頭胸部的部分。在這邊的定義則是簡化為一個球體並有自己的座標以及旋轉的角度，這三個元素加起來就是身體的結構(configuration)，如圖三所示。身體後方的橢圓只是為了外觀上的完整而加上的，不具特別的意義。蜘蛛可以踩的範圍，是假設蜘蛛的腳有內外關節的限制，所以向內向外可以踏的範圍有限制，所以我們把這個範圍畫成一個甜甜圈型如圖四，以身體中心為圓心的灰色甜甜圈就是蜘蛛可以踩的範圍。4.虛擬蜘蛛網的建造規則
我們依據自然界的原則(如圖五)來建造蜘蛛網。圖五中的步驟是由上而下的順序先後建出蜘蛛網；規則可以分成兩類，第一類是建造輻射絲的原則(Radii Line Rules)，這一類的規則在使用者定義完外框之後就可以開始實做建造輻射絲。第二類螺旋絲建造原則(Spiral Line Rules)是做完第一類的規則之後才能實做螺旋絲，完成以上兩類規則就可以製出蜘蛛網。只要使用者輸入的外框是凸多邊型就是合法的，我們就可以使用以上兩類規則產生虛擬蜘蛛網。除了給定外框外，我們還需要指定四個參數來產生蜘蛛網，關於這四個參數請詳見下節。接下來針對這兩類規則中的細部規則做更詳細的敘述。
4.1.輻射絲規則(Radii Line Rules)
我們先接受使用者傳入的參數中其中與輻射絲的建構有關的兩個。一個是調整輻射線的數目，輻射線的架設就是取決於蜘蛛的測量與蜘蛛的腳長有關，因為蜘蛛會用自己的腳像是尺量看看兩條輻射線的距離是否太寬。如果太寬的話再多加一條輻射絲，所以簡單的說腳越短的蜘蛛在相同面積的網子上做出的輻射線會越多。另一個是螺旋線之間容許的角度誤差值；蜘蛛不會做出非常精確平均分配輻射線之間夾角的蜘蛛網，所以需要誤差值來讓網子看起來比較自然。這問題其實並沒有確切的數據可以告訴我們，就算是同品種的蜘蛛也會因為不同的個體依照不同的習慣去做出不同的網子，所以這方面算是蜘蛛本身的偏好。關於演算法部分，首先在得到外框和參數之後，依照第一類規則(Radii Line Rule)第一項規則朝特定方向建造的第一條輻射絲(First Radii Line Rule)。再依據第二項規則(Next Radii Line Rule)及使用者給定的兩個參數，得到下條輻射絲所在的地方。重複第二項規則直到沒有空間放輻射絲或是輻射絲的數目到達使用指定的數目。
圖三：蜘蛛的正面圖與俯視圖。
4.2.螺旋絲規則(Spiral Line Rules)
使用者指定的另外兩個參數與螺旋絲的規則有關。一個是指定螺旋絲之間的寬度，就是圖五中的粗邊矩形中兩條細線的間距，螺旋線的寬度也是取決於蜘蛛的腳長，螺旋線之間的寬度絕對不會大於蜘蛛橫向的身長。這是因為在建造螺旋線時蜘蛛是一邊沿著已經建好的螺旋線一邊量距離一邊搭線，並由實際觀察的結果也能證明此原理。另一個參數是離中心點多遠才開始放置螺旋線的距離，這裡我們將中心點到最內圈螺旋線之間的部分叫做中心網(hub)，這點也是因為蜘蛛的偏好而決定的。接下來就是螺旋線的演算法部分，一般來說，蜘蛛會離中心軸一段距離才開始放有黏性的螺旋絲我們可以從剛剛使用者指定的參數得到數值。依照觀察通常蜘蛛網的輻射絲中心會在比較偏高，原因是因為蜘蛛通常在中心網(hub)的地方等待獵物，並且他往下衝的速度比往上爬的速度快了許多。此現象除了是因為地心引力的關係外，也是基於蜘蛛行走的特性。蜘蛛一般由上向下快速移動時會將自己的絲線一端黏在現在的位置上，再往下一跳助跑再爬行，所以蜘蛛在蜘蛛網上或其他地形向下跑會比較快。因此我們會把蜘蛛網的中心向上偏移的現象也加入這個模擬程式，不過跳躍的行為並不列入這次的模擬。
我們取得hub的參數之後就可以放置螺旋線。我們放置蜘蛛絲的做法是先決定好在那一條輻射絲開始放螺旋絲，開始用第二類第一項規則(First Loop Rule)。在螺旋線繞完一圈後回到開始蜘蛛絲放置的螺旋線上的，其距離中心點是使用者設定的參數「輻射線之間的寬度」加上hub 的距離。接這就進行第二項規則(Next Loop Rule)，依照使用者輸入的寬度和上一圈的螺旋絲保持距離產生絲線。當蜘蛛重複做螺旋絲的動作做到無法輻射線與外框之間沒有足夠的空間可以放螺旋線的時候，就開始遵照第三項規則(Reverse Rule)反向再做第二項規則(Next Loop Rule)的動作。最後再檢查是否有把整個蜘蛛網填滿。所謂”填滿”的意義是，真實的蜘蛛不會讓最外圈的輻射絲到外框之間有太大的空隙，因為這樣浪費了蜘蛛網的空間，讓能獵補的空間少了許多，所以他們會盡量把螺旋線填滿任何一個可用的角落，如圖五所示。這就是最後一項規則(Complete Rule)。
4.3.特殊狀況及實做考量
關於設定外框，本系統不同於過去其他研究的做法是我們需要幫蜘蛛設定外框，再讓他做輻射線和螺旋線方便模擬蜘蛛網，而外框的形狀一定要是凸多邊形。這個強制要求的條件是因為蜘蛛一般不會把網子的形狀編成凹多邊形，第一點來說這樣的網子不如凸多邊形可以有效的利用每一個角落而會有浪費空間的現象。第二點來說凹多邊形的形成有可能是因為外圍支架的張力不均而導致的，這樣的網子也比較容易纏在一起。所以我們會假設外框為凸多邊形。一般的外框由於周遭地型的關係蜘蛛搭建的外框不一定會是完整的圓型，並且這種情形以長型的外框居多，長型的外框會使得上下兩側最接近外框的螺旋絲的距
圖五：蜘蛛網的建構原則。圖六：當外框是狹長型的情況，蜘蛛會想辦法填滿網
子，利用每一個角落。陰影的部分就是補線
離變遠。如果不做修正，就會和真實蜘蛛網不相似，所以要做折返，來使得蜘蛛網看起來比較完整。
由於有誤差值的參數也會使得每一次的執行結果會有不同所以要做出和蜘蛛網相似的圖形，其實還是很難模擬。由於要保持網子完整也要兼顧有些誤差的擬真，在這方面上的拿捏其實除了資料的收集主要還是憑人的感覺去做選擇。我們在程式中增加了”剪線”的功能，也就是把網子弄得殘缺再讓蜘蛛行走，做法就是藉由點選螺旋絲的線段移除該線段。一般蜘蛛在獵補蟲子時會趁獵物在蜘蛛網上掙扎的時候衝到他面前再用自己吐出的絲和部分的網子將獵物打包好，所以會有出現網子殘缺的現象，在實際上有些蜘蛛會忍受殘破的網繼續待下去，也有些蜘蛛會補網。補好的網子會和原先的網子又些不同，在螺旋線的部分就會在破掉的區域來回折返由內側補到外圍。關於這方面的模擬提供了互動性的教學意義，目前我們做到了剪線的部份，在未來會再增加上述其他功能。
整體而言，虛擬蜘蛛網和真實的蜘蛛網像不像的這個評估我們就交給使用者來評估而非[1]使用基因演算法的概念利用和真實蜘蛛網的上下左右的絲線總長度來比較評估來決定是否產生出理想的蜘蛛網，不過在我們的控制版提供的數據之下可以找出一個滿意的答案，並且也適合於給蜘蛛機器人當作行走的環境。
5.計畫及模擬蜘蛛運動
在[2]中運動的過程又分為全域(Global)和區域(Local)兩種方式的規劃方式(planning)。全域規劃(Global planning)是不考慮機器人是如何移動腳步，直接將機器人從起點帶到終點的規劃，其中要遵守不會碰到障礙物的原則。以平面的全域規劃來說，機器人組態Q的描述需要X和Y軸的座標位置再加上旋轉的角度θ來表示。
Qg = (X, Y, θ) (global posi-tion)
區域規劃(Local planning)就是注重在腳步之間是如何移動，如何從目前的站位走到下一個站立的位置。
我們的做法是因為蜘蛛要判斷自己能不能走過這片網子的條件是目前的位置腳要有足夠的支撐點才能計算下一步，而且蜘蛛只感測自己附近網子的狀態，不會記住整張網子。所以算是只做區域性規劃。在記錄位置上的組態Q呈現方式如下：
Q = (X, Y, θ) holds(X, Y)
函式holds(X, Y)代表蜘蛛在位置(X,Y)時在網子上有哪些可讓腳站立的點，為何不用考慮旋轉θ稍後會有詳細說明
5.1.蜘蛛在蜘蛛網上的路徑規劃
我們先要求出蜘蛛身體從起點到終點的路徑規劃再考慮每一個移動單位之間腳步的替換。首先，蜘蛛身體合法的位置建立在是否有合適的踏腳點。在此我們把合法的踏腳點成為holds。蜘蛛的可以踩的範圍之前有定義成一個以身體為圓心畫出的甜甜圈。此範圍與蜘蛛網交集的部分就是合法的落腳點，獵物所在的位置是終點，只要把獵物放在網上。蜘蛛就能感知獵物離它有多近。事實上，真實的蜘蛛在獵物落到蜘蛛網時可以利用觸覺，依據獵物掙扎時傳回的震動大略測出獵物的位置，這一點和我們進行的模擬原理一樣。利用之前第三單元的定義，蜘蛛踩在蜘蛛網上的限制與偏好作為設定障礙物的標準，就可以做出運動規劃。
要做腳步移動，要考慮兩個問題：
圖七：(左圖)蜘蛛需要踩在每個象限的其中一個立足點這樣才能算是平衡。(右圖)X代表蜘蛛周圍八個空位代表蜘蛛下一步可可能選擇的方向。
第一：蜘蛛要能在每一步保持平衡；
第二：蜘蛛目前站立的姿勢有合法的下一步。
由於三腳架的原理[4]。以身體中心為原點畫出的四個象限，只要讓蜘蛛的其中四隻腳在個別不同
的四個象限（如圖七），我們就可以確定蜘蛛是在平衡的位置。所以在這裡的設定是蜘蛛一定要在這四個象限中找到至少一個點才會認定此為合法的站位。蜘蛛在旋轉的時候是以身體中心為圓心做旋轉，所以任何角度的甜甜圈中合法立足點只要座標值一樣就會有相同的合法立足點，所以在組態Q中holds的參數不需要角度也能找到踏腳點。經過上面的定義之後，我們可以進行蜘蛛身體移動的規劃。使用的演算法是best first search。首先蜘蛛可以朝八個方向移動(如圖七右圖)，每一格代表座標單位1。再從八個候選位置中篩去不合法的位置，從剩下的找出距離終點最近的點移動。每一個位置都會記錄蜘蛛上一個位置是從哪裡移到目前這個位置，如果走到無法再移動的時候，就追溯回去以前的位置對於還沒走過的位置再進行搜尋。最後產生圖八的結果。
接下來我們可以規劃每一個位置腳步的站位，並且可以一步步找到如何到達終點的站立狀態(configuration)，只要再擬定出每一步的動作之間所需的關鍵格再利用內插法算出步伐之間其他的動作格，相連之後就可以型成一貫的動畫了。
5.2.蜘蛛腳步與腳步之間的安排
首先，我們建設好網子，如圖八所示。接下我們的系統要決定蜘蛛可以站在哪些點上或是線段上。判斷能否站立的準則是看網子和代表可站立的甜甜圈範圍的交集處，我們以黑點表示合法的站立點。分布在各個象限的點有個別的Linked List來儲存合法的站立點並依照其相對於蜘蛛前後的順序排序，以方便之後的處理程序。接下來就是決定要讓哪些腳站在這些點上，我們依照實際觀察可得知蜘蛛的行走模式或是在沒有破損的網子上是用左邊第一、三隻腳和右邊第二、四隻腳一起挪動之後再讓左邊第二、四隻腳和右邊第一、三隻腳移動，重複者這樣的2組模式。因此我們採用的模擬方式即是以四腳為一組的方式交互運動。
由於我們設定蜘蛛的每隻腳都有其關節旋轉程度的限制，可以計算出蜘蛛會選擇用哪一隻最適合的腳去站在上面，這裡我們也是用斜率來判斷，由於每隻腳用向量的資料結構記錄，所以在這邊也比較方便於計算身體與腳的狀態。後續要面對的問題就是如何決定下一步的身體位置，也就是要解決行走的問題。我們目前為止一直是假設已知蜘蛛的身體位置再由腳能伸到哪裡畫出大概的甜甜圈的範圍。但是同樣的立足點卻也可以在不同身體位置的甜甜圈範圍形成合法的站立狀態。我們這裡就是運用這一點來做到移動的動作。
圖八：顯示蜘蛛經過程式計算後產生到終點的路徑。粗線代表的是蜘蛛從起點到終點的路徑。圓點是終點。
圖九：蜘蛛如何利用甜甜圈的可踩範圍取得下一步的資訊。
如圖九所示，黑點是目前站立的點，淺色甜甜圈是它目前身體位置的腳可到達範圍，深色甜甜圈是身體位置向前移動但不動腳可到達的範圍。所以黑色的點一定落在兩個甜甜圈交疊的範圍。再來就可以決定新的腳的落點了也就是白色的點。沿著之前規劃出的路徑重複身體向前找尋更前方的立足點的動作就可以達到終點。旋轉的部分，由於蜘蛛的旋轉是以身體中心為圓心做自轉，所以相同的甜甜圈就可以提供立足點的範圍。此時會有個特殊情況，就是在相同的(X,Y)位置上也可能會因為蜘蛛朝向某些角度，從合法的站位變成不合法的，如圖十。所以再蜘蛛要轉向的時候，我們必須避免這種情況。
能保持平衡並且找得到下一個站立狀態之後，我們開始考慮如何不要走到陷阱中。舉例來說如果蜘蛛和獵物之間沒有任何立足點並且無法跨越過去，就必須繞路才能抵達目標。所以我們除了讓蜘蛛有朝向目標前進的偏好也有要站立在每個象限都有立足點的條件。如此，我們就可以順利的規劃出路徑和步伐了。
6.系統實做與實驗結果
6.1.系統實做
本系統立體化的實作與介面是使用IMLAB (Intelligent Media Lab)所開發的環境IMBrowser來進行3D化的呈現，以及動畫的撥放。人機介面包含2D與3D的呈現部分，使用者在2D的環境控制參數產生蜘蛛網與蜘蛛機器人互動，然後透過3D的場景看見成果。我們對於蜘蛛機器人的運動規劃和視覺呈現做更進一步的加強，因為之前計算蜘蛛機器人的腳是用向量記錄，並且蜘蛛的步行可以把一隻腳的挪動看成是一個面的挪動(圖十一)淺色的腳是之前的位置，深色是現在腳的位置，所以就可以用反向動力學(Inverse kinetics)利用腳的落點反推出關節點的位置。就可以得到蜘蛛腳的全部資訊，進一步求出3D蜘蛛的狀態。
實作方面，首先我們要將平面的蜘蛛網傳到立體的環境，由於我們定義的蜘蛛網是一個平面網，所以直接將蜘蛛網的2D座標多加一個高度的參數值算成3D座標。網上的每一條線段都是獨立存在的，所以也可以支援之前提過修剪網子的功能。實際程式的結果在圖十二，右邊的控制面板是之前的產生蜘蛛網與蜘蛛步伐的程式與2D部分的呈現，左邊面板是呈現蜘蛛與蜘蛛網的立體化結果。
用之前產生的蜘蛛機器人在2D蜘蛛網上所行走的路徑與步伐記錄下來，成為待會立體化呈現要用的劇本。利用上一段提到的反向動力學決定腳擺放的姿勢與關節角度的計算，IMBrowser 有提供動畫劇本輸入的格式(XAML)，我們的系統只要指定關鍵格(key frame)蜘蛛的組態和時間的配置依照其格式輸入，就可以用IMBrowser具備的內插功能(interpolation)做出動畫。把我們將目前已經有的2D劇本轉換成IMBrowser接受的動畫劇本，就可以看到蜘蛛機器人在立體環境的行走姿態，得到我們最後要的結果。
6.2.實驗結果
6.2.1.蜘蛛網
圖十：甜甜圈中的四個小黑點是蜘蛛的立足點，灰色的軸上的黑圓是蜘蛛頭朝向的方向，左邊是合法的站位，右邊是不合法的，因為在四個象限的站立點有兩個象限是空的。在相同的(X,Y)座標位置會得到相同的立足點，但是會因為蜘蛛的朝向角度的不同，可能會產生合
法或不合法的組態。圖十一：在3D環境中的蜘蛛
圖十二：立體蜘蛛器人與蜘蛛網
之前提過，蜘蛛網的組成是由外框、輻射線、螺旋線所組成的；在使用者定義好外框之後，就可以利用我們的系統藉由調整參數來獲得不同的蜘蛛網。所以我們系統會面臨到最大的變數是使用者定義的外框，但是只要是凸多邊形的外框，系統必須將其視為合法定義的外框，依據定義的規則做出蜘蛛網其餘的部分。就算是相同的參數設定也會產生不同的結果，這是因為有為了模擬真實性而加入的亂數參數影響的關係(請見第四單元)。在這個單元中，我們會針對系統適應外框的多變性、相同外框面對不同的參數值和相同外框面對相同的參數值這三種情況進行實驗和評估。
圖十三將這三種狀況呈現出來；最上一排的三張圖分別用不同的外框配合相同的參數產生出的結果。本系統只要是凸多邊形的外框就可以視為合法的外框，不但具有適應性也有依照結網規則做出符合定義的蜘蛛網。中間一排三張圖代表用相同外框不同參數產生的網子，在螺旋絲之間的寬度和輻射線的數量上都有明顯不同的設定。
6.2.2.蜘蛛步行
蜘蛛規劃出的路徑會因為環境的改變而有不同的結果。如圖十四，左圖是完整的蜘蛛網，由於可以踩的踏腳點有很多且分布平均，所以蜘蛛前進的方向幾乎是以直線到達獵物所在地。右圖的蜘蛛網是經過使用者剪裁過的，可以讓蜘蛛踩的踏腳點也會因此減少，導致蜘蛛必須搜尋其他要繞過這個障礙的路徑到達終點。從這個例子可以了解系統可以適應地形的改變，產生到終點的路徑。
7.結論與未來發展
這篇研究的獨特性在於模擬蜘蛛在蜘蛛網上的行走規劃及使蜘蛛和蜘蛛網與使用者之間可以有互動性。蜘蛛網的構造及設定上都是經由我們從自然界的觀察並歸納出的結果。之後我們利用目前做的結果作為基礎，發展更進一步的模擬。例如在蜘蛛網的方面，增加修補網子的功能，改變蜘蛛在蜘蛛網上的立足點，使搜尋路徑的變化程度增高。在互動性的部分，我們將來預計讓使用者可以動態的改變蜘蛛要到達的目的地，也就是可以隨時在蜘蛛正在朝目標移動的時候即時改變終點的位置。未來希望能更簡化參數值的設定，讓使用者直接設定蜘蛛的大小和腿長這兩個參數就可以得到相對的蜘蛛網，也就是利用更高階的參數設定取代目前直接影響網子的低層參數，達到更直覺方便使用者的參數設定。
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圖十三：程式產生的蜘蛛網範例。最上排的表示系統可以適應不同的外框，產生出結果。中間一排是相同外框加上不同參數產生的結果。最下方的是相同外框與相同參數可以產生不同的結果。圖十四：粗線為蜘蛛規劃出來的路徑。我們把右邊的蜘蛛網部分的螺旋絲刪除，改變蜘蛛行走的環境，蜘蛛規劃的路徑也會因此改變。
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数虎图像提供虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决 方案 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。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！ 下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。【虚拟现实实验室系统组成】： 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。 数虎图像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实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成：
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： ·高性能图像生成及处理系统 ·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，
VR虚拟训练仿真系统
目录 一概述 (3) 1.1 项目背景及目标 (3) 1.2 系统优点 (3) 二系统功能 (4) 2.1 地形选择 (4) 2.2 沉浸式畅游 (4) 2.3 模拟射击 (4) 2.4 参数分析 (4) 2.5 模拟对抗训练 (4) 三系统组成 (4) 3.1 系统组成框图 (5) 四系统模块设计 (5) 4.1 地形编辑 (5) 4.2 模型设计 (6) 4.3 数据分析 (6) 4.4 对抗训练 (7) 4.5 沉浸式畅游 (7)
一概述 1.1 项目背景及目标 VR虚拟训练仿真系统是以VR虚拟技术与真实枪械模型相结合所开发出来的虚拟仿真系统。 采用VR技术模拟出逼真多维的环境，通过立体头盔、数据服和数据手套或三维鼠标操作传感装置，做出或选择相应的战术动作。通过不同的处置方案，体验不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高战术水平、快速反应能力和心理承受力，培养作战技能。包含枪械射击、对抗训练等项目。 1.2 系统优点 （1）VR虚拟训练仿真系统优点，分别是：不受环境影响、性价比高、观赏性强、仿真度高。 不受环境影响：无需亲临现场就可以起到真实的操作过程，不受条件的约束。 性价比高：实际的实验造价高，成本高，运用VR技术可以大大的较少成本，让您以最低的成本完成实验的真实效果。 开放性好：提供各类武器、装备的高精度复原、特性展示、虚拟拆装训练等功能。 观赏性强：VR虚拟训练仿真系统有专门的的武器展间，会罗列出不同型号的枪械。 仿真度高：整个系统是采用真实的物理模型，结合三维设计模型，制作复杂的作战地形、雨雪天气等各种可能对战局产生影响的场景或事件，实现真实对抗，为对抗训练起到一个有力指导。 （2）虚拟现实技术具有3大特征，分别是沉浸感、交互性、想象性：沉浸性：是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉； 交互性：在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量； 想象性：虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说，虚拟现实可以启发人的创造性思维。
第一章系统概述 1.1 系统介绍 “虚拟现实VR系统开发软件”是基于客户／服务器模式,其中服务器提供VR文件及支持资源客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VR 浏览器交互式访问该文件描述的虚拟境界。因为浏览器是本地平台提供的，从而实现了和硬件平台的无关性。VR象HTML一样，是一种ASCII码描述语言，它是一套告诉浏览器如何创建一个三维世界并在其中航行的指令，这些指令由再现器解释执行，再现器是一个内置于浏览器中或外部的程序。由于VR是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，复杂的3D术语转换为动态虚拟世界是高速的硬件和浏览器，又由于其交互性强和跨平台性，使虚拟现实在Internet上有着广泛的应用，例如远程教育、商业宣传等等。 为此本公司研发出“基于VR的虚拟模型软件”,从用户的角度来说，基本上是HTML加上第三维，但从开发者角度来说， VR环境的产生提供了一套完全的新标准，新过程以及新的Web 技术。交叉平台和浏览器的兼容性是首先要解决的问题。设计之前，必须明确指定目标平台（PC、 Mac、SGI的新O2等等）， CPU 速度、可以运行的带宽以及最适合使用的VR浏览器。 1.2系统功能概述 1.建模 “虚拟现实VR系统开发软件”的建造概念和其他工程建模概念相似，必须解决交流的问题，画出草图并研究材质的处理，生成模型、空间、化身，但必须考虑一些技术的限制，如，考虑到目标平台，决定在VR文件中放入多少多边图形；预先考虑到虚拟现实VR系统开发软件执行的动作，把相应的目标归类，用于设定三维物体之间的相互联系，建模与动画相互配合，如果归类正确合适，就会缩小生成动画效果之后文件的体积。虚拟现实的设计中必须考虑加入重力和碰撞的效果，以使虚拟现实的场景和生活中的相似。
（VR虚拟现实）虚拟仿真实训系统解决方案
大娱号 虚拟仿真实训系统解决方案VSTATIONHD（V1.0）
前言 近年来,由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡,虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用,成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成,构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。目前,高职院校很多专业,如外语教学、旅游专业、数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真实训教学，已经逐渐成为高职院校教学变革的一种有效手段。
目录 前言2 一、总体需求分析4 1．1 “情景”的定义：4 1．2 为什么要在教学中使用“虚拟仿真实训系统”？5 1．3 根据教学建设，用户需求归纳如下：6 二、设计原则7 三、大娱号虚拟仿真实训系统概述8 四、大娱号虚拟仿真实训系统系统运行原理示意图：10 五、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点11 六、与教材同步完备的虚拟场景库16 七、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点18 八、大娱号虚拟仿真实训系统配置与指标19 九、系统技术支持及服务21
一、总体需求分析 通过运用学语言，已经为越来越多的教师认同。学习者必须通过“用语言”才能真正掌握语言。 让学生置身于真实的交际情景中，让学生使用语言进行交际。而真正的交际应该是互动的。当一方发出信息后，另一方根据上下文进行意义协商，作出反馈，他可以表示支持、进行反驳或提出疑问，然后接受方对反馈意见再进行意义协商，作出回应，双方如此反复交流，形成互动。互动是“交际的核心”。 语言课堂就是一个充满“交流和互动”的场所。在课堂教学中，这种互动不仅包括师生互动和生生之间互动，还应该包括教材，因为课堂上的师生互动和生生互动都是基于一定教材展开的。“大娱号”虚拟仿真实训系统能够在教材与师生之间搭起一座互动教学的桥梁。 使用“虚拟仿真实训系统”在互动教学的设计和组织上突出情景性、实训性和互动性，力求三者有机结合。 1．1“情景”的定义： 情景指的是具体场合的情形或景象。在教学过程中引入或创设生动具体的场景，有利于学生进行意义建构使其产生交际的动机。“大娱号”虚拟仿真实训系统所提供的虚拟场景可以提供直观生动的形象，通过大屏或投影再现学生在虚拟场景中的表演，可以让学生通过视觉和听觉去感受场景，产生想象和联想，激发学生的学习兴趣。参与表演的学生可以身临其境的学语言，使用虚拟仿真实训系统教学,学生觉得有话可说，有戏可演，可以
2017年军事仿真虚拟现实 VR系统制作 解决方案
一．项目概述 军事虚拟仿真是从武器装备仿真发展起来的一个研究领域，泛指与军事有关的所有仿真技术、仿真系统或仿真方法。由于它来源于系统仿真领域，所以它只能是系统仿真中的一个应用领域，与工业仿真、能源仿真等相对应。军事仿真可以说是工业界的一个概念，更多地从技术角度强调武器装备的仿真与应用，但近年来也逐步增加了作战仿真的内容。而战争模拟则是军方的概念，更多地从战争、作战的角度进行研究，尽管两者研究的方法和范围有很多相近之处。 国外军事仿真以美国最为先进,回顾近二十几年来美国军事仿真大事记,从其国会立法中明白了美国为什么把仿真放在战略位置而倍加重视。根本原因就在于仿真的经济有效性和能够带给高技术工作机会。军费开支总是有限的,基于仿真的采办就能更快、更好、更省地实现武器系统采办。联想到我国军事仿真的发展情况,形势喜人,但要再接再厉,抓住现代军事仿真的主题,发展我国军事仿真技术,让我国军事仿真在科学发展观指导下持续发展,在数字化、科
学化、智能化、虚拟化、网络化、集成化和协同化的方向上大踏步 地前进! 虚拟现实技术是近年来计算机领域研究的一个热点，因此世界各先进国家纷纷投入巨资对其基础技术与应用技术加以研究。而目前铁路系统正在进行的传统模式向高新技术的更新过程，其特点就是高速、高效和安全，显然虚拟现实技术是可以加以利用的技术之一。本文就虚拟现实技术的若干同题作一些基本的探讨。虚拟现实(Virtual Reality)是建立在自动控制技术、计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感器技术及人工智能技术基础之上，本质上是一种在系统仿真技术的基础之上发展起来的高级接口技术，但是它与仿真技术有明显的区别。虚拟现实的目的是为人与实际环境之间接的交互提供一种自然的、方便的界面，即所谓的虚拟环境。虚拟环境可以给人一种进入真实环境的效果，人可以与虚拟环境交互，通过改变虚拟环境，进而实现改变实际环境的目的。虚拟现实最低应有以下的特点：
虚拟仿真虚拟现实实验室解决方案
数虎图像提供虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解 决方案 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，它除了能够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。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！ 下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。 【虚拟现实实验室系统组成】： 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。 数虎图像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实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成：
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，一般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，与她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： ·高性能图像生成及处理系统 ·具有沉浸感的虚拟三维显示系统 在虚拟现实应用系统中，一般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
中国航天科工集团第六研究院协同式虚拟现实仿真验证平台方案 北京朗迪锋科技有限公司 2016年4月
目录 1.序言 (3) 2.用户需求分析 (3) 3.协同式虚拟现实仿真验证平台总体解决方案 (4) 3.1.协同式虚拟现实仿真验证平台解决方案 (5) 3.1.1.显示系统设计思路 (5) 3.2.图形工作站集群 (18) 3.3.交互系统 (19) 3.4.矩阵切换系统 (20) 3.5.中控系统 (21) 3.6.音响系统 (21) 3.7.协同式虚拟仿真验证平台软件 (22) 3.7.1.协同式虚拟仿真验证平台软件应用模式 (22) 第六：制作交互式电子手册 ....................................... 错误!未定义书签。 3.7.2.协同式虚拟仿真验证平台软件的特点 (24) 4.布局设计 (25) 5.项目实施计划 (26) 5.1.项目实施内容 (26) 5.2.项目整体实施周期 (26) 5.3.工期保证措施 (26) 5.4.项目管理与风险控制 (26) 6.工程进度 (26) 6.1.设备交付阶段及设备到货点验计划表 (26) 6.2.工程师人员调配安排计划表 (26) 7.装修建议及要求 (26) 7.1.环境条件要求 (26) 7.2.地面要求 (26) 7.3.照明要求 (26)
7.4.天花板及吊顶装修建议 (26) 7.5.布线基本原则 (26) 7.6.设备发热量和制冷要求 (26) 7.7.虚拟现实中心现场装修建议 (26) 7.8.现场出入要求 (26) 8.质量保证与售后服务 (26) 8.1.质量保证与保修 (27) 8.2.售后技术服务 (27) 8.3.技术培训 (27) 9.系统配置清单 (27)
图像提供虚拟仿真教学硬件设备搭建和容制作整体解决案 【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案。 图像根据虚拟现实技术的在含义和技术特征，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： ·高性能图像生成及处理系统
·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
宣传资料——医疗行业 德纳智谷秉着“让3D新技术服务于人与社会”的理念，创新性地融合医学、VRAR 技术、互联网，希望助力中国大健康策略，助力医工整合，促进前沿工程技术在解决医学相关问题中的转化。VRAR+医疗融合大趋势日渐加强，主要应用领域包括：临床医学VR培训、VR术前规划、AR术中导航、多人VR协作演练、急救仿真演练、康复VR辅助治疗、精神疾病VR治疗。 【VR/AR技术与医疗结合的趋势】 VR/AR技术3大特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagination）。3D仿真视觉图像可让使用者沉浸入虚拟世界中进行培训或治疗；3D人机交互技术，可让使用者通过交互硬件与计算机三维仿真图像进行人机交互演练。VR/AR技术，可打造沉浸式、高仿真、可交互的医学培训及患者治疗体验。 服务对象：①企业单位用户，医院单位、医学院及培训结构 ②培训个人用户：见习医生、医学生 ③医疗个人用户：患者
【产品介绍】 1.临床医学VR培训 解决方案：VR眼镜+ 数据手套+ 虚拟仿真技术 全国首创的手势识别交互模式下的临床医学培训：佩戴VR眼镜及数据手套后，进入虚拟手术室，通过手势识别操作手术工具，进行手术操作培训。高度仿真的临床教学体验，可迅速提高其动手操作技能，缩短培训周期，降低培训成本及犯错率。用前沿虚拟技术及交互硬件，打造专业、优质、高效的虚拟临床手术教学服务。 产品定位：标准化及流程化的微创手术-骨科、普通外科、泌尿外科、胸外科、介入手术、妇产科、耳鼻喉科、神经外科，涵盖八大科室。 德纳智谷科技与中山大学孙逸仙纪念医院合作的“椎间孔镜VR培训”项目，开发完成并在医院落地使用，将与中山大学孙逸仙纪念医院骨科联合成立“VR手术培训中心。
中国航天科工集团第六研究院 协同式虚拟现实仿真验证平台方案 北京朗迪锋科技有限公司 2016年4月 目录 1.序言........................................... 错误!未定义书签。 2.用户需求分析................................... 错误!未定义书签。 3.协同式虚拟现实仿真验证平台总体解决方案......... 错误!未定义书签。 .协同式虚拟现实仿真验证平台解决方案 ....... 错误!未定义书签。 显示系统设计思路...................... 错误!未定义书签。 .图形工作站集群 ........................... 错误!未定义书签。 .交互系统 ................................. 错误!未定义书签。 .矩阵切换系统 ............................. 错误!未定义书签。 .中控系统 ................................. 错误!未定义书签。 .音响系统 ................................. 错误!未定义书签。 .协同式虚拟仿真验证平台软件 ............... 错误!未定义书签。
协同式虚拟仿真验证平台软件应用模式.... 错误!未定义书签。 第六：制作交互式电子手册 ................... 错误!未定义书签。 协同式虚拟仿真验证平台软件的特点...... 错误!未定义书签。 4.布局设计....................................... 错误!未定义书签。 5.项目实施计划................................... 错误!未定义书签。 .项目实施内容 ............................. 错误!未定义书签。 .项目整体实施周期 ......................... 错误!未定义书签。 .工期保证措施 ............................. 错误!未定义书签。 .项目管理与风险控制 ....................... 错误!未定义书签。 6.工程进度....................................... 错误!未定义书签。 .设备交付阶段及设备到货点验计划表 ......... 错误!未定义书签。 .工程师人员调配安排计划表 ................. 错误!未定义书签。 7.装修建议及要求................................. 错误!未定义书签。 .环境条件要求 ............................. 错误!未定义书签。 .地面要求 ................................. 错误!未定义书签。 .照明要求 ................................. 错误!未定义书签。 .天花板及吊顶装修建议 ..................... 错误!未定义书签。 .布线基本原则 ............................. 错误!未定义书签。 .设备发热量和制冷要求 ..................... 错误!未定义书签。 .虚拟现实中心现场装修建议 ................. 错误!未定义书签。 .现场出入要求 ............................. 错误!未定义书签。 8.质量保证与售后服务............................. 错误!未定义书签。 .质量保证与保修 ........................... 错误!未定义书签。 .售后技术服务 ............................. 错误!未定义书签。 .技术培训 ................................. 错误!未定义书签。 9.系统配置清单................................... 错误!未定义书签。
2021年 最新版VR 虚拟 现实开发软件使用 解决方案 第一章系统概述 1.1 系统介绍 “虚拟现实VR系统开发软件”是基于客户/服务器模式，其中服务器提供VR文件及支持资源客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VR浏览器交互式访问该文件描述的虚拟境界。因为浏览器
是本地平台提供的，从而实现了和硬件平台的无关性。VR 象HTML一样，是一种ASCII码描述语言，它是一套告诉浏览器如何创建一个三维世界并在其中航行的指令，这些指令由再现器解释执行，再现器是一个内置于浏览器中或外部的程序。由于VR是一个三维造 型和渲染的图形描述性语言，复杂的3D术语转换为动态虚拟世界是高速的硬件和浏览器，又由于其交互性强和跨平台性，使虚拟现实在Internet 上有着广泛的应用，例如远程教育、商业宣传等等。 为此本公司研发出“基于VR的虚拟模型软件”，从用户的角度来说，基本上是HTML加上第三维，但从开发者角度来说，VR环境的产生提供了一套完全的新标准，新过程以及新的Web 技术。交叉平台和浏览器的兼容性是首先要解决的问题。设计之前，必须明确指定目标平台（PC Mac、SGI的新02等等），CPU速度、可以运行的带宽以及最适合使用的VR浏览器。 1.2 系统功能概述
1. 建模 “虚拟现实VR系统开发软件”的建造概念和其他工程建模概念相似，必须解决交流的问题，画出草图并研究材质的处理，生成模型、空间、化身，但必须考虑一些技术的限制，如，考虑到目标平台，决定在VR文件中放入多少多边图形；预先考虑到虚拟现实VR系统开发软件执行的动作，把相应的目标归类，用于设定三维物体之间的相互 联系，建模与动画相互配合，如果归类正确合适，就会缩小生成动画效果之后文件的体积。虚拟现实的设计中必须考虑加入重力和碰撞的效果，以使虚拟现实的场景和生活中的相似。 建模者需要生成代理几何模块（一系列的调用指令），其作用在于是浏览器在虚拟现实场景中只需监测一个很小的子目标，而无须计算虚拟场景中所有目标的重力和碰撞效果，最大限度的减少浏览器的工作量，并改善VR 的演示效果。VR 文件对自由曲面描述方式一直是基于polygon ，文件中描述了曲面上各个点在场景中的位置，故而文件中产生了大量的数字，致使文件体积庞大，NURBS是一种 在3D模型空间中，用曲线和曲面表示物体轮廓和形状的方法，简化了对
V r-p l a t f o r m三维互动仿真 平台简介 北京中视典数字科技有限公司 w w w.v r p l a t f o r m.c o m
VR-Platform 虚拟现实平台简介 VR-Platform三维互动仿真平台是一款由中视典数字科技独立开发的具有完全自主知识产权的三维虚拟现实平台软件。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，可广泛的应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业，他的出现将给正在发展的VR产业注入新的活力。 VR-Platform的目标是：低成本、高性能，让“虚拟现实”从高端走向低端，从神坛走向平民。让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维艺术的新乐趣。 1.1.VR-Platform 平台应用范围 简言之，只要是用到计算机三维图形的地方，就有VRP的用武之地，具体包括： z建筑行业：城市规划、地产演示、场馆展示... z室内设计：虚拟样板房、地板/瓷砖/涂料等建材虚拟... z产品设计：工业产品外形设计、机械零件设计仿真… z环艺设计：环境艺术设计仿真、虚拟雕塑… z工业：工控仿真、设备管理、虚拟装配... z文物保护：古迹复原、虚拟漫游... z交通行业：道路桥梁规划设计、城市交通仿真、铁道系统仿真... z游戏娱乐：三维PC游戏、模拟器游戏... z军事：电子沙盘，虚拟战场... z地理：气候、植被、水利模拟... z教育：立体几何教学、物理化学课件模拟... z视频行业：虚拟演播室...
1.2. 中视典VR-Platform 平台技术优势 ■ 国产VR 平台软件市场占有率第一 VRP 经过了长达三年的研发，是国内第一个成功上市的VR 平台软件，它的出现让VR 从高端走向低端，从神坛走向平民，制作高质量的仿真场景不再是邀不可及的事情。我们敢于让市场来检验我们的产品，通过市场的反馈，我们始终掌握第一手的信息，使我们的软件做得更好。通过三年多的市场积累，我们的客户已经遍及城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业，一举打破了该行业被国外平台软件所垄断的局面。 ■ 具有业内最高的实时渲染画质 光影是三维场景是否具有真实感的最重要因素，因此对于光影的处理是VRP 的核心技术之一。VRP 可以利用3dsMax 中各种全局光渲染器所生成的光照贴图，因而使得场景具有非常逼真的静态光影效果。支持的渲染器包括scanline , radiosity, lighttracer, finalrender, vray,mentalray 。VRP 在功能上给予美术人员以最大的支持，使其能够充分发挥自己的想象力，贯彻自己的设计意图，而没有过多的限 ■ 国产VR 平台软件市场占有率第一 ■ 具有业内最高的实时渲染画质 ■ 具有业内最大规模的场景组织和渲染能力 ■ 具有业内最大数量的多通道处理能力 ■ 支持各种VR 外部硬件设备 ■ 支持立体投影 ■ 支持实时机械装配模拟 ■ 支持实时方案切换 ■ 支持导航地图 ■ 支持建筑位置调整 ■ 支持自动漫游、手动漫游，用户可自定义漫游轨迹 ■ 支持骨骼动画、位移动画、变形动画 ■ 支持刚体动力学、物流仿真模拟 ■ 人性化，易操作，所见即所得 ■ 良好的交互特性 ■ 高效、高精度碰撞检测算法 ■ 支持各种生物特效 ■ 功能强大的实时材质编辑器 ■ 与3dsmax 的无缝集成 ■ 强大的界面编辑、独立运行功能 ■ 简单实用的热区和动作定义 ■ 强大的贴图格式批量转换和资源管理 ■ 数据库关联 ■ 行业应用专业模块 ■ 全景模块 ■ 网络模块 ■ 嵌入IE 和多媒体软件 ■ 支持各种工业造型软件 ■ 拥有大量的实际项目经验 ■ 拥有优秀的售后服务和质量保证体系 ■ 支持SDK 二次开发，具有良好的可扩展性能 ■ VR-Platform 功能一览