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3D虚拟仿真互动

虚拟现实是近年来在计算机领域中引起广泛关注的技术。在多维信息空间中建立和谐的人机交互环境是信息时代的发展目标之一,虚拟现实则是实现这一目标的关键。

作为虚拟现实的基础,三维虚拟仿真受到越来越多的重视,并得到了广泛的应用,包括在军事、教育、公共交通、生产制造、服务业等方面进行方案演示、验证和评价的综合应用,它将推动相关领域应用方面的技术发展。

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3D虚拟仿真的技术流程

在虚拟现实系统中,核心内容是营造三维虚拟场景,三维建模是基础,虚拟环境的建立首先要进行建模,然后在其基础上再进行实时绘制和立体显示,形成一个虚拟世界。

首先针对三维虚拟场景区域,利用资料收集、测量测绘、遥感航拍等方式采集三维建模相关基础数据,包括建模对象的位置、尺寸大小、比例,以及属性相关的文字、图片等文件数据,然后再通过三维建模技术建立场景三维模型。

其次对三维模型和三维场景进一步优化,三维虚拟场景实时渲染时速度受限制的主要问题在于模型过于复杂,一个流畅的三维虚拟场景,模型不仅要逼真,而且需要保障流畅的运行效果,这就对三维场景模型有了更严格的要求,模型要尽量优化且不影响整体效果,三维场景优化技术在这个过程中起到了关键作用。

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最后三维场景模型建立之后,将场景模型通过相关转换插件转换导入到三维互动仿真驱动平台进行编辑、实时渲染绘制和立体显示,实现交互漫游以及应用功能的二次开发。

3D虚拟仿真的解决方案

随着计算机图形学、数字图像处理、人机接口技术、多媒体技术等快速发展,虚拟现实成为近年来非常活跃的研究领域,3D虚拟仿真技术已经广泛应用于军事、教育培训、生产制造、城市交通、娱乐等领域。

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军事虚拟仿真

军事虚拟仿真的应用包括军事场馆虚拟仿真和战场虚拟仿真等类型。

军事场馆虚拟仿真,利用现代网络通讯技术、多媒体集成技术、动画技术(Flash 动画等)、环物摄影技术和虚拟现实技术等新型技术的结合与融入,不仅可使展示内容更加丰富多彩,而且能将现实环境或假想环境场景数字化,供用户逼真地观看浏览和体验。

实体场馆内部的模型和室外环境结合,进行三维数字化,实现永久保存、漫游浏览、信息互动查询、网络发布等功能,对军事展馆展示宣传在时空上进行了延伸。

交互式战场虚拟仿真系统,系统显示分辨率不低于1920*1080,可以设置至少四种天气24小时轮换,支持包括海、陆、空战术仿真模拟,除系统设置外还支持接入真实装备数据推动的战术推演,无限贴近真实战场的场景。

模拟结束后能进行复盘回放和数据统计分析,及时进行复盘总结和战术改进,用来作为训练人员的训练仿真工具,在战术的演练中不断提升实际作战指挥训练能力。

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教育虚拟仿真

虚拟仿真实验室利用虚拟技术打造的集教学、实验、科研和教育资源开发等为一体的多媒体实验室,以计算机图形为基础,利用立体投影技术、计算机传感技术等,营造的一个沉浸式虚拟环境,不仅可以辅助高校进行科研工作,在实验教学方面利用率也非常高。

在国内很多实验教学因为实验器材以及实验材料的价格,导致很多高校都不能开始实验性课程,而在虚拟仿真实验室中,实验器材价格不是问题,以真实设备为基础,虚拟仿真为核心,能够为学生提供“授课—研讨—训练”一体综合技能训练,全面体验实验过程,近乎真实的模拟操作训练,学生能够近距离观察到实验效果,加深对实验的理解,提升了教师和学生之间的互动。

在国内,教学信息化革命已经敲响许多年,教育部率先确立了建设虚拟仿真实验室的具体要求,鼓励学校建立虚拟仿真实验室,相信在未来虚拟仿真实验室必将成为教学中重要的一环。

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生产制造虚拟仿真

安全生产重如泰山,近年来,各种电力、石油泄漏起火等突发性事故频繁发生,针对各类事故的灾难救助实战演练因为真实环境的限制,费用花费过高等弊端,不适合长期应用。以石油泄漏起火为案例,按照国家对安全生产事故应急预案要求 “精简、统一、高效”的原则,设计并研发了突发火灾虚拟仿真演练系统。

系统以3D技术和虚拟仿真技术为基础,集语音、视频、三维动画技术为一体,设计了对事故发生现场过程的角色模拟、过程模拟以及应急预案演练等功能模块,将事故起火现场、人员救助的真实模拟替代了现场演习,对火灾发生过程不断演习和复盘。

一方面通过事故演练模拟估算出影响,从而协助专家制定出科学合理的撤离方案和救助方案,降低事故人员的伤亡;另外一方面虚拟仿真降低了实体演练的危险性,达到了安全演练和业务训练的目的,广泛适用于各省、市、县政府相关责任部门,以及石油化工、建筑等大中型企业的应急演练、安全生产管理和救援等安全教育方面,具有广阔的市场和发展前景。

公共交通虚拟仿真

以地铁交通虚拟仿真为例,地铁列车的运行系统能够满足列车安全,畅通运行,但是从设计、施工再到系统运行是一个复杂的过程,在这个过程中,设计的工程量大复杂,仅仅凭借经验,没办法迅速发现问题进行整改。

地铁交通虚拟仿真系统,以地铁改造线路图纸为依据,建立起地铁轨道路线以及轨道附属设施的三维模型,通过交互式变换视点的位置或预先设定运动路线实现漫游功能,并在系统中叠加利用虚拟人来模拟真实人的行为,增强了人与虚拟环境交互的自然性,而且极大的提高了虚拟列车运行环境的逼真度和沉浸感。

这种将虚拟仿真系统地铁运行结合起来,在计算机上模拟一个真实的运行环境,能够用来对列车的运行控制系统、系统集成方案进行方案分析、进行驾驶培训等,具有可控性、安全性、经济性等特点,对城市交通发展具有重大意义。

3D虚拟仿真技术在信息技术的推动下已经发展成为人类认识、改造客观世界的一项通用性、战略性技术。3D虚拟仿真系统采用U3D技术、UE4技术、WEBGL3D技术实现不同场景要求的3D虚拟仿真应用,能够做到沉浸感、多线程操作、搭建成本低等众多优势。

以假乱真的视听触体验,能够让参与者达到与现实中操作近乎相同的实操效果;可靠的安全保障,让使用者在操作时,如若产生误操作,也不会引发重大后果。目前3D虚拟仿真系统已经服务了众多企业,并获得了众多好评,致力于为更多企业提供3D虚拟仿真解决方案!

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