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Division Mockup在虚拟现实中的应用

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第33卷第11期应用科技Vol.33,№.11

2006年11月Applied　Science　and　TechnologyNov.2006

文章编号:1009-671X(2006)11-0019-04

DivisionMockup在虚拟现实中的应用张福勇,颜声远,李庆芬,刘　明(哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘　要:核电站的设备昂贵、复杂、运行环境存在放射性,在真实设备上进行维修培训代价高、风险大.Division

Mockup提供了基于虚拟现实技术的虚拟维修培训手段.文中阐述了光源、材质与纹理、碰撞检测、隐匿、成组、配音等关键技术的应用及技巧,开发了真实场景的虚拟培训软件,建立了核电站虚拟仿真培训系统.并通过三维影像、三维动画、设备虚拟维修声音几种反馈手段实现了培训系统的人机交互.

关键词:虚拟现实;仿真;培训中图分类号:TP391.9 文献标识码:A

TheapplicationofDivisionMockuptovirtualrealityZHANGFU2yong,YANSheng2Yuan,LIQing2fen,LIUMing(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Becausefacilitiesarecostlyandcomplexinthenuclearpowerplantwhichisinradioactivecircumstance,themaintenancetrainingonrealfacilitiesisexpensiveanddangerous.DivisionMockupcanbeusedforvirtualma2intenancetrainingbasedonvirtualrealitytechnology.Thispaperexpoundssomekeytechnologies,includinglights,materialsandtextures,detectionofcollision,hiding,grouping,dubbingetc.,anddevelopsvirtualtrainingsoftwarerealityscenes,andbuildsvirtualtrainingsimulationsystem.Theadoptionof3Dvideo,3Dcartoonandaudi2ocompleteshuman2computerinteraction.Keywords:virtualreality;simulation;training

收稿日期:2006-06-08.

作者简介:张福勇(1980-),男,硕士研究生,主要研究方向:机械设计及理论,E2mail:chicaodelang80@yahoo.com.cn.

虚拟现实技术[1](VR)是20世纪末兴起的一

门崭新的综合性信息技术,它是一种综合应用各种技术制造逼真的人工模拟环境,并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知系统行为的高级的人机交互技术.虚拟现实技术为产品开发提供了更高级的人机交互手段,基于VR的虚拟装配规划将VR技术提供的沉浸感、交互性等能力用于装配工艺规划[2].

虚拟仿真培训[3-4]系统通过虚拟技术手段,充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多种媒体表现形式,通过刺激学员的视觉、听觉神经,调动起学员的学习积极性和主动性,明显提高仿真培训效果,大大降低培训系统的硬件投资.1　虚拟仿真软件DivisionMockupDivisionMockup是可视化、实时交互及实时协同的仿真工具软件.它支持来自不同CAD系统的复杂3D模型,能够获取完整的产品数字模型并进行预装配,用户可以通过增加声音、行为和可视化属性如动画、运动约束和碰撞属性到3D模型上,模仿现实世界的简单行为、设备与操作人员之间的交互协同工作等;也可以建立和修改3D模型的材料、光源属性,使环境更加逼真.

文中通过一个实例具体介绍了基于Division

Mockup构建虚拟仿真培训系统的方法及几个关键技术.通过让学员在逼真的虚拟环境中进行操作、漫游,从而熟悉复杂的工作环境、熟练进行各种操作.

2　虚拟仿真培训系统由于核电厂放射性环境的存在,给设备的维修和维护带来不便,也不利于对维修人员进行实物培训,而且核设备昂贵、复杂,对维修操作人员技术水平和熟练程度要求高.现在各国核电厂的普遍做法是建立维修人员培训中心,开设相关课程,对人员进行实物模型培训.这种方法只适合于少量人员进行培训,而且费时、耗力.利用虚拟培训系统,可以实现多人同时受训,而且无风险,投资少.虚拟仿真培训系统的基本组成[5]包括:1)效果产生器完成人与虚拟环境交互的硬件接口装置;2)实景仿真器系统的核心部分,由计算机软件系统、软件开发工具等组成;3)应用系统面向具体问题的软件部分,描述仿真的具体内容;4)几何构造系统提供描述仿真对象的物理特性的信息.如图1所示是虚拟仿真培训系统的功能结构.图1　虚拟仿真培训系统结构虚拟仿真培训系统功能有以下几点:1)可以直观形象地了解核设备内部结构与复杂的工作环境.2)通过简单的鼠标点击或拖动,实现核设备的装配与拆卸,演练拆装过程,提高维修人员熟练度.3)可以减少由于维修方式设计方面的缺陷引起的回溯性修改,及早形成合理的维修规程.4)可用做受训人员进行业绩考核和上岗的标准.3　应用实例虚拟维修及采用虚拟现实技术对实际维修过程进行视景仿真,由于维修过程中涉及到仪器仪表的仿真,而培训系统的目的在于维修方式设计和辅助维修训练,其重点在于拆卸和安装的仿真,因此维修主要指拆卸和安装方面的视景仿真.虚拟维修技术流程如图2所示.

图2　虚拟维修流程为了验证几个关键技术的解决方案,基于Divi2sionMockup构建了虚拟仿真培训系统.该系统主要是为了培训设备维修人员而设计.本系统运行于UNIX系统上,采用3台Barco投影仪与一套投影弧形屏幕组成3通道无缝拼接投影系统,并与3个图形处理单元相匹配,实时图形显示处理3通道立体图形.

3.1　模型的建立仿真对象模型使用UGⅡ建立,通过Division

Mockup与CAD模型的接口rcpdit.exe导入.人体模型可以以库文件的方式导入虚拟场景中.模型在导入时,要进行适当的简化.主要从以下3个方面简化:色彩渲染、面的数量、层,并调整LOD的值,以保证不影响模型完整度的情况下,提高系统处理速度,

保证画面的流畅.

3.2　材质和贴图技术的运用材质和贴图技术的合理运用,可以使整个虚拟环境更加逼真,也可以极大地减小模型的复杂度.材质由颜色和纹理组成,当材质导入DivisionMockup

・02・应 用 科 技 第33卷后,保留着原有CAD文件的颜色,可以根据需要为模型更改颜色.贴图[6]是材质设定中最复杂的一环,包括2个方面:一是纹理图的获取;二是为物体设定贴图坐标.纹理可以从DivisionMockup自带的纹理库中获取,也可以自己制作.在建模时,为了更有效提高整个系统运行效率,某些不是很必要的细节用贴图技术代替,即采用基于图像的建模及绘制技术.例如大墙上的紧固螺丝和一些组件,如果全部采用实体模型导入系统,会降低系统运行效率.这些螺丝并不影响拆卸工作,但是如果没有又会降低虚拟环境的沉浸感,这时就可以通过第3方软件绘制大墙上的螺丝与组件,然后将贴图贴在大墙上.天空中飘动的云是在一个覆盖整个场景的半圆形几何壳体内侧面贴上云的图片,然后给壳体加上一个旋转的行为,在视觉上就形成了飘动的云.反应堆中的燃料组件若是全部采用实体模型,由于三角形数非常大,在系统运行时会浪费大量的内存,甚至会造成死机.因此采用UG软件建一个长方体模型,分别在6个面贴上燃料组件的图片,这样既满足了系统优化运行的要求,又满足了视景仿真的需要.3.3　光源的合理运用Divisionmockup中提供5种光源,可以根据需要任意添加.在本例中厂房内部选用AmbientLight(背景光)和SpotLight(点光即灯泡),在厂房外部选用DirectionalLight(方向光即太阳光).但在实际操作中发现一个问题,一样材质的物体由于所在位置不同受光的强度影响也不同,这样就影响了景物的逼真性.因此要在材质中再次调节Specular(反射光)和emissive(放射光)来处理物体本身明暗度,使画面效果更加逼真.3.4　碰撞检测核反应堆的换料机构在添换燃料组件时,为了保证精确操作,在虚拟仿真培训系统中需要进行碰撞检测.碰撞检测常用的包围盒[7]有4种,沿坐标轴的包围盒(AABB)和球形包围盒虽能较好地满足简单性的要求,但紧密性较差,而带方向的包围盒(OBB)的紧密性虽好,可在计算上又相对复杂,固定方向凸包(FDH)继承了凸包紧密性好的优点,又具有AABB的简单性.它是通过固定向量集D={dl,d2,d3,…,dk}与点集X来构建包围盒.D6(X):D6={±(0,0,1),±(0,1,0),±(1,0,0)}.采用FDH包围盒算法.通过接触和相交2种碰撞方式来检测是否碰撞.当发生碰撞时,操作者并不能及时发现碰撞的发生.为了及时反映碰撞的发生,

本例中采用了变色、闪烁、发声3种方式来反映碰撞,从而实现了碰撞检测.首先给物体添加Collision

属性和Audio属性,赋予目标物体碰撞检测的功能和发声功能.接着在目标物体的行为里增加一个Collide事件,编辑此事件:添加颜色、闪烁、发声3个函数,作为发生碰撞时触发的行为.

本例在Audio属性中采用玻璃碎裂的声音作为碰撞时发出的声音,颜色采用红色,闪烁次数采用每秒闪一次.

3.5　隐匿技术维修人员一般不可能彻底了解核设备的结构与工作原理,而且在实际维修时,也不可能了解全部故障,只能根据经验和书本知识来判断.隐匿技术就是把遮挡维修人员视线的部分透明,让维修人员处分了解设备构造与故障发生部件.具体实现方法:首先利用DivisionMockup提供的材质库制作一种透明材质,然后为遮挡物体建立一段空动画,最后在空动画的某些关键帧处加上此材质,使维修人员可以清楚地观察所拆卸部件的内部结构,从而方便拆卸.维修过程结束后,在空动画的末尾再加上遮挡物体原来的材质,隐匿过程结束.如图3所示,动画条上第1个小加号表示透明材质,第2个小加号表示遮挡物体原来的材质.

图3　关键帧处加隐匿材质图3.6　成组技术有时需要使多个物体同时发生同样的行为,如变色、闪烁、隐匿、旋转等.传统做法是为每个目标物体建立空动画或在原有动画的关键帧处添加各种行为,然后调整行为发生时间,使这些行为同时发生.

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基于Unity的虚拟现实技术研究与应用

基于Unity的虚拟现实技术研究与应用

基于Unity的虚拟现实技术研究与应用虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种通过计算机技术模拟出的一种近乎真实的三维环境，使用户可以在其中进行沉浸式体验的技术。

而Unity作为一款跨平台的游戏开发引擎，也被广泛应用于虚拟现实技术的开发中。

本文将探讨基于Unity的虚拟现实技术研究与应用。

1. 虚拟现实技术概述虚拟现实技术是一种利用计算机生成的图像和声音等多种感官输入，模拟出一种虚拟的环境，使用户可以在其中进行沉浸式体验的技术。

通过佩戴VR头显等设备，用户可以感受到身临其境的感觉，与虚拟环境进行互动。

2. Unity引擎介绍Unity是一款由Unity Technologies开发的跨平台游戏引擎，最初是为独立开发者和小型工作室设计的，但如今已成为大型游戏开发工作室的首选引擎之一。

Unity支持2D和3D开发，并且可以发布到多个平台，包括PC、移动设备、主机等。

3. Unity在虚拟现实中的应用Unity作为一款强大的游戏引擎，在虚拟现实领域也有着广泛的应用。

通过Unity开发虚拟现实应用程序，可以快速构建虚拟场景、添加交互元素、优化性能等。

同时，Unity还提供了丰富的插件和资源库，方便开发者进行开发。

4. Unity在虚拟现实技术研究中的价值基于Unity进行虚拟现实技术研究具有重要的意义。

首先，Unity提供了强大的渲染引擎和物理引擎，可以帮助研究人员快速构建虚拟环境并进行仿真实验。

其次，Unity支持多平台发布，可以让研究成果更好地转化为实际应用。

此外，Unity还有着庞大的开发社区和资源支持，可以为研究人员提供更多帮助和灵感。

5. 虚拟现实技术在不同领域中的应用虚拟现实技术已经在各个领域得到了广泛应用。

在教育领域，虚拟现实可以帮助学生更好地理解抽象概念；在医疗领域，虚拟现实可以用于手术模拟和康复训练；在工业领域，虚拟现实可以用于设备维护和安全培训等。

基于Unity的虚拟现实技术正逐渐成为各个领域创新的重要推动力量。

虚拟现实技术在设计工作中的应用

虚拟现实技术在设计工作中的应用

虚拟现实技术在设计工作中的应用虚拟现实（VR）是近年来快速发展的新兴技术，其在娱乐、医疗、教育等领域的应用已经得到广泛关注。

作为一种新兴技术，虚拟现实技术已经深入到设计产业，成为设计师必备的工具之一。

虚拟现实技术在设计工作中的应用，可以帮助设计师更好地理解客户需求、提高设计质量和节约时间成本。

1. 虚拟现实在产品设计中的应用虚拟现实技术在产品设计中的应用非常广泛。

通过使用虚拟现实技术，设计师可以让客户体验到他们的产品在不同场景下的真实感觉，这可以极大地提高客户和设计师之间的沟通效率。

通过沉浸式的体验，客户可以更直观地了解产品的设计思路，并提供反馈。

这些反馈可以帮助设计师进一步完善设计，并快速调整方向。

此外，设计师可以利用虚拟现实技术在设计过程中进行模型设计，这可以加速设计过程，减少原始产品制作中的错误和调整时间，并在改进过程中提高设计方案。

例如，在汽车制造工业中，虚拟现实技术被广泛应用于模拟功能测试和安全性测试，以便更好地帮助设计师和工程师了解车辆的性能和改进方案。

2. 虚拟现实在室内设计中的应用虚拟现实技术在室内设计中的应用非常广泛。

设计师可以利用虚拟现实技术来模拟房间、厨房等场景，以便客户更直观地了解设计方案。

虚拟现实也可以帮助设计师模拟外观和内部布局，在设计过程中进行快速调整。

此外，虚拟现实技术还可以帮助设计师在室内空间中布置家具、灯具和其他装饰品，在选取中减少时间和错误，并在设计过程中提高效率和质量。

3. 虚拟现实在城市规划中的应用虚拟现实技术在城市规划中的应用也非常广泛。

城市规划可以涵盖建筑、交通、电力、水利、绿化等多个方面。

虚拟现实可以帮助规划部门和设计师更好地理解城市规划成果，帮助大众更好地理解规划方案，并获得反馈。

在规划和设计过程中，虚拟现实技术可以帮助设计师和规划师各种场景和情景，快速区分不同规划设计方式的优劣，进而精细化设计方案。

总体来看，虚拟现实技术在设计工作中的应用已经成为设计新的工具标准。

虚拟现实技术在建筑设计中的应用案例

虚拟现实技术在建筑设计中的应用案例

虚拟现实技术在建筑设计中的应用案例虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术作为一种新兴的信息技术，正在各个领域得到广泛的应用和发展。

在建筑设计领域，虚拟现实技术为设计师和客户提供了更直观、真实的体验，使得建筑设计更加精确、高效。

本文将介绍几个虚拟现实技术在建筑设计中的成功应用案例。

案例一：虚拟现实建筑漫游传统的建筑设计过程中，设计师通常采用平面图、模型等方式展示建筑设计方案。

而借助虚拟现实技术，设计师可以将建筑设计方案转化为虚拟场景，使用户能够使用虚拟现实设备沉浸于建筑空间中，实时感受建筑的大小、布局、材质等。

例如，在某个商业项目中，设计师利用虚拟现实技术模拟了商场内部的真实环境，用户可以通过虚拟现实眼镜进行虚拟购物漫游，感受到购物的乐趣，同时也可以了解到商场的布局和商品陈列方式，为商家提供更具针对性的设计建议。

案例二：虚拟现实可视化交互在建筑设计的过程中，设计师需要与客户进行沟通交流，并根据客户的需求不断调整设计方案。

传统的图纸和模型难以直观地满足客户的需求。

而虚拟现实技术可以为此提供更好的解决方案。

设计师可以将设计方案转化为虚拟模型，在虚拟现实环境中与客户进行交互，实时调整建筑的外观、内部布局、色彩等，使客户更清晰地看到设计效果，并及时提出改进意见。

例如，在某个住宅项目中，设计师利用虚拟现实技术展示了不同的内部装修方案，客户通过虚拟现实眼镜可以实时切换不同方案，最终确定出满足自己需求的设计。

案例三：虚拟现实施工模拟除了在设计阶段的应用，虚拟现实技术在施工过程中也有着广泛的应用。

传统的施工方案通常依赖于二维图纸和平面布置图，难以真实地模拟出施工全过程。

而虚拟现实技术可以将施工方案转化为三维模型，并结合动画和交互功能，使施工人员在虚拟现实环境中模拟并体验施工全过程。

这样一来，施工人员可以更准确地理解工程方案，预测潜在问题，并提前解决。

例如，某个大型建筑工程在施工前，利用虚拟现实技术模拟了施工过程中的危险点，施工人员可以在虚拟现实环境中体验到安全隐患，及时采取相应的措施，保证施工的安全与顺利进行。

三维多媒体技术在虚拟现实中的应用有哪些？

三维多媒体技术在虚拟现实中的应用有哪些？

三维多媒体技术在虚拟现实中的应用有哪些？一、三维建模与设计技术在虚拟现实中的应用在虚拟现实中，三维建模与设计技术被广泛应用于建筑、游戏、影视等领域。

利用三维建模技术，可以将现实世界中的物体、场景进行精确的数字化呈现。

在建筑设计中，通过三维建模技术可以实现建筑物的虚拟漫游，让设计者和客户可以用虚拟现实的方式亲身体验建筑设计方案。

在游戏开发中，三维建模技术可以创造出逼真的游戏场景和角色形象，提升游戏的沉浸感和真实感。

同时，三维建模技术还被广泛应用于影视特效制作中，通过数字化建模和渲染，可以创造出惊人的特效画面。

二、虚拟现实交互技术的应用虚拟现实交互技术是指人与虚拟世界之间的互动方式。

通过借助感应器、跟踪设备等技术，将人的动作、声音等信息输入虚拟系统，实现人与虚拟场景的实时互动。

在虚拟现实游戏中，玩家可以通过手柄、头盔等设备与游戏世界进行互动，创造出身临其境的游戏体验。

此外，虚拟现实交互技术还被应用于医学培训、军事仿真等领域，为学习者提供沉浸式的实训环境，提高学习效果和仿真训练的真实性。

三、虚拟现实在教育领域的应用虚拟现实在教育领域有着广泛的应用前景。

通过虚拟现实技术，学生可以身临其境地参观历史遗址、观看立体化的课程，提升学习兴趣和学习效果。

虚拟实验室的建立也能够更好地满足学生的实践需求，提高实验教学的安全性和实用性。

同时，虚拟现实技术还可以实现远程教育，让学生在不同地点、不同时间进行共享学习体验，打破传统教育的时空限制。

以上是三维多媒体技术在虚拟现实中的应用，不论是在建筑、游戏、影视、教育领域，三维多媒体技术都发挥着重要作用。

随着科技的不断发展，相信三维多媒体技术将能够在更多领域展示出更大的应用前景和创新。