虚拟显示系统集成

应用概述

虚拟现实应用经过将近20年的发展,目前已经从高校研究领域逐步进入到工程应用领域,随着软件技术和国内应用水平的不断提高,将来会越来越多地应用到国民经济的各个领域中。

对高端制造业来讲,经过多年的信息化建设,目前CAD和CAE应用已经相对成熟,而且在各个行业和领域都积累了大量的数字资产。同时基于CAD和CAE基础上的数字样机应用也如火如荼地发展起来,而虚拟现实手段则是上述应用直观表达和实现的手段,也是人和虚拟产品、装备进行“交流”的高级形式。

应用方向

主要应用在产品研发中的如下几个不同阶段:

方案可行性论证、总体方案设计阶段——设计思路表达、交流和汇报,多种方案比较。

初步设计、概念设计阶段——造型设计、总体布局、数字样机分析、人机工效分析、维修性分析。

详细设计和技术设计阶段——可装配性分析、柔性线缆布局和设计、人机工效分析、维修性分析。

设计定型和服务阶段——虚拟培训和训练、电子手册、虚拟维修。

系统组成和架构

典型的虚拟现实系统一般由多个子系统构成(如图1所示),各个子系统功能不同但又紧密衔接。虚拟现实系统集成涉及众多硬件和软件,其设计、安装、调试和应用过程较为复杂。在虚拟现实集成与仿真领域,北京朗迪锋科技有限公司拥有丰富经验、技术实力和研发能力。我们有能力提供虚拟现实系统的整体解决方案,做到系统整体质量的良好控制。包括专业的系统设计、产品和系统优化、内容制作、项目管理、售后服务等工程实施的每一个重要环节控制。

图 1 虚拟现实系统组成

计算机子系统(图形生成子系统) 

该子系统主要运行各类应用软件,是为虚拟现实系统提供数据和图像的引擎,如图所示。

图2 计算机子系统

虚拟显示系统(投影子系统)

该子系统主要显示计算机子系统(图形生成子系统)产生的图形和图像,以超高清、立体、沉浸式、互动式的方式来表达各类数据,以获得身临其境的体验,以下是几种常见的虚拟显示系统。

图3 CADWall虚拟显示系统

图4 Holospace虚拟显示系统

图5 四通道CAVE虚拟显示系统

图6 六通道CAVE虚拟显示系统

图7  L型虚拟显示系统

显示信号管理和控制子系统(矩阵开关子系统)

在虚拟现实应用过程中,由于显示内容比较丰富,经常需要在某种应用或某个时间点显示某一类图形信号,而这些图形信号分散在本地或异地的不同计算机或视频设备上。这就需要一个灵活的管理手段,将所有可能需要展示的信号提前接入控制矩阵,通过选通开关达到在某个阶段或时间点显示合适的图形或图像,极大地提高了系统的灵活性和投入产出比。

图8 显示信号管理和控制子系统

中央控制子系统(中央控制子系统) 

由于系统涉及的硬件设备繁多,为了在展示过程中非常方便地控制各类子系统及其依赖环境(比如灯光、窗帘、空调等),达到复杂系统控制管理简单化,通常需要增加中央控制子系统(如图9所示)。

图9 中央控制子系统

人机接口交互子系统(位置跟踪和动作捕捉子系统)

虚拟现实系统如果没有了交互,就失去了灵魂和互动的魅力,而只有这种交互,才使得虚拟维修、拆装、人机工效仿真等应用得以实现,才可以使研究人员、用户在虚拟和真实的世界进行穿梭、互动和思考。

图10 人机接口交互子系统

应用内容子系统(应用工具类软件和内容模块)

在多年的虚拟现实服务和从业过程中,我们经常会看到硬件系统优先考虑,软件工具其次考虑,应用服务不考虑的现象,使得在实施和后期的应用过程中出现一个非常典型的现象,即“电视机已经具备,但频道内容、片源和服务方向还没有建立的尴尬境遇”。

图11 应用内容子系统

北京朗迪锋科技有限公司在与客户的前期沟通和方案总体设计阶段,提出“优先考虑应用和内容服务,并以其为导向的设计理念和工作步骤”。即硬件系统以满足应用需求为基础,应用和服务以用户真实需求为核心的设计思路。为切实推动这个理念,公司提出“应用和服务先行”的工作步骤并在人力资源分配方面给与倾向。