張玉伽 裴福玉 張立新 閆曉桂 宮曉博

摘 要： 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域獲取了較好的推動(dòng)力，本文就對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和論述，以期通過(guò)本文章的研究為我國(guó)仿真實(shí)驗(yàn)研究提供有價(jià)值的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)；仿真實(shí)驗(yàn)；研究

【中圖分類號(hào)】 G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879 （2017）20-0016-01

就目前的形式來(lái)看，VR技術(shù)已然成為了當(dāng)今時(shí)代的主流，并且成了目前顯示設(shè)備的一種重要發(fā)展方向，對(duì)于VR相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和研究需要我們給予更高的重視。從硬件上來(lái)看，本文章所研究的論點(diǎn)，在硬件上已經(jīng)擁有了較為先進(jìn)的VR交互設(shè)備，并且我國(guó)國(guó)內(nèi)也擁有一些國(guó)家級(jí)機(jī)械基礎(chǔ)及裝備制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。此外，目前我國(guó)的制度建設(shè)和規(guī)范建設(shè)，以及我國(guó)目前的實(shí)驗(yàn)研究熱潮，都為本文章所研究的問(wèn)題提供了較為有利的開(kāi)展條件和開(kāi)展基礎(chǔ)。而目前我國(guó)在理論研究方面還比較欠缺，缺乏比較調(diào)理的理論研究和論述，基于此本文就對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行闡述。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，全稱為Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，其是由美國(guó)VPL公司創(chuàng)始人JaronLanier在二十世紀(jì)八十年代提出來(lái)的，其具體的內(nèi)涵是，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)的圖形系統(tǒng)和現(xiàn)實(shí)及控制接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成一個(gè)可交互的三位環(huán)境，并提供給用戶一種沉浸感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種能夠創(chuàng)造和體驗(yàn)虛擬世界的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，能夠利用模擬環(huán)境和利用源信息融合的交互式三位動(dòng)態(tài)視影以及實(shí)體行為系統(tǒng)仿真使用的設(shè)備。2016年是世界VR產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一點(diǎn)，在如今機(jī)械行業(yè)行業(yè)材料加工精度越來(lái)越高的前景下，以及目前機(jī)械行業(yè)實(shí)驗(yàn)中高耗能和高耗材的加工要求，為了能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)成本的降低和實(shí)驗(yàn)失誤率的降低，VR技術(shù)的高仿真度虛擬技術(shù)就成為了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)的重要技術(shù)水平，通過(guò)還原真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)反復(fù)的使用，保證了其高利用率和易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。

2.模擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

模擬指的是在交互的控制狀態(tài)之下，對(duì)某一現(xiàn)象或者某一過(guò)程進(jìn)行表現(xiàn)和展示，根據(jù)所需表現(xiàn)的現(xiàn)象，我們可以將模擬分為物理現(xiàn)象模擬、過(guò)程變化模擬、程序性模擬以及情形性模擬。一般模擬工作都是通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助真實(shí)現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，在物理現(xiàn)象的模擬之中，將真實(shí)的現(xiàn)象或過(guò)程中的某一個(gè)規(guī)律在屏幕上的表現(xiàn)，來(lái)為研究者和學(xué)習(xí)者們?nèi)W(xué)習(xí)和研究，比方說(shuō)在一些光學(xué)傳播等問(wèn)題的研究時(shí)就可以通過(guò)模擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。過(guò)程變化模擬，通常是研究者像學(xué)習(xí)者進(jìn)行過(guò)程概念解釋和講解的過(guò)程，一般物理變化模擬和過(guò)程變化模擬都是一些不可人為隨意干預(yù)的模擬實(shí)驗(yàn)。在程序性模擬的研究上，可以通過(guò)構(gòu)成過(guò)程行為或動(dòng)作順序，來(lái)構(gòu)建起相應(yīng)的步驟序列，并依此來(lái)供給研究學(xué)者們進(jìn)行學(xué)習(xí)或者訓(xùn)練。情境性模擬多指的是在不同的情形之下，根據(jù)不同研究需求和非技能行為，來(lái)進(jìn)行一系列的模擬教學(xué)系列，并為研究者進(jìn)行某一特種情形的展示。通常情況下模擬仿真實(shí)驗(yàn)多為物理現(xiàn)象模擬和過(guò)程變化模擬。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們能夠運(yùn)用自然界中的不同現(xiàn)象與過(guò)程來(lái)進(jìn)行模擬顯示。并通過(guò)建立模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)象的隨時(shí)觀察，確保實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和現(xiàn)象能夠更加的清晰，對(duì)于仿真模擬實(shí)驗(yàn)而言，研究者能溝通通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)來(lái)了解實(shí)驗(yàn)的變化發(fā)生以及現(xiàn)象演變，可以通過(guò)是監(jiān)控昂志或者觀察空間的擴(kuò)大和縮小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某些條件及參數(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)比調(diào)整，并對(duì)當(dāng)前的狀態(tài)說(shuō)明解釋給予一定的隨時(shí)觸發(fā)能力。模擬仿真試驗(yàn)的研究效果，能夠較好的調(diào)動(dòng)起研究者的觀察能力和觀察效率，并讓抽象的概念及規(guī)則能夠具象化表現(xiàn)，在模擬實(shí)驗(yàn)下，還能夠避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)失誤下導(dǎo)致的資源浪費(fèi)問(wèn)題，且能夠避免了真實(shí)實(shí)驗(yàn)下可能產(chǎn)生的一些危害?；诖耍覀?cè)谶M(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要充分的考量到其模擬實(shí)驗(yàn)的重要性，并將構(gòu)建主義理論與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，通過(guò)建立起良好的計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確和良好發(fā)展，并對(duì)交互控制下的現(xiàn)象、過(guò)程、機(jī)制、原理等內(nèi)容進(jìn)行交互性的增強(qiáng)，讓實(shí)驗(yàn)觀察者能夠更好的對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)、變化過(guò)程、影響因素、概率特點(diǎn)等方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)細(xì)致的觀察和思考。

3.基于虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)內(nèi)容

3.1虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室模型建設(shè)。

構(gòu)建VR虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要任務(wù)是構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的三維模型。這個(gè)過(guò)程分為DVS3D，Unity3d，VRP Builder等軟件學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)室參數(shù)和設(shè)備參數(shù)采集；虛擬實(shí)驗(yàn)室3D模型建立三個(gè)步驟。首先，我們需要學(xué)習(xí)使用VR模型開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和相關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，選擇和購(gòu)買支持VR硬件設(shè)備的軟件開(kāi)發(fā)，然后確定開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室類型，然后進(jìn)行實(shí)地調(diào)查以獲得相關(guān)參數(shù)。最后根據(jù)所收集的參數(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室VR模型。公司位于：

3.2人與虛擬場(chǎng)景的交互仿真。

這部分的研究目的是模擬構(gòu)建的VR虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c人體運(yùn)動(dòng)指令之間的相互作用。在構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室模型中插入觸發(fā)功能，使人體可以使用VR硬件設(shè)備控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，儀器相關(guān)的變量觸發(fā)。另外，VR交互設(shè)備的選擇也是與軟硬件兼容，實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)要控制的要點(diǎn)。公司位于：

3.3已經(jīng)建成了虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程應(yīng)用。

在開(kāi)發(fā)VR虛擬實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)的交互觸發(fā)功能后，我們可以利用這個(gè)程序開(kāi)發(fā)一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)，使用學(xué)校機(jī)房的主機(jī)服務(wù)器，并可以在校園網(wǎng)上遠(yuǎn)程登錄。這部分研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)控制工程，致力于開(kāi)發(fā)這種網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)及其教學(xué)用途。

4.總結(jié)

通過(guò)本文章的研究，旨在為我國(guó)的仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)提供有價(jià)值的理論參考依據(jù)，并通過(guò)本文章的論述，將虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)下的仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)建以及人體與虛擬場(chǎng)景的仿真交互等方面進(jìn)行深入的研究。

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