CAVE大型沉浸式虛擬現實(shí)系統

一、概述
CAVE大型沉浸式虛擬現實(shí)系統由津發(fā)科技自主研發(fā)的ErgoLAB虛擬世界人機環(huán)境同步平臺、美國WorldViz虛擬現實(shí)系統等核心部件組成；CAVE虛擬現實(shí)系統是一個(gè)大型的可支持多用戶(hù)的沉浸式虛擬現實(shí)顯示交互環(huán)境，能夠為用戶(hù)提供大范圍視野的高分辨率及高質(zhì)量的立體影像，讓虛擬環(huán)境*媲美真實(shí)世界，為用戶(hù)提供數字樣機的可視化虛擬設計、虛擬裝配、虛擬展示、虛擬訓練以及對應得人機工程分析等技術(shù)服務(wù)。充分利用CAD數據進(jìn)行展示及各個(gè)部門(mén)之間的協(xié)同設計工作。該系統為人因與工效學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員提供了一個(gè)虛擬人機交互、輔助決策、設計協(xié)同的人機工效分析教學(xué)科研平臺。

人機環(huán)境同步平臺由VR虛擬現實(shí)實(shí)驗設計模塊、可穿戴生理記錄系統、VR虛擬現實(shí)眼動(dòng)追蹤系統、可穿戴腦電測量系統、交互行為觀(guān)察系統、生物力學(xué)測量系統、環(huán)境測量系統等模塊組成。實(shí)現在進(jìn)行人機環(huán)境或者人類(lèi)心理行為研究時(shí)結合VR虛擬現實(shí)技術(shù)，基于三維虛擬現實(shí)環(huán)境變化的情況下實(shí)時(shí)同步采集人-機-環(huán)境多因素數據（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)境數據）并進(jìn)行同步分析與評價(jià)，所獲取的定量結果為科學(xué)研究做客觀(guān)數據支撐。
CAVE大型沉浸式虛擬現實(shí)系統由四通道CAVE正投系統、虛擬現實(shí)引擎、人機交互系統、動(dòng)作捕捉系統、數據手套等系統模塊組成；正投方式是依靠投影幕來(lái)反射光線(xiàn)的，可以大大節省空間，科研用途。

系統屏幕及尺寸信息匯總如下：

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

• 每通道1920*1200分辨率

• 像素邊長(cháng)：2.08mm

• *觀(guān)看距離：1500mm-5000mm;

• 屏幕亮度：203尼特，立體亮度34尼特(超過(guò)影院亮度標準)

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

• 投影機吊裝在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

作為該套系統方案的核心虛擬現實(shí)軟件引擎，WorldViz不僅支持CAVE虛擬現實(shí)，可為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的應用內容。結合行走運動(dòng)追蹤系統、虛擬人機交互系統，使用者zui終完成與虛擬場(chǎng)景及內容的互動(dòng)交互操作。

作為該套系統方案的核心數據同步采集與分析平臺，ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺不僅支持虛擬現實(shí)環(huán)境，也支持基于真實(shí)世界的戶(hù)外現場(chǎng)研究、以及基于實(shí)驗室基礎研究的實(shí)驗室研究，可以在任意的實(shí)驗環(huán)境下采集多元數據并進(jìn)行定量評價(jià)。(人機環(huán)境同步平臺含虛擬現實(shí)同步模塊、可穿戴生理記錄模塊、虛擬現實(shí)眼動(dòng)追蹤模塊、可穿戴腦電測量模塊、交互行為觀(guān)察模塊、生物力學(xué)測量模塊、環(huán)境測量模塊等組成)

二、方案特點(diǎn)
1.    核心虛擬現實(shí)引擎 兼容多種三維應用程序
系統內置核心虛擬現實(shí)軟件引擎，能無(wú)縫支持多種三維應用程序，快速獲取設計成果進(jìn)行展示與交互。
2.    多通道技術(shù) *沉浸感
虛擬現實(shí)呈現技術(shù)，實(shí)現畫(huà)面的無(wú)縫拼接和*融合，呈現身臨其境的3D沉浸感。
3.    自主研發(fā)
基于虛擬現實(shí)技術(shù)的人機環(huán)境定量評價(jià)為科研提供客觀(guān)數據支撐，自主研發(fā)的ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺，VR同步模塊基于沉浸式三維虛擬現實(shí)環(huán)境，實(shí)時(shí)同步采集多元數據并進(jìn)行定量評價(jià)，客觀(guān)的定量統計分析結果對科學(xué)研究提供數據支撐。
4.    *自然狀態(tài)下的行走
虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行人類(lèi)行為研究采集數據進(jìn)行定量分析更真實(shí)。整個(gè)實(shí)驗室空間均為行走虛擬現實(shí)系統的實(shí)驗場(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，采集的數據更真實(shí)。
應用領(lǐng)域
•    BIM環(huán)境行為研究虛擬仿真實(shí)驗室解決方案：建筑感性設計、環(huán)境行為、室內設計、人居環(huán)境研究等；
•    交互設計虛擬仿真實(shí)驗室解決方案：虛擬規劃、虛擬設計、虛擬裝配、虛擬評審、虛擬訓練、設備狀態(tài)可視化等；
•    軍工國防裝備人機環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗室解決方案：裝備人機環(huán)境系統工程研究以及軍事心理學(xué)應用，軍事訓練、軍事教育、作戰指揮、研制與開(kāi)發(fā)等；
•    用戶(hù)體驗與可用性研究虛擬仿真實(shí)驗室方案：游戲體驗、體驗類(lèi)運動(dòng)項目、影視類(lèi)娛樂(lè )、多人參與的娛樂(lè )項目。
•    虛擬購物消費行為研究實(shí)驗室方案
•    安全人機與不安全行為虛擬仿真實(shí)驗室方案
•    駕駛行為虛擬仿真實(shí)驗室方案
•    人因工程與作業(yè)研究虛擬仿真實(shí)驗室方案
•    產(chǎn)品的設計和制造中廣泛地應用了虛擬技術(shù)。應用集中在以下幾個(gè)方面：
裝配工藝仿真
裝配仿真包含了對零部件的裝配、大型結構體裝配和子系統裝配和安裝。
工廠(chǎng)物流仿真
工廠(chǎng)物流仿真包含了對大模裝的仿真、天車(chē)和工裝的仿真和廠(chǎng)房空間布局管理、資源設備的利用率以及工人數量需求、成本仿真。
人體工程仿真
人體工學(xué)仿真包含了操作可達性仿真、可維護性仿真、人體工學(xué)/安全性仿真
VR系統在其它的制造領(lǐng)域如汽車(chē)、船舶等行業(yè)也獲得廣泛的應用。