虚拟现实软件研究_赵蔚

收稿日期：2011－07－06；修回日期：2011－10－21

基金项目：教育部人文社会科学研究项目

“面向个人终身学习的数字化学习服务模式研究”

（08JA880012）；吉林省科技发展计划项目“语义网环境下的自适应学习系统研究”（20070521）作者简介：赵

蔚（1963－），女，博士，教授，博士生导师，主要研究方

向为现代远程教育、网络与多媒体技术在教育中的应用、网络自适应学习系统和图像视频数据处理等；段红（1987－），女，新疆昌吉

人，硕士研究生，主要研究方向为虚拟现实。

虚拟现实软件研究

赵

蔚，段

红

（东北师范大学计算机科学与信息技术学院，吉林长春130117）

摘

要：随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对虚拟现实技术及其开发软件的需求日益旺盛。人们对虚拟

现实及其系统的研究日益重视。虚拟现实软件种类繁多，功能各异，这给虚拟现实系统开发者带来了困难。文中首先对国内外常用虚拟现实软件的功能和特点进行了分析，并对这些软件的优缺点进行了分析比较，旨在为进行虚拟现实系统软件开发的人员开发虚拟现实系统提供参考。其次，在此基础上，针对当今虚拟现实开发软件存在的缺点，指出了虚拟现实软件未来的发展方向。

关键词：虚拟现实；虚拟现实软件；Vega 中图分类号：TP391．9

文献标识码：A

文章编号：1673－629X （2012）02－0229－05

Research of Virtual Reality Software

ZHAO Wei ，DUAN Hong

（School of Computer Science and Information Technology ，Northeast Normal University ，

Changchun 130117，China ）

Abstract ：With the development of social productive forces and science and technology ，VR technology is growing demand in all kinds of fields．The research of virtual reality and VR software is of vital importance day by day．It analyzes the common function and features of virtual reality software ，and compares the advantages and disadvantages of the VR software in order to provide reference for the man de-veloping virtual reality systems．Based on this ，it discusses the future of virtual reality software development in the end．Key words ：virtual reality ；VR software ；Vega

0引言

虚拟现实技术（Virtual Reality ，VR ），又称灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。它集先进的信息融合技术、计算机应用技术、电子技术、虚拟仿真技术于一体，

是由计算机产生的给人以沉浸感的虚拟环境。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR 技术的需求日益旺盛。VR 技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。人们对虚拟现实及其软件的研究日益重视，许多学者对虚拟现实及其应用进行了研究

［1 3］

。

许多文献对虚拟现实及其开发软件进行了简略的分析，

文中系统分析了常用虚拟现实软件的功能和特点，并对这些软件优缺点进行了分析比较，旨在为进行虚拟现实开发的人员开发虚拟现实系统提供参考。在此基础上，指出了虚拟现实软件未来的发展方向。

1虚拟现实软件简介

在这一部分中，将对常见的虚拟现实软件的优缺

点以及应用领域进行介绍。1．1

VR－Platform （VRP ）—中国

VR－Platform 是由中视典数字科技独立研发的具有完全自主知识产权的一款三维虚拟现实开发软件，已成功应用于诸多领域，如桥梁设计、武器及军事仿真、企业培训、历史文物古迹复原、城市规划设计、工业模拟等。

该软件具有操作方便简单、功能齐全、应用领域广、所见即所得等优点，它的出现一举打破该领域被国外软件所垄断的局面，以其极高的性价比获得国内广大客户的喜爱，已经成为目前国内市场占有率最高的一款国产虚拟现实系统开发软件。

VR－Platform 的目标是：低成本、高性能，让VR 从高端走向低端，从神坛走向平民。VRP 案例可以参

第22卷第2期2012年2月

计算机技术与发展

COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT

Vol．22No．2Feb．2012

看：http：//www．vrplatform．com/gallery．asp。

1．2Quamtum3D OpenGVS

OpenGVS是Quantum3D公司的产品，用于场景图形的视景仿真的实时开发，易用性和重用性好，有良好的模块性、巨大的编程灵活性和可移植性。OpenGVS 现已成为世界上最强大的3D应用开发工具之一。目前，OpenGVS的最新版本为4．5，支持Windows和Linux等操作系统。OpenGVS包含了一组高层次的、面向对象的C++应用程序接口（API），它们直接架构于世界领先的三维图形引擎（OpenGL、Glide和Direct3D）上。

在虚拟现实系统的开发中，还有OpenGL、DI-RECT3D、WTK等图形开发工具。OpenGVS与Open-GL、DIRECT3D都是API接口函数，可用于开发3D计算机图形系统。它们的区别是：OpenGL和DIRECT3D 属于“底层”绘图原语；而OpenGVS是一种由组件构成的软件开发包（SDK），该组件由复杂的软件开发琐事组成，其功能是方便用户使用。用户开发仿真应用程序时可以直接调用该软件，也可以直接调用底层绘图软件包提供的函数，从而提高软件的执行效率。

1．3Virtools—法国

Virtools接近于微型游戏引擎，互动性强，目前被认为是功能最强的元老级虚拟现实制作软件。学习资料也比较多，是开发WEB3D游戏的首选。浏览插件10M左右的庞大体积是个瓶颈，但是随着国内宽带的增加，这方面的影响已经越来越显得微不足道了，它的应用将有无限前景。

目前全世界有超过270所大学使用Virtools，Vir-tools已经获得许多媒体技术学系学生的肯定和支持。公司主页：http：//www．virtools．com。

1．4Anark Studio

Anark公司始建于1994年，在提供高效3D产品和解决方案方面有着多年经验。Anark是目前公认的最容易上手的3D数字内容开发工具，十分适合应用在产品规划设计、在线教育训练与网络营销推广等领域。Anark具有高弹性、功能强大与简单易学的工作流程等三大特色，能有效整合2D图片、3D模型、动画影片、音效音乐、文字数据等内容，快速地创造出精彩绝伦的3D互动多媒体，能通过Anark灵活呈现新颖的创意。

Anark的产品特色是：

（1）高效能的3D引擎，Anark最先进的3D引擎能在各式计算机上流畅呈现出复杂的3D模型。

（2）可以互动性地显示高精密的CAD或DCC模型。

（3）不同于多数3D/VR软件受限于计算机等级的限制，Anark能在90%以上的计算机上流畅地显示3D实时图像。

（4）方便的组件组合功能，Anark Studio具有类似Flash的组件组合功能，可以将模型、动作与互动设计数据组合成一个单纯的组件，方便制作、编辑及管理。1．5Quest3D—荷兰

Quest3D是世界上效果最优秀、功能最强大的三维项目制作软件之一。通过程序控制，它可以应用在游戏研发、虚拟现实、影视动漫制作等众多领域。

根据不同的应用层面，新版Quest3D分为以下三个版本：

（1）Quest3D Creative是目前个人开发者所能够获得的最好的虚拟现实系统开发软件，友好的图形用户界面和强大的交互功能，使虚拟现实软件开发者能够轻松地创作出各种优秀的应用。

（2）Quest3D Power Edition是一款完美的三维实时系统开发套件。该软件界面友好且功能强大，能开发任何复杂的虚拟现实软件系统。

（3）Quest3D VR Edition具有与外部虚拟现实硬件的接口，从而使得开发者可以与外部硬件相连并且能对外部设备进行控制。

使用Quest3D，可以不花任何的功夫，建构出属于您自己的即时3D互动世界。在Quest3D里，所有的编辑器都是视觉化、图形化的，真正所见即所得，即时让您见到作品完成后执行的样子。过去需要几天才能完成的开发任务，现在只需几小时就能完成。公司主页：http：//www．quest3d．com。

1．6EON Studio—美国

EON Studio是一套适合工商业、学术界及军事单位使用的多用途3D/VR内容整合制作套件。该套件具有渲染逼真、操作简单、功能强大以及开发文件小等优点。另外可轻易结合Web，让企业、学校、研究单位可以整合设计、营销与教育训练资源。

使用EON Studio开发应用软件，步骤如下：

输入由3D绘图软件制作完成的3D对象，模型输入后，就可以通过EON程序接口或C++代码为其添加动作。

采用EON开发的系统可以通过封包或网络展示，还可以与支持微软ActiveX的软件进行互动（如Pow-erpoint、Word、Macormedia、Authorware、VB等）。

此外，EON Studio还含有一个重新设计的网站发布精灵，让使用者可将EON程序轻易发布到网站上。1．7TurnTool—丹麦

TurnTool是一款功能强大的网络插件程序。由丹麦TurnTool公司于2000年正式推出。历经11年的发展，目前的最新版本为TurnTool2011。这是TurnTool

032

·计算机技术与发展第22卷

发展史上最大一次版本更新，彻底改写了源代码。TurnTool有其自有的文件格式，扩展名为．TNT。

TurnTool由TurnToolBox和TurnToolViewer两部分组成。TurnToolBox可基于3DSMax3 9、ArchiCAD、Cinema4D、MicroStation等主流三维软件运行。

和目前所有的Web3D程序一样，TurnTool需要在客户端浏览器安装一个ActiveX插件来配合使用。TurnToolViewer是目前诸多Web3D技术中，客户端插件最小的一个，目前最新版的Viewer程序约为800kb。

目前TurnTool技术已经较为完善。其主要技术亮点为：

（1）压缩比高。TurnTool制作的文件一般不超过1．5M，较适应网络环境并不十分理想的用户。

（2）互动性强。TurnTool已支持大量的发散性功能。比如用户可以在最终的网络展示文件上自由调整展示物体的三维参数。简单的例子，用户可以在一个样板房案例中自主输入参数来构建户型或者修改层高。

（3）还原性好。最终输出的TurnTool文件可以100%真实地还原制作中的参数设置，不存在模型畸变和色差。

公司主页：http：//www．turntool．com。

1．8Delta3D

Delta3D是一款功能齐全的游戏与虚拟仿真引擎，该软件是由美国海军研究院（Naval Postgraduate School）开发的，并得到了美国军方巨大的支持与丰厚的投资。该软件已广泛应用于许多领域，如企业培训、教育技术、军事模拟训练、娱乐行业和科学计算可视化等。

Delta3D将一些著名的开源软件和OpenAL融为一体，并对其进行了标准化封装设计。Delta3D隐藏封装了这些底层模块，并把这些底层模块整合在一起，从而形成了一个高级API函数库，该函数库使用更加方便，使得软件开发者能够利用底层函数进行二次开发。

Delta3D的主要特性：Delta3D主要目标是提供一套简单可行的API函数库，构成可用于开发任何虚拟现实应用软件的基本要素。Delta3D不仅提供了底层模块，还提供了多种实用工具，如仿真、训练、游戏编辑器（STAGE），单机浏览模型工具，BSP编译器等。而且Delta3D提供了一套与引擎高度集成的庞大的仿真模块体系。

更重要的是，Delta3D是一个开放源码的引擎，研发开始于2002年4月，荟萃现有最先进的系列开源软件，并经过全世界所有Delta3D关注者的增补与完善，相对于购买一款价格很高又不开放源代码的引擎具有很大的优势，使用Delta3D用户可以任意修改代码并且定制所有用户想要的功能，这是不开放源码的商业引擎无法做到的。

1．9WTK/VTK/STK—可视化仿真驱动软件（1）WTK（World Tool Kit）。

WTK提供了一个完整的合成虚拟环境应用开发环境，它可以在异构的平台上运行，由1000多个高级语言函数组成。

（2）VTK（Visualization Tool Kit）。

VTK是一个包含C++类库和众多API接口层的软件系统，它开放源码可自由获得使用，不受任何商业软件的限制，全世界有很多研究和软件开发人员使用VTK来进行图像处理、计算机图形以及可视化研究。VTK是一个支撑环境，该环境可用于构造运行可视化应用程序，它是基于三维函数库OpenGL的采用面向对象软件开发方法发展起来的，它将用户在虚拟现实软件开发过程中经常遇到的细节屏蔽起来，并将一些常用的算法封装起来。

VTK官方网站：http：//www．vtk．org/。

（3）STK（Satellite Tool Kit）。

STK是一个在航空航天领域领先的卫星工具包和商品化分析软件，该软件是由美国Analytical Graphics 公司开发的。该软件能高效地对复杂的海、陆、空、天任务进行分析，分析结果由文本和图表两种形式提供，简单且易于理解，从而有利于最佳解决方案的确定。STK支持对航天任务开发的全过程，包括概念设计、需求分析、结构设计、整体制造、分析测试、发射及其发射后的维护。

1．10Presagis Software

Presagis公司是世界顶级的虚拟现实建模与仿真软件开发公司之一。其产品主要有：

Creator建模工具（最新版本4．2）；

Vega（最后版本3．7．1）；

Vega Prime（最新版本4．1—2010年10月）；

Terra Vista TM地形建模；

STAGE TM战场仿真等。

很多学者对Vega系列软件的应用进行了研究［4 7］，文中以Vega为例来对Multigen软件系列进行简单介绍［8］。

Vega的原意是织女星。Paradigm Simulation Inc．在SGI Performer软件的基础上开发出了一套完整的可用于实时模拟仿真的引擎，随后发布了Vega的首个商业化版本。

Multigen公司与Paradigm公司于1998年9月合并，组成了现在的Multigen－Paradigm公司，其中，Multi-gen公司开发了许多优秀的实时三维模型开发工具，

132

第2期赵蔚等：虚拟现实软件研究

如Creator系列软件。合并后的Multigen－Paradigm公司依靠其先进的虚拟现实软件开发技术，不久就发展为全世界在视景仿真及其他虚拟现实相关领域最成功的虚拟现实开发软件提供商之一。Multigen－Paradigm 公司的旗舰产品—Vega，也成为可视化模拟仿真领域世界级软件开发环境。如今，Multigen－Paradigm是Presagis的子公司。

Multigen－Paradigm公司于2002年发布了Vega最后版本3．7．0，之后Presagis公司停止了对Vega的升级支持。2003年，Multigen－Paradigm公司发布了Vega 的升级产品Vega Prime。Vega由LynX图形界面和Vega API接口函数构成。

LynX是一个友好的图形式用户界面，它可用来设置和预览Vega应用程序。这些Vega程序可以是使用整个Vega软件包开发的一个基本Vega应用程序，也可以是开发者在Vega开发环境下建立的程序。LynX 图形界面是点击式的，使用者只需用鼠标即可驱动Vega运行环境中的对象以及对运行环境中的对象进行实时交互控制。LynX图形界面使得开发者能够不涉及源代码就可以方便地改变Vega应用程序的性能，如分配CPU资源、通道显示、特殊效果修改、设置系统、视点转换、变换多观察者、时间设置等。此外，LynX的开放性使软件开发者可以根据自己的个性应用需求开发其新的应用功能。

LynX图形界面的预览功能可使开发者实时地浏览修改后的效果。事实上，依靠Vega这个操作简单功能强大的可视化仿真工具可以使开发者轻松地完成复杂的实时三维仿真软件开发任务。

Vega使用LynX图形界面对Vega应用程序定义和预览。虽然在Vega中包括了开发一个Vega应用程序所需的所有API接口函数，但是仅靠LynX图形界面就可以实现简单的Vega应用程序的开发，LynX图形界面使得用户在不用写源代码的前提下即可开发一个Vega应用程序。在很多情况下，同时使用LynX图形界面和Vega API函数，对于一个Vega仿真应用程序的开发会更方便。

编写实时仿真应用源代码是一项极为繁琐和枯燥的复杂任务，但是LynX图形界面可以减少Vega开发者大量的工作精力并能实现用户的理想效果。

Vega主要用于虚拟现实、实时可视化仿真和普通的视觉模拟应用等领域。

除了常用可选模块外，Multigen－Paradigm公司还提供了和Vega紧密结合的特殊应用模块，包括海浪模拟模块、红外传感器模拟模块、引航导向光源模拟模块、面板仪表模拟模块、分布式交互仿真模块等。这些附加模块可以使Vega很容易满足诸如航空、航海、意外事故、红外线雷达效果、高级照明系统以及人物动作等多种特殊模拟的要求。

现在，Vega已经成功应用于建筑设计漫游、城市规划仿真、飞行仿真、海洋仿真、传感器仿真、地面战争模拟、车辆驾驶仿真、虚拟训练模拟、三维游戏开发等方面，并不断向新的领域扩展。

1．11其他虚拟现实软件

1）UNITY3D—丹麦。

2009世界最佳游戏开发公司前5名颁布，Unity名列其中。

2）SGI OpenGL Performer。

OpenGL Performer是视景仿真业界著名开发商SGI公司推出的一个软件开发包［9］。该开发包具有很强的扩展性，主要用来开发实时的3D计算机图形应用程序，为3D应用程序开发者提供了一个基于工具包的简单且灵活方便的解决方案。OpenGL Performer 在许多方面都表现出了卓越的性能，如3D图形运行、三维实时可视化、固定帧频率显示等。由于OpenGL Performer较强的集成性，并且提供了一系列优化方案（包括快速渲染以及高效的程序数据库优化等），使其大幅度降低了3D图形应用程序的开发量。目前，OpenGL Performer广泛应用于以下领域：计算机辅助设计、教育、工业设计、企业培训、视景仿真、虚拟现实等［10］。

3）OpenSceneGraph（OSG）。

OpenSceneGraph是一款高性能的3D计算机图形开发库。广泛应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、高端技术研发以及建模等领域。使用标准的C++和OpenGL编写而成，可以运行在Windows系列、OSX、GNU/Linux、IRIX、Solaris、HP－UX、AIX以及FreeBSD 等操作系统上。OpenSceneGraph从2003年开始，在中国得到了广泛的应用与发展。

上面对比较常见的虚拟现实软件进行了介绍，此外，比较著名的虚拟现实软件还有CG2Vtree、Cult3D、GLUT（OpenGL Utility Toolkit）、Quamtum3D Mantis等。感兴趣的读者可以参阅有关文献。

2虚拟现实软件未来发展趋势

上一部分对常见的虚拟现实软件进行了介绍。在这一部分中，将对虚拟现实软件未来发展趋势进行阐述。

2．1硬件要求

随着科技的发展，社会对虚拟现实系统的需求将增多，而如今大多数虚拟现实软件都是基于SGI图形工作站的，在普通PC机上的很少。这一方面与软件本身的复杂性有关，软件本身需要很高的硬件条件，另

232

·计算机技术与发展第22卷

一方面与软件开发商有关。不过，现在有些软件厂商开始开发基于PC的虚拟现实软件，但这远远没有满足社会的需求。虚拟现实软件在今后的发展中，应注重在PC中的应用。

2．2网页兼容

未来的虚拟现实软件开发的系统，应该在任何安装浏览器的PC上方便打开。虽然有些虚拟现实软件提供了类似的功能，但一般往往以插件的形式给出，效果差强人意。

2．3简单易用的图形界面

许多软件，如IRIS Performer并未提供图形化界面，这使得软件的使用门槛很高，不利于非专业程序员使用。未来虚拟现实软件应该配有简单易用的图形界面供非专业程序员使用。这方面的杰出代表为Vega，Vega Prime等。

2．4可移植性

用一种虚拟现实软件开发的虚拟现实系统应该能经过简单打包后发布，在没有安装此软件的PC上打开。现在很多软件的可移植性不是很好。在理想状态下，一个虚拟现实软件系统应该能在任何系统、任何环境下打开。

2．5简单实用的碰撞检测

现在的许多虚拟现实软件，如Vega，Vega Prime 等，都提供了碰撞检测功能，但往往比较复杂，一般用户很难掌握。在将来的虚拟软件开发中，应该使虚拟现实软件用更简单的操作实现更多更复杂的碰撞检测。很多学者对碰撞检测进行了研究［11，12］。

3结束语

虚拟现实软件的好坏问题争论了很久，相信也会一直争论下去，软件的好坏本身就是相对的，因此使用者应该从自身的角度和所处的行业特点来选择适合自己的软件。但无论如何，随着虚拟现实软件的不断发展，将推动虚拟现实技术越来越快的发展。

参考文献：

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［3］Nasios K．Improving chemical plant safety training using virtu-al reality［D］．Nottingham，UK：University of Nottingham，

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［9］Shreiner D，Woo M，Neider J，et al．OpenGL编程指南［M］．第4版．邓郑祥，译．北京：人民邮电出版社，2005：43－47．［10］刘良，黄路，刘良，等．基于OpenGL Performer的视景优化研究［J］．计算机技术与发展，2007，17（8）：77－79．［11］周志永，韩勇，李文庆，等．虚拟海洋环境中碰撞检测的研究与实现［J］．计算机技术与发展，2011，21（4）：25－28．［12］Hubbard P M．Collision detection for interactive graphics ap-plications［J］．IEEE Trans on Visualization and Computer

Graphics，1995，1（3）：

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

218－230．

（上接第228页）

要在短时间内实现企业应急节点相联，还非常困难。目前可以在某局部重点地区实现单一应用，在此基础上，逐步推进实施。

参考文献：

［1］ITU．The internet of things［R］．Switzerland：ITU，2005．

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［4］于海斌，曾鹏．智能无线传感器网络［M］．北京：科学出版社，2006：28－207．

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［10］郭苑，张顺颐，孙雁飞．物联网关键技术及有待解决的问题研究［J］．计算机技术与发展，2010，20（11）：180－183．［11］黄海昆，邓佳佳．物联网网关技术与应用［J］．中国科技论坛，2010（4）：20－24．

332

第2期赵蔚等：虚拟现实软件研究

虚拟现实VR系统开发软件使用说明书V1.0

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。

虚拟现实技术在智能家居中的应用及关键技术研究

目录摘要.....................................................................................................................................I Abstract..................................................................................................................................II 目录..................................................................................................................................III 第一章绪论.. (1) §1.1课题研究背景及意义 (1) §1.2课题研究领域的国内外研究现状 (1) §1.2.1国外研究现状 (1) §1.2.2国内研究现状 (2) §1.3论文组织结构 (3) 第二章系统相关理论与设计方案 (4) §2.1引言 (4) §2.2系统相关理论 (4) §2.2.1虚拟现实技术的特性、组成及分类 (4) §2.2.2虚拟现实系统中的物体空间坐标 (6) §2.2.3虚拟现实建模技术与建模工具 (6) §2.2.4虚拟现实中碰撞检测技术 (7) §2.2.53D视觉原理 (8) §2.2.6增强虚拟现实开发工具 (9) §2.2.7虚拟现实软件开发工具 (9) §2.3系统设计方案 (10) §2.3.1系统设计原则 (10) §2.3.2系统功能要求 (11) §2.3.3设备性能要求 (11) §2.3.4系统整体设计 (11) §2.3.5系统网络络结构设计 (12) §2.3.6系统子模块设计 (13) §2.3.7系统开发工具 (14) §2.4本章小结 (15) 第三章系统关键技术研究 (16) §3.1引言 (16) §3.2三维建模技术 (16) §3.3基于视觉的手势识别技术研究 (18) III

三维可视化智能物联网管理平台设计

三维可视化智能物联网管理平台技术方案二〇一二年八月

目录一、概述 (3) 1.1项目背景 (3) 1.2建设系统的意义 (4) 1.3设计依据和参考资料 (5) 二、系统特点 (5) 三、设计原则 (6) 3.1可靠性 (6) 3.2先进性与合理性 (6) 3.3开发性 (6) 3.4可扩展性 (6) 四、系统总体构架 (6) 4.1系统整体框图 (6) 4.2系统研究内容 (7) 五、系统组成 (8) 5.1软件组成 (8) 5.2 硬件组成 (9) 5.3 软件功能 (10) 5.4 开发环境 (14) 5.5 系统报价 (14)

一、概述 1.1项目背景物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。有业内专家认为物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、加拿大、欧盟、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网，并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。我国把发展物联网已经提到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到一定阶段的升级需要，同时也是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》发布，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进，其中物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，更是在近一年里受到政府、企业和科研机构的大力支持。当前，世界各国的物联网基本都处于技术研究与试验阶段，物联网相关技术研究还处于起步发展阶段，在物联网基础研究和技术开发等方面还面临许多挑战。物联网涉及到的关键技术领域很多，包括RFID识别技术、泛在传感技术与纳米嵌入技术、IPV6地址技术以及等。从软件的角度来看，物联网软件技术研究方面也是处于起步阶段，尤其是基础软件的研究均处于探索阶段。面对物联网所带来的大数据量、数据时效性高、安全与隐私性要求高等挑战，人们也在不断地探索亲的解决办法。在物联网系统中，由于传感器节点及采样数据的异构性，基础软件显得尤为重要。物联网基础软件不仅屏蔽了各类传感器硬件及数据的差异，实现了物联网节点及数据的统一处理，而且实现了海量物联网节点之间的协同工作，从而大大简化了物联网应用程序的开发。我们以动态位置感知类应用为例，相关的传感器可以包括GPS传感器、RFID传感器、手机定

浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用

浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用东北师范大学计算机学院 2014级教育技术系王鹏 2014012016【摘要】本文旨在简要介绍虚拟现实技术（含增强现实等分支技术）的定义及其发展现状，通过理论陈述、历史发展及部分实例进行分析，着手于软硬件两方面，结合其他领域中已有的优秀实例，对虚拟现实技术在教育领域的应用提出部分建议。【关键词】虚拟现实增强现实三维技术教育软件开发现代社会的电子信息技术自从计算机诞生以来就得到了飞速发展，人们不满足于二维平面等级的人机交互界面，开发了一系列帮助人们进行多元化人机交互的辅助工具。输入设备从最传统的键盘、鼠标，发展到今天的触摸板、眼球测位仪、语音识别，输出设备也从简单的显示屏、扬声器发展出各种形态。在硬件设备进化的同时，人机交互的“内容”即软件与信息层面也发生着急速变化。从最初的二进制数字到后来的命令提示符字符串，再到后来的桌面化操作系统及多媒体声像，时至今日人们已经掌握了足够顶层的技术以使用计算机来模拟日常所见的真实场景，而这种技术的代表作之一、同样也是未来信息技术领域最有发展前景的技术之一，就是虚拟现实技术。一虚拟现实综述虚拟现实（Virtual Reality，后文或简称VR）的定义目前为止依然众说纷纭，笔者较为认可的定义如下：一种可供创建并体验高度拟真的虚拟世界的计算机仿真系统。用来实现VR系统的技术被称为VR技术。何谓高度仿真呢？目前为止在技术层面能达到的、符合人们日常生活中实际体验的标准包括如下几个方面： 1 真实性真实性是VR技术的主要目标。VR旨在用计算机构建真实世界以让用户获得拟真体验，生成的虚拟物件一般要高度仿照真实世界的尺寸、材质等，能够做到静物的“以假乱真”，相应的运动规律也要按照真实世界设置参数，如重力加速度或化学反应速率等，使得它们在变化时看起来仍不失真。 2 交互性一般来说，交互性是指用户对虚拟世界中物体的可操作程度，和从自然环境中得到信息反馈的程度。计算机系统中生成的虚拟世界不可能仅接受工作人员输入的基本建模参数，也应当接受来自用户的实时输入信息，并给出相应的反馈。例如，用户可以通过特殊的控制器（如摇杆、特制键盘）、体感装置（如传感服、眼球测位仪）以及语音等向系统发送指令，相应地也就要求系统为用户提供多元化的输入接口，输入模式也应当尽可能贴近人类的自然活动。 3 沉浸性沉浸性是指，用户在体验虚拟世界的时候，不光要体验到场景及运动规律的真实感，也应当同时意识到自己能够沉浸到虚拟世界中，而非一个世界之外的控制者、操作者。理想的VR系统应当以用户为第一视角构建，并能让用户产生真假难辨的感觉。

毕业论文：浅谈虚拟现实技术

论文虚拟现实技术

浅谈虚拟现实技术摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域，涉及的关键技术，最新研究进展，应用与前景展望。关键词虚拟现实技术，研究现状，相关应用，信息安全一．虚拟现实的概念、特征及应用领域虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感器等。（虚拟现实技术穿戴的装备）

GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性(interactivity) 、沉浸感(Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能，由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。所以，“3I＋M”就是虚拟现实系统的基本特征。自1968年Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的论文至今，虚拟现实技术已经伴随着计算机技术的进步得到长足的发展。如今，众多的设备可被用于虚拟现实，包括头戴式显示器、数据手套、动作捕捉系统等[1]。虚拟现实技术已经在诸如建筑设计、军事仿真、虚拟制造、游戏娱乐、医学等领域得到广泛的应用。在教育、心理学、环保、文化艺术领域，虚拟现实技术也得到越来越多的关注[2]。二．虚拟现实涉及的关键技术[3] 虚拟现实的关键技术主要包括：动态环境建模技术，实时三维图形生成技术，立体显示和传感器技术，应用系统开发工具，系统集成技术，实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，触觉、力觉反馈技术，立体声、语音输入输出技术。动态环境建模技术：虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。实时三维图形生成技术：三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为了达到实时的目的，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。

虚拟仿真(虚拟现实)实验室解决方案设计

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虚拟现实技术在教育领域的前景展望

VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望 VR虚拟现实技术能迅速火起来，是基于它突破了人们对三维空间在时间与地域上的感知限制，以及市场需求愿景的升级。此技术可广泛地应用到城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域，可提供切实可行的解决方案，从而降低成本与风险。作者蒋燕玲则看好VR虚拟现实技术在教育培训领域里的应用。众所周知，教育行业从最早单一枯燥的说教与图文教学，随后融入了视听媒体，

再到后来计算机在教育中的普及应用后复合媒体的发展，但都未能突破二维图像的界限。什么是VR虚拟现实技术？这是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。简单地说，是以VR虚拟计算机技术为主，利用计算机一些特殊设备进行输入输出，来营造一个人体各感官都可感知如亲临其境的三维虚幻世界。戴上VR眼镜，就可以进入虚拟现实的空间里，想去哪儿分秒间抵达，虚拟与现实只在一镜之间，这仿若科幻电影中才有的高科技，随着VR虚拟现实技术的崛起悄然间这种愿景将改变着我们的生活方式。每一次教育的变革都是由科技推动的，试想如果VR+教育会产生怎样的反应呢？下面作者就从三类教育现状进行分析。 1.学校教育有没有发现，游戏对学生有着特别的吸引力，而印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示，相比而言，前者明显更能吸引学生的眼球与注意力，甚至长时间专注其中，而后者学习一会儿就渐显疲态，继而分心。因为前者生动形象不断变换的场景容易吸引学生尽情投入，比起单一的印在书本上枯燥的图文和空洞的说教，或是多媒体的展示中被要求被动观看强制性的学习，远远不如进入游戏角色与场景中游弋在虚拟的世界里，明显学生的专注力在虚拟情境中更持久。

智慧交通大数据可视化管理平台建设方案

智慧交通大数据可视化管理平台建设方案 “智慧交通大数据可视化与虚拟仿真突发事件应对管理决策服务平台”是一个针对交通管控单位的综合型辅助管理决策服务平台和三维仿真突发事件应对系统，系统以实际的交通设备和运输能力分布为基础，运用虚拟现实技术、3DGIS技术、大数据可视化技术，搭建包含市政道路、城际高速路、铁路线、外环线核心区、航空、隧道施工、公路桥梁、车辆在内的全部大城市交通数据可视化三维仿真管理体系，并在完成三维虚拟城市和大城市数据融合的基础上，使人、航空、车、路和交通设备之间的关联以可视化方法展现，为完成实时、精确、安全、环保节能、高效可靠的大交通出示可视化的三维仿真突发事件应对解决方法。交通大数据可视化紧急模拟仿真系统是运用虚拟现实技术搭建的三维交通模拟仿真服务平台，将包含大城市生态资源、社会资源、基础设施建设、人口数量、经济发展等在内的多种数据以可视化的方式有机结合，完成多部门、多种类数据结合和数据共享，进而为多种可视化运用和交通突发事件应对出示高效率的一站式服务平台，包含：应急指挥、城管执法、信息安全、生态环境保护、智能化交通、基础设施建设等行业展开管理决策适用，从而完成大交通智慧式管控和运作。一、数据结合与数据共享系统可结合不同种类、不同文件格式和不同管控部门的数据，并以可视化的方式展开集

中或归类显示信息，工作部门能够即时多方位地操控大城市综合性趋势。包含：市政工程、公安、交通、电力工程、商业服务等多行业数据，如：不同资源的遍布数据、统计分析数据、监控摄像头收集界面等等。服务平台集成了自然地理空间数据系统、交通管控系统、突发事件应对系统，如：高速收费站、视频监控系统、交通数据信号操纵系统、交通流检验系统、交通数据采集系统、车辆导航定位系统等多种交通数据，并完成各业务流程系统数据的数据共享，能为交通应急指挥和管理决策出示综合型数据支撑。另外，系统支持融合各地道路、高速、路轨交通、港航、运输等制造行业部门现有系统资源，完成多部门数据的数据共享。二、三维空间自然环境可视化模拟仿真选用三维仿真技术搭建三维交通互联网，包含：航空、铁路、航运、长途大巴、高速路、道路、公路桥梁、隧道、地铁、轻轨、公交车、的士、停车场、轮渡、交通标识等多种交通系统设备，并能使人、车、路在特定的地区内以数据驱动器的方法展开动态性展现，进而搭建真实交通模拟仿真可视化自然环境，为完成绿色智慧交通和突发事件应对出示三维空间基础。

虚拟现实技术在教育中的应用

新兴媒体技术在教育领域中的应用 ——虚拟现实技术摘要: 随着信息产业的快速发展，信息技术的创新研究也越来越收到重视，而作为信息技术发展重要驱动力的虚拟现实技术，也随之成为人们关注的热点之一。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。本文简单介绍了虚拟现实技术的内涵、特征、类型以及在教育领域中的应用。关键词:虚拟现实技术、特征、形式、教育应用一、虚拟现实技术的内涵虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于使用者,使之产生身临其境的交互式视景的仿真。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学,是现代仿真技术的高级发展和突破,使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验,使人机交互更加自然、和谐。二、虚拟现实技术的特征虚拟现实技术三个最突出的特征是：交互性、沉浸感、构想性。 1.交互性。也称互动性，用户根据各种已有线索做出反应，虚拟现实系统根据用户的具体行动及时生成新的三维场景，然后将新的信息反馈给用户。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。 2.沉浸感。虚拟现实技术可以模拟出三维虚拟环境，理想的虚拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的虚拟环境中，充分利用各种感官去听、察、嗅、触，觉得自己是环境中的一部分，自然而然会产生一种沉浸于其中的强烈之感。 3.构想性。虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。三、虚拟现实技术的形式根据用户参与形式和沉浸的程度不同，可以把各种类型的虚拟现实技术划分为以下的四种类型： 1.桌面虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实等。 2.沉浸虚拟现实系统。高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其他设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其他手控输入设备、声音等使参与者产生一种身临其境、全心

虚拟现实技术考试题及答案

虚拟现实技术试题（一） 1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。 2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。 3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象) 4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备\多传感器组\力反馈装置 5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。 6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式\桌面式\增强式\分布式。 7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。三维位置跟踪器 8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备\数据手套\三维鼠标. 9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch)、转动角(yaw)和偏转角（roll）,我们称为6自由度（6DOF）。 10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器\电磁跟踪器\超声波跟踪器\惯性跟踪器\光学跟踪器。 11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。 12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。要实现立体的显示。现已有多种方法与手段进行实现。主要有互补色\偏振光\时分式\光栅式\真三维显示 . 12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。 13、HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统 14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站\投影设备\跟踪系统\声音系统。 13、三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模技术，分别是基于物体的几何信息来描述物体模型的建模方法、涉及到物体的物理属性，行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作原理。 14、在真实感实时绘制技术中，为了提高显示的逼真度，加强真实性，常利用的方法有纹理映射\反走样 \环境映射。 15、在基于几何图形的实时绘制技术实现过程中，目前有下面几种用来降低场景的复杂度，以提高三维场景的动态显示速度的方法:预测计算法、脱机计算法、3D剪切法、可见消隐法、细节层次模型法。其中细节层次模型法应用较为普遍。16、为了保证虚拟环境的真实性，常需要对虚拟物体进行碰撞检测，实现方法有多种，但其中的层次包围盒法方法是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法，它是解决碰撞检测问题复杂性的一种有效方法。实时绘制技术\场景简化\快速消隐\纹理化对象\限时绘制\ 17、VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构

2020年(VR虚拟现实)虚拟检测系统设计与开发

（VR虚拟现实）虚拟检测系统设计与开发

工业设备运行状态虚拟检测系统设计与开发一．实验目的 1．了解旋转机械检测系统的结构及组成，根据实际需要确定系统的方案。2．了解检测系统中各部分元器件的工作原理、特点和作用，并根据实际需要选择合适的元器件。 3．掌握传感器的安装方式、选择和标定。 4．掌握状态检测虚拟仪器系统设计与开发的基本步骤。二．系统设计 1．实验对象该实验台是一种模块化、开放型的机械设计综合实验装置，由硬件[动力模块、传动模块、支承联接、调节模块、加载模块]和软件【控制模块、工具模块、测试模块】等组成，通过对不同模块德选择和装配搭接可以组成典型机械传动装置。如图所示：实验台结构简图 2．实验对象名称、型号及主要零部件的性能参数 1）动力模块（1）Y90L-4电动机：额定功率1.5KW;同步转速：1500r/min，额定电压下，最大转矩予额定转矩之比2.3。（2）MM420-150/3变频器。 2）传动模块 JS-100齿轮减速器：减速比1：1.5，齿数：Z1=32、Z2=48，螺旋角β＝8°4’9”，中心距a=100mm.法面模数Mn=2.5. 3）加载模块

CZ-5型磁粉制动器：额定转矩50Nm,激磁电流0.8A，允许滑差功率4KW。 3．监测参数频带选定测量参数指南 1）电动机的测试参数 ?电动机 ?电源：单相交流，200/220伏，频率50/60Hz ?功率：1.5KW ?设定转速：1500rpm(25Hz) ?电动机振动的测定参数：速度 ?轴的转速：1500rpm 2）齿轮的测定参数 ?电机转速设定为：1500rpm(25Hz) ?若出现齿轮故障，将引起的振动频率 ?啮合频率=轴转频×齿数小齿轮啮合频率=25×32=800(Hz) 大齿轮啮合频率=25×32/48×48=800(Hz) ?考虑3次谐波，为244Hz，属于“高频”。 ?齿轮振动测定参数：加速度

虚拟现实实验室项目(基于虚拟现实技术的教育解决方案开发应用)

基于虚拟现实技术的教育解决方案的研制与开发科技项目可行性报告

目录一、项目提出的目的及意义………………………………………… 二、与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析……………… 三、主要攻关内容及技术路线（技术可行性分析）……………… 四、该项目的技术创新点…………………………………………… 五、现有工作基础和条件…………………………………………… 六、申请的基础条件（包括主要研究成果）……………………… 七、进度安排和实施方案（包括运行机制）……………………… 八、预期成果和考核目标…………………………………………… 九、推广及应用前景………………………………………………… 十、经费概算及来源…………………………………………………十一、结论……………………………………………………………附件---虚拟现实沉浸技术实验室条件建设需求……………………

一、项目提出的目的及意义互联网、虚拟现实和人工智能被喻为改变人类认知世界的三大信息技术。互联网从少被社会广泛认知，到今天对社会生活的全面颠覆与渗透不过二十余年。如今互联网+已为国家战略。当互联网在我们生活中掀起一个又一个骇浪时，虚拟现实正悄然从幕后走向前台。今天虚拟现实正演绎着当年互联网对人类生活，从无足轻重到全面颠覆的革命性过程。科技以虚拟现实给人类生活再创造出一次惊喜己为期不远。虚拟现实技术与教育： “虚拟现实”（Virtual Reality，英文缩写VR）技术，利用计算机硬件+软件资源+传感器的一种集成技术，构成实时三维图形生成的技术、仿真技术、多传感交互技术以及显示技术等，生成实时的、具有三维信息的人工虚拟环境，演练者（操作人员）根据需要通过多种交互设备（如头盔、数据手套和刚性外骨架衣服等）来驾驭该环境，以及用于操纵环境中的对象，如在真实世界中一样地与该环境中的人和事物进行行为和思想等的实时交流，并产生逼真的身临其境感。虚拟现实技术不是相关技术的简单组合，而是一种创新性的综合，并且在思想方式上有质的飞跃。虚拟现实技术对教育产生不可估量的作用，主要理由如下： 1.虚拟现实技术创建全新的教育环境人们普遍认为，虚拟现实技术将使21世纪的教育发生质的变化。虚假现实技术支持下的教育之所以会发生质的变化，是因为虚拟教育环境拥有现实教育培训环境无可比拟的优势。所谓虚拟教育环境，是指由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟教育的人工环境，它可以是某一现实世界的基础或设施的真实实现，也可以是虚拟构想成的世界。在21世纪，可能兴办起依托虚拟现实技术的各种新型的学校教育，如基础教育、军事教育、各类培训教育，许多学员在虚拟环境中接受各种教育体验与训练。由虚拟现实技术所支撑的教育系统将使得人员可以在虚拟环境中方便地取得感性知识和实际经验。与现实教育基地或设施相比，在虚拟现实技术支持下的虚拟教育环境大致有如下特征和优势： 1.1仿真性学生通过虚拟设施训练，与在现实教学基地里同样方便。这是因为虚拟环境无论对于现实的环境或是对于想象的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辩真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），甚至比真

可视化机房管理平台

可视化机房管理平台系统简介随着社会信息化程度的不断提高，机房计算机系统的数量与俱增，其环境设备也日益增多，机房环境设备（如供配电系统、UPS电源、空调、消防系统、保安系统等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。为满足工作需要，提高机房维护和管理的安全性，北京金视和科技股份有限公司建立一套“可视化、智能化、远程化”的可视化机房管理平台，为机房高效的管理和安全运营提供有力的保证。可视化机房管理平台对机房实现远程集中监控管理，实时动态呈现设备告警信息及设备参数，快速定位出故障设备，使维护和管理从人工被动看守的方式向计算机集中控制和管理的模式转变。突破性的三维仿真技术是智能可视化数据中心建设的一个重要的组成部分，机房设备具有数量大、种类多、价值高、使用周期长、使用地点分散、缺少实时性管理、管理难度大等特点。全三维可视化监控平台，形象化的虚拟场景和真实数据相结合，增强机房设备、设施数据的直观可视性、提高其利用率。系统特点三维虚拟可视化平台在现有资源管理系统数据库的基础上，以三维虚拟现实的形式展现数据中心的运行情况。实现可视化管理和服务器设备物理位置的精确定位。三维虚拟现实方式对机房楼层、设备区、设备安装部署情况及动力环境等附属设施的直观展示，实时展现监控和报警数据。可实现360度视角调整。 IT资产可视化管理在三维环境中通过鼠标点击实现楼层、机房、机房子区域、机柜、设备的分级直接浏览。实现机房可用性动态统计，包括空间可用性、用电量分布、温湿度分布情况和机房承重分布情况统计。当上架设备物理位置发生变化时，设备位置根据数据库变化自动变更。用户也可通过维护工具自行调整。机房环境监控可视化管理在三维环境中以虚拟现实的方式来展示传统环境监控系统，给管理员一个更加贴近现实场景的操作环境，进一步提升了操作体验。极大的提高的机房监控管理的人性化、真实化。配线可视化管理

虚拟制造及其关键技术

虚拟制造及其关键技术市场全球化使企业面临的竞争对手不断增多，面临的竞争压力日益加重，随着产品更新换代速度的加快，交货时间和产品质量较之于成本成为企业参与市场竞争更为重要的手段。与此同时，由于社会、经济和科学技术的发展而引起的对环境和社会因素的日益关注，导致了产品生命周期概念和可持续性工业生产的出现。面对制造环境的复杂性、制造产品的复杂性以及制造本身的复杂性(包括制造系统结构的复杂性和制造过程的复杂性)[1]的不断提高，企业能否在瞬息万变的市场竞争中立于不败之地，取决于企业的整体竞争能力，即取决于其能否通过信息集成、智能集成、资源集成、技术集成、过程集成、串并行工作机制集成、组织管理集成以及人机集成实现分布式协同求解，从而使企业的运作达到全局最优，资源得到合理的配置和利用，提高市场竞争力。虚拟制造使企业的全面集成成为可能，从而作为一种21世纪的新型制造策略和方法正越来越受到工业界和学术界的重视。二、虚拟制造的概念和功能 1．虚拟制造的概念由于虚拟制造研究的出发点、侧重点以及应用场合等方面的不同，因此存在对虚拟制造各种不同的定义。 Kimura[2]、Onosato[3]等将虚拟制造定义为现实制造系统在虚拟环境下的映射，是针对现实制造环境的虚拟模型，该模型为生产规划、调度和管理提供测试环境。 ChetanShukla[4]等将虚拟制造定义为一个正在发展中的研究领域，其目的是通过虚拟现实技术将各种与制造有关的技术集成起来。Hitchcock等则将其定义为一个用于提高制造企业内各级决策和控制能力的集成的、虚拟的制造环境。

而 Nahavandi和Preece对虚拟制造定义则与为Kimura的定义有些相似，将其定义为已经存在或还不存在的制造系统的仿真模型，该模型具有与制造过程、过程控制和管理以及产品有关的所有信息。Lin[5，6]等认为虚拟制造是应用计算机模型和制造过程仿真来辅助产品的设计和制造。Iwata[7]等认为虚拟制造系统是实现沟通制造工程和信息基础结构建立新型信息基础结构最有希望的方法。K．I．Lee和S．D．Noh[8]则认为虚拟制造系统是表示现实制造系统物理和逻辑结构和特性的一种集成计算机模型。基于对当前虚拟制造研究的归纳总结和对虚拟制造的研究，我们认为对虚拟制造的定义应该分为3个层次： (1)虚拟制造作为一种哲理、一种制造策略，为制造业的发展指明了方向，在制造企业组织管理、产品开发过程、资源、工作机制等诸方面集成基础之上，使其成为一个有机整体，以达到提高整体的运作及全局最优决策的效能和市场竞争力的目的。 (2)同时，虚拟制造作为一种现代制造环境下的制造理论和方法论，为整个制造企业的产品开发过程提供一种实施虚拟制造的方法，为实现企业的全面集成提供指导原则、实施方法和途径。 (3)最后，虚拟制造是一种在计算机技术支持下的集成的、虚拟的制造环境。下面本文将对这种集成的、虚拟的制造环境的功能进行详细讨论。 2．虚拟制造的功能要求 (1)通过虚拟制造系统实现制造企业产品开发过程的集成和制造企业的全面集成根据制造企业策略，基于虚拟制造系统，在信息集成和功能集成的基础上，实现产品开发过程的集成。通过对整个产品开发过程的建模、管理、控制和协调，对企业资源、技术、人员

虚拟现实系统的组成

虚拟现实系统的组成 1 构建虚拟现实系统的目的使参与者沉浸于多维信息空间中，进行仿真、建模，获取知识和形成新概念。目标:利用并集成高性能的计算机软硬件及各类先进的传感器，去构建一个使参与者处于身临其境的沉浸感、具有完善的交互作用、能帮助和启发构思的信息环境。技术支持:各种传感器技术、三维显示和音响器、虚拟环境产生器、程序设计工具集、计算机高速网络和高性能计算机平台。 2 虚拟现实系统的组成用户通过头盔、手套和话筒等输入设备为计算机提供输入信号，虚拟现实软件收到输入信号后加以解释，然后对虚拟环境数据库进行必要更新，调整当前虚拟环境视图，并将这一新视图及其它信息如声音立即传送给输出设备，以便用户及时看到效果。系统由输入部分、输出部分、虚拟环境数据库、虚拟现实软件组成。 2.1输入部分虚拟现实系统通过输入部分接收来自用户的信息。用户基本输入信号包括用户的头、手位置及方向、声音等。其输入设备主要有: (1)数据手套用来监测手的姿态，将人手的自然动作数字化。用户手的位置与

方向用来与虚拟环境进行交互。如在使用交互手套时，手势可用来启动或终止系统。类似地，手套可用来拾起虚拟物体，并将物体移到别的位置。 (2)三维球用于物体操作和飞行控制。 (3)自由度鼠标用于导航、选择及与物体交互。 (4)生物传感器用来跟踪眼球运动。 (5)头部跟踪器通常装在HMD头盔上跟踪头部位置，以便使HMD显示的图像随头部运动而变化。用户头的位置及方向是系统重要的输入信号，因为它决定了从哪个视角对虚拟世界进行渲染。 (6)语音输入设备通过话筒等声音输入设备将语音信息输入，并利用语音识别系统将语音信号变成数字化信号。 2.2 输出系统虚拟现实系统根据人的感觉器官的工作原理，通过虚拟现实系统的输出设备，https://www.360docs.net/doc/344102202.html,使人对虚拟现实系统的虚拟环境得到虽假犹真、身临其境的感觉。主要是由三维图像视觉效果、三维声音效果和触觉 (力觉)效果来实现的。 (1)三维图像生成与显示

煜航虚拟现实开发平台技术参数：

煜航虚拟现实开发平台技术参数： 1. 提供中文界面，方便用户使用； 2. 操作简单，易于上手，提供可视化操作界面，所见即所得，不需要另外使用插件； 3. 提供不少于20个VR课件，支持课件进行教学演示，也支持在此课件基础上继续编辑，形成新的课件； 4. 支持时间轴、逻辑轴两种编辑方式编辑事件，直接将对象拖拽至事件轨道上，通过时间轴或者逻辑轴按时间顺序或者逻辑方式（条件+行为）来完成对象的事件编辑； 5. 支持事件触发器功能，可为事件的发生提供包括准心悬停/选定、外设触发、进入场景、范围选定、计时触发、数值比较在内的至少6种触发条件； 6. 支持为对象设置事件行为，可供选择的事件行为类型不低于30种，可支持多个事件行为同时并行运行； 7. 支持视觉锁定功能，即用户在转换视角范围时，视角准心始终锁定在特定对象上，可避免分散注意力； 8. 提供基础视角查看和移动功能，设计者制作时可使用正常、鸟瞰等多种方式查看，通过键盘鼠标可以转动、移动、缩放视角，从不同角度观察作品呈现的状态，从而让创作者能够更全面真实地了解作品的全貌； 9. 支持将编辑的课件结果保存在云端，方便用户调用； 10. 支持将编辑好的作品截屏成图片保存至本地； 11. 支持HTC Vive、Oculus等2种以上VR类型设备，支持随时编辑随时可带上VR眼镜进行体验，所见即所得；

12. 支持在线更新和升级。如果有新版本发布，PC联网后会自动进行新版本的下载安装，并提供更新日志； 13. 提供对应实训教材，教材至少包含软件的使用手册及不少于6个案例，每个案例不少于2个课时； VR颗粒云资源库 1.基于次世代3D渲染技术、高端贴图烘焙技术、Unity引擎动画等技术； 2.与VR场景编辑器完全兼容，可随时一键调用，无需通过其他资源库或SDK 调用，提高使用便捷性； 3.提供不少于40种类型的素材资源，必须包含动物、植物、食物、人物、交通工具、器械、教具、日常用品、电子设备、运动、地形地貌、文物雕像、音频等13种类型；

各种虚拟现实软件比较

各种虚拟现实软件比较辣条|2013-09-29 11:13|次浏览|Unity(261) 虚拟现实软件的好坏问题争论了很久，相信也会一直争论下去，软件的好坏本身就是相对的，因此使用者更应该从自身的角度和所处的行业特点来选择适合自己的软件. virtools 接近于微型游戏引擎,互动性强大,目前被认为是功能最强大的元老级虚拟现实制作软件.学习资料也比较多,开发WEB3D游戏的首选浏览插件10M左右的庞大体积是个瓶颈,但是随着国内带宽的增加，这方面的影像已经越来越显得微不足道了。他的应用将有着无限的前景！ QUEST3D 也是元老级的软件了,曾经的超牛DEMO让许多人热捧,且好像是节点式的操作,比较强大. vrml q3d vt vgs vrp cult3d quest3d anark，画质也比较优异,入门难度有,浏览插件2M左右,算是中级化,也可以适应亚洲. UNITY 3D DEMO的高质量致使许多人热捧,画质确实够强,互动性近期也有几个游戏式的作品,也可以说明UNITY是有很强的互动性的,运行于MAC系统上,所以目前用的人比较少.有强大的地形绘制器,这个是比较引以为荣的,浏览插件大概3M左右。 TURNTOOL 此虚拟现实制作软件，在展示方面比较擅长,画质国内的和WEBMAX差不多.资料还是比较少,英文好的朋友可以去TT的官方论坛看老外的教程,以插件的方式嵌入3DMAX里,导出比较简易,也是为数不多的轻量级WEB3D软件.浏览插件在800K左右,也适合亚太地区的带宽承受范围。 GLUT - OpenGL Utility Toolkit GLUT 是一个与操作系统无关的OpenGL程序工具库, 它实现了可移植的OpenGL窗口编程接口，GLUT支持C/C++、FORTRAN、ADA。工具包当前版本号为3.7，支持OpenGL多窗口渲染、回调事件处理、复杂的输入设备控制、计时器、层叠菜单、常见物体绘制函数、各种窗口管理函数等。GLUT不是一个全功能的开发包，并不适合大型应用的开发，它只为中小应用而设计，特别适合初学者学习和应用OpenGL，由此入门相对容易。 SGI OpenGL Peformer SGI公司是业界的领导厂商之一，在实时可视化仿真或其它对显示性能要求高的专业3D图形应用领域里，OpenGL Performer为创建此类应用提供的强大而容易理解的编程接口。Performer可以大幅度减轻3D开发人员的编程工作，并可以容易地提高3D应用程序的性能。它的软件模块对数据的组织和显示做了广泛的优化。 OpenGL Performer是SGI可视化仿真系统的一部分。它提供了访问Onyx4 UltimateVision、SGI Octane、SGI VPro图形子系统等SGI视景显示高级特性的接口。Performer和SGI图形硬件一起提供了一套基于强大的、灵活的、可扩展的专业图形生成系统。Performer已经被移植到多种图形平台，在使用的过程中，用户不需要考虑各种平台的硬件差异。