CAVE大型沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

一、概述
CAVE大型沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由津發(fā)科技自主研發(fā)的ErgoLAB虛擬世界人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái)、美國(guó)WorldViz虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等核心部件組成；CAVE虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一個(gè)大型的可支持多用戶的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示交互環(huán)境，能夠?yàn)橛脩籼峁┐蠓秶曇暗母叻直媛始案哔|(zhì)量的立體影像，讓虛擬環(huán)境*媲美真實(shí)世界，為用戶提供數(shù)字樣機(jī)的可視化虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配、虛擬展示、虛擬訓(xùn)練以及對(duì)應(yīng)得人機(jī)工程分析等技術(shù)服務(wù)。充分利用CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行展示及各個(gè)部門之間的協(xié)同設(shè)計(jì)工作。該系統(tǒng)為人因與工效學(xué)相關(guān)專業(yè)人員提供了一個(gè)虛擬人機(jī)交互、輔助決策、設(shè)計(jì)協(xié)同的人機(jī)工效分析教學(xué)科研平臺(tái)。

人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái)由VR虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊、可穿戴生理記錄系統(tǒng)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)、可穿戴腦電測(cè)量系統(tǒng)、交互行為觀察系統(tǒng)、生物力學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)等模塊組成。實(shí)現(xiàn)在進(jìn)行人機(jī)環(huán)境或者人類心理行為研究時(shí)結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境變化的情況下實(shí)時(shí)同步采集人-機(jī)-環(huán)境多因素?cái)?shù)據(jù)（包括如眼動(dòng)、腦波、呼吸、心律、脈搏、皮電、皮溫、心電、肌電、肢體動(dòng)作、關(guān)節(jié)角度、人體壓力、拉力、握力、捏力、振動(dòng)、噪聲、光照、大氣壓力、溫濕度等物理環(huán)境數(shù)據(jù)）并進(jìn)行同步分析與評(píng)價(jià)，所獲取的定量結(jié)果為科學(xué)研究做客觀數(shù)據(jù)支撐。
CAVE大型沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由四通道CAVE正投系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)引擎、人機(jī)交互系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套等系統(tǒng)模塊組成；正投方式是依靠投影幕來(lái)反射光線的，可以大大節(jié)省空間，科研用途。

系統(tǒng)屏幕及尺寸信息匯總?cè)缦拢?/p>

采用高清1200分辨率的專業(yè)超短焦激光投影機(jī)，CAVE系統(tǒng)中單屏幕尺寸為3200*2000mm，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高精度組合起來(lái)作為顯示載體；
本投影顯示系統(tǒng)采用了4臺(tái)激光超短焦投影機(jī)，正面、地面、兩邊屏幕采用單通道正投方式。為節(jié)省空間，全部采用背投一次反射方式進(jìn)行投影輸出
整個(gè)顯示系統(tǒng)參數(shù)如下：

• 每通道1920*1200分辨率

• 像素邊長(zhǎng)：2.08mm

• *觀看距離：1500mm-5000mm;

• 屏幕亮度：203尼特，立體亮度34尼特(超過(guò)影院亮度標(biāo)準(zhǔn))

• 倍頻式主動(dòng)立體功能，工作站僅需要60Hz輸入即可實(shí)現(xiàn)立體輸出

• 投影機(jī)吊裝在2800mm左右高度，上方留部分散熱空間；

• 投距：約3100mm，使用短焦增加光利用率的上投方式傾斜投影到反射鏡后經(jīng)反射到屏幕，整個(gè)反射鏡zui邊緣與屏幕之間距離為2400mm

作為該套系統(tǒng)方案的核心虛擬現(xiàn)實(shí)軟件引擎，WorldViz不僅支持CAVE虛擬現(xiàn)實(shí)，可為用戶提供優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用內(nèi)容。結(jié)合行走運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)、虛擬人機(jī)交互系統(tǒng)，使用者zui終完成與虛擬場(chǎng)景及內(nèi)容的互動(dòng)交互操作。

作為該套系統(tǒng)方案的核心數(shù)據(jù)同步采集與分析平臺(tái)，ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái)不僅支持虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，也支持基于真實(shí)世界的戶外現(xiàn)場(chǎng)研究、以及基于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)室研究，可以在任意的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下采集多元數(shù)據(jù)并進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。(人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái)含虛擬現(xiàn)實(shí)同步模塊、可穿戴生理記錄模塊、虛擬現(xiàn)實(shí)眼動(dòng)追蹤模塊、可穿戴腦電測(cè)量模塊、交互行為觀察模塊、生物力學(xué)測(cè)量模塊、環(huán)境測(cè)量模塊等組成)

二、方案特點(diǎn)
1.    核心虛擬現(xiàn)實(shí)引擎 兼容多種三維應(yīng)用程序
系統(tǒng)內(nèi)置核心虛擬現(xiàn)實(shí)軟件引擎，能無(wú)縫支持多種三維應(yīng)用程序，快速獲取設(shè)計(jì)成果進(jìn)行展示與交互。
2.    多通道技術(shù) *沉浸感
虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)畫面的無(wú)縫拼接和*融合，呈現(xiàn)身臨其境的3D沉浸感。
3.    自主研發(fā)
基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人機(jī)環(huán)境定量評(píng)價(jià)為科研提供客觀數(shù)據(jù)支撐，自主研發(fā)的ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步平臺(tái)，VR同步模塊基于沉浸式三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，實(shí)時(shí)同步采集多元數(shù)據(jù)并進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，客觀的定量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果對(duì)科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支撐。
4.    *自然狀態(tài)下的行走
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行人類行為研究采集數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析更真實(shí)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室空間均為行走虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，被試可以不受任何限制自由行走，模擬*真實(shí)世界的行為，采集的數(shù)據(jù)更真實(shí)。
應(yīng)用領(lǐng)域
•    BIM環(huán)境行為研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：建筑感性設(shè)計(jì)、環(huán)境行為、室內(nèi)設(shè)計(jì)、人居環(huán)境研究等；
•    交互設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配、虛擬評(píng)審、虛擬訓(xùn)練、設(shè)備狀態(tài)可視化等；
•    軍工國(guó)防裝備人機(jī)環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：裝備人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程研究以及軍事心理學(xué)應(yīng)用，軍事訓(xùn)練、軍事教育、作戰(zhàn)指揮、研制與開發(fā)等；
•    用戶體驗(yàn)與可用性研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案：游戲體驗(yàn)、體驗(yàn)類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、影視類娛樂(lè)、多人參與的娛樂(lè)項(xiàng)目。
•    虛擬購(gòu)物消費(fèi)行為研究實(shí)驗(yàn)室方案
•    安全人機(jī)與不安全行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案
•    駕駛行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案
•    人因工程與作業(yè)研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案
•    產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中廣泛地應(yīng)用了虛擬技術(shù)。應(yīng)用集中在以下幾個(gè)方面：
裝配工藝仿真
裝配仿真包含了對(duì)零部件的裝配、大型結(jié)構(gòu)體裝配和子系統(tǒng)裝配和安裝。
工廠物流仿真
工廠物流仿真包含了對(duì)大模裝的仿真、天車和工裝的仿真和廠房空間布局管理、資源設(shè)備的利用率以及工人數(shù)量需求、成本仿真。
人體工程仿真
人體工學(xué)仿真包含了操作可達(dá)性仿真、可維護(hù)性仿真、人體工學(xué)/安全性仿真
VR系統(tǒng)在其它的制造領(lǐng)域如汽車、船舶等行業(yè)也獲得廣泛的應(yīng)用。