虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

陳 榕 （福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350007）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

陳 榕 （福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350007）

物流實(shí)驗(yàn)室是物流專業(yè)教學(xué)活動的一個重要組成部分，傳統(tǒng)的物流實(shí)驗(yàn)室存在項(xiàng)目投資大，設(shè)備更新困難等現(xiàn)實(shí)問題，難以大量應(yīng)用。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)的物流實(shí)驗(yàn)室具有建設(shè)成本低，無機(jī)械故障，維護(hù)成本少等優(yōu)點(diǎn)，值得大規(guī)模推廣應(yīng)用。

物流實(shí)驗(yàn)室；虛擬現(xiàn)實(shí)；建設(shè)

0 引 言

近幾年隨著物流產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，物流人才的培養(yǎng)也紛紛納入各類學(xué)校的培養(yǎng)計(jì)劃。物流實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)也迅速列入各類學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃中。目前物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

（1）以物流軟件模擬為主搭建物流模擬平臺，讓學(xué)生學(xué)習(xí)物流業(yè)務(wù)流程及物流管理的方法和原則。這種實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生擔(dān)當(dāng)不同角色，對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分步或全部的數(shù)據(jù)操作，學(xué)生通過模擬實(shí)現(xiàn)對整個業(yè)務(wù)流程的了解和掌握。

（2）以各種真實(shí)或仿真的自動化物流設(shè)備為核心建設(shè)的物流實(shí)訓(xùn)室，如自動化分揀系統(tǒng)、立體倉庫設(shè)備等。學(xué)生通過觀摩和操作各類設(shè)備，能夠直觀地了解現(xiàn)代物流技術(shù)，掌握相應(yīng)物流設(shè)備的操作技能。

（3）以物流園區(qū)沙盤為主建設(shè)物流展示區(qū)，并輔以各類圖片、視頻、模型。學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠了解物流園區(qū)的基本情況和大型物流機(jī)械的名稱和用途。

上述物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，除物流軟件模擬外，大量應(yīng)用了機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成等技術(shù)，存在著建設(shè)周期長、占用空間大、設(shè)備維護(hù)成本高、項(xiàng)目投資大、設(shè)備更新困難等現(xiàn)實(shí)問題，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。而作為繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的“明星”技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全面仿真，由于它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會類似的環(huán)境，從而能夠解決學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求，從而在教育領(lǐng)域內(nèi)有著極其巨大的應(yīng)用前景，尤其是在物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以大幅度降低建設(shè)成本，消除機(jī)械故障，減少維護(hù)成本，大量增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況

虛擬現(xiàn)實(shí) （Virtual Reality，VR）一詞是20世紀(jì)80年代初美國VPL公司的創(chuàng)建人之一Jaron Lanier提出來的，當(dāng)時主要應(yīng)用于美國宇航局和國防部。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感裝置所創(chuàng)建的一種嶄新的模擬環(huán)境。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真。一個好的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境是由計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、多傳感器、語音處理、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成系統(tǒng)環(huán)境[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下特征：

（1）多感知性 （Multi-Sensory）——所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種。

（2）浸沒感 （Immersion）——又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣，典型的系統(tǒng)為虛擬現(xiàn)實(shí)大屏幕立體投影系統(tǒng)。

（3）交互性 （Interactivity）——指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度 （包括實(shí)時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

（4）構(gòu)想性 （Imagination）——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，而且可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

根據(jù)用戶參與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的形式及沉浸的不同程度，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以分為四類：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)又稱混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用中，人們能夠在一個虛擬的三維環(huán)境，用動態(tài)交互的方式對未來的工作環(huán)境進(jìn)行身臨其境的全方位審視，可以從任意角度和距離觀察場景，可以選擇切換多種運(yùn)動模式，如：行走、駕駛、飛行等，并可以自由控制瀏覽路線，并且在漫游過程中，還可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案、多種環(huán)境效果的實(shí)時切換比較，這是傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)與三維動畫所無法達(dá)到的。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界中各類物流設(shè)施與設(shè)備，如物流園區(qū)沙盤、配送中心、物流機(jī)械等的三維場景，并通過一定的軟件環(huán)境驅(qū)動整個三維場景，響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)，并在三維環(huán)境中顯示出來。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術(shù)等。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)硬件系統(tǒng)

簡單的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不需要太多復(fù)雜的設(shè)備，只要具有輸入、輸出功能的設(shè)備即可，簡單的計(jì)算機(jī)桌面互動系統(tǒng)就可以構(gòu)成一個簡單的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。如果要充分實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)帶來的多感知性、浸沒感、交互性和構(gòu)想性，就需要專業(yè)的信息輸入、輸出設(shè)備，信息輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、力反饋方向盤、手柄等，信息輸出設(shè)備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影儀、立體眼鏡、頭盔顯示器等。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)

建立可視化三維模型從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可以分為三個步驟：第一步為幾何建模，主要建立所需三維場景的幾何構(gòu)型；第二步為形象建模 （也稱物理建模），主要對幾何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、顏色、光照等處理；第三步為行為建模，主要處理物體的運(yùn)動和行為描述。目前，用于建立可視化三維模型的物流系統(tǒng)仿真軟件主要有AutoMod、Flexsim等仿真軟件[2]。國內(nèi)也有不少企業(yè)推出物流虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)整體解決方案和工程機(jī)械模擬駕駛系統(tǒng)，這些產(chǎn)品具有較高的性價比，可以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流實(shí)驗(yàn)室的具體應(yīng)用

3.1 物流機(jī)械模擬操作系統(tǒng)

物流機(jī)械種類繁多，造價昂貴，大多數(shù)學(xué)校難以全面購置，更不用說實(shí)際操作。而物流機(jī)械模擬操作系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)習(xí)駕駛領(lǐng)域的具體應(yīng)用，其主要由計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)、控制電路和模擬駕駛臺組成，軟件部分主要采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)三維成像、三維動畫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。該系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性及逼真性等特點(diǎn)，對學(xué)生進(jìn)行駕駛知識的訓(xùn)練和駕駛技能的鍛煉，以代替費(fèi)時、費(fèi)力、費(fèi)錢的實(shí)車駕駛訓(xùn)練，能夠有效減少學(xué)生培訓(xùn)時間，快速提高駕駛技能。在建設(shè)時，模擬駕駛臺可采用與真車部件一致的零件，為學(xué)生提供高仿真操作的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果。

物流機(jī)械模擬操作中，學(xué)生的每一個操作信號通過數(shù)據(jù)采集模塊同步的傳感系統(tǒng)傳給控制計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，實(shí)現(xiàn)實(shí)時圖像轉(zhuǎn)變。并通過相應(yīng)的仿真裝置，實(shí)現(xiàn)力反饋和位移等的模擬，使學(xué)生操作時有與真車駕駛基本相同的感覺。同時該系統(tǒng)配有學(xué)生操作狀態(tài)顯示，便于教師觀察、判斷學(xué)生操作動作的正誤。

3.2 物流園區(qū)沙盤演示系統(tǒng)

傳統(tǒng)沙盤的最大缺點(diǎn)在于其空間限制性太大，不足以體現(xiàn)整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，無法觀察到模型內(nèi)部，而且建成后無法修改。而使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字化電子沙盤，為用戶提供了一個無限的虛擬空間，教師可以根據(jù)教學(xué)需要，任意修改完善原有沙盤，增加各種建筑和設(shè)施。學(xué)生可以從任意角度和距離觀察沙盤，也可以選擇切換多種運(yùn)動模式，如：行走、駕駛、飛行等，并可以自由控制瀏覽路線，進(jìn)入建筑物內(nèi)部，而且在漫游過程中，還可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案、多種環(huán)境效果的實(shí)時切換比較，這是傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)與三維動畫所無法實(shí)現(xiàn)的。

3.3 虛擬配送中心演示系統(tǒng)

傳統(tǒng)的仿真型配送中心包括自動化分揀系統(tǒng)、立體倉庫、堆垛機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備，存在投資巨大，維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，并且一旦建成很難再改變。而使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的配送中心演示系統(tǒng)，沒有機(jī)械設(shè)備，僅通過直觀立體的三維仿真動畫模擬配送中心運(yùn)行情況，避免了建立物理試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的投資，減少了建設(shè)成本，而且可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行精確計(jì)算和驗(yàn)證分析物流系統(tǒng)的生產(chǎn)量，確定瓶頸位置，報告資源利用率，大大擴(kuò)展了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段。

4 結(jié)束語

在物流實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅可以形成直觀立體的三維仿真圖像，避免建立實(shí)體模擬系統(tǒng)的大量投資，降低了運(yùn)行維護(hù)成本，而且也便于今后的升級換代，具有較強(qiáng)的可行性和科學(xué)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在今后物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

[1]朱寧克，鄒越.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2008(3)：35.

[2]陳榕.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在配送中心設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報，2009(1)：104.

The Appliance of Virtual Reality in Logistics Lab

CHEN Rong(Fujian Communications Technology College,Fuzhou 350007,China)

The logistics lab is logistics specialized teaching activity important component.The traditional logistics lab existence project invests in a big way,the updating equipment difficulty and so on realistic question,promotes the application massively with difficulty.Using virtual reality technology with the construction of the building of logistics lab low cost,no mechanical failures,less maintenance costs,etc.,should promote the use of a large scale.

logistics lab;virtual reality;construction

G642

A

1002-3100(2010)04-0123-02

2009-12-22

陳 榕（1975-），男，福建福州人，福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理系，講師，碩士，主要研究物流管理理論。