虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流園區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

陳 榕（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

物流園區(qū)是指為了實(shí)現(xiàn)物流設(shè)施集約化和物流運(yùn)作共同化，或者出于城市物流設(shè)施空間布局合理化的目的而在城市周邊等各區(qū)域，集中建設(shè)的物流設(shè)施群與眾多物流業(yè)者在地域上的物理集結(jié)地[1]。物流園區(qū)包括物流中心、配送中心、運(yùn)輸樞紐設(shè)施、運(yùn)輸組織及管理中心和物流信息中心，以及適應(yīng)城市物流管理與運(yùn)作需要的物流基礎(chǔ)設(shè)施。物流園區(qū)規(guī)劃是否合理，不僅會(huì)影響園區(qū)企業(yè)的物流效率和運(yùn)營成本，而且會(huì)影響社會(huì)的運(yùn)行成本。因此，對(duì)物流園區(qū)進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃是增強(qiáng)園區(qū)競爭力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

物流園區(qū)規(guī)劃涉及大量物流設(shè)備及人員的配置、場(chǎng)地布局評(píng)價(jià)、工程計(jì)劃以及物流系統(tǒng)工藝的設(shè)計(jì)論證，是一個(gè)空間、時(shí)間與隨機(jī)變量交錯(cuò)的復(fù)雜課題，難以用方程式、或簡單的表達(dá)式來解決。并且隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，物流系統(tǒng)越來越復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，管理者對(duì)生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策，都需謹(jǐn)慎考慮。決策不當(dāng)，往往需要付出高昂的代價(jià)。傳統(tǒng)的物流園區(qū)規(guī)劃方法主要是基于二維的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)者通常以繪制建筑的平、立、剖面圖作為設(shè)計(jì)過程中的主要手段，對(duì)于方案的思考、推敲也更多地是在二維平面內(nèi)進(jìn)行草圖的修改。直到以3DMAX為代表的三維建模軟件在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，標(biāo)志著建筑設(shè)計(jì)進(jìn)入了三維的時(shí)代。但是無論是二維建筑效果圖，還是三維建筑效果圖只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗(yàn)，不具備實(shí)時(shí)的交互性，不能有效預(yù)知設(shè)計(jì)的不合理性。正是由于物流系統(tǒng)的復(fù)雜性，快節(jié)奏和柔性，要想預(yù)測(cè)每一個(gè)決策給系統(tǒng)帶來的后果，已經(jīng)是人的大腦無法勝任的了。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足，不僅成為物流系統(tǒng)管理者的有用工具，而且成為物流園區(qū)規(guī)劃人員的得力助手。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）一詞是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(shí)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(gè)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(shí)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[2]。

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(dòng)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(dòng)等幾種。

（2）浸沒感（Immersion）——又稱臨場(chǎng)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(dòng)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(duì)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(shí)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(shí)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(dòng)而移動(dòng)。

（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。

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用中，人們能夠在一個(gè)虛擬的三維環(huán)境，用動(dòng)態(tài)交互的方式對(duì)未來的建筑物進(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(chǎng)景，可以選擇切換多種運(yùn)動(dòng)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(shí)切換比較，這是傳統(tǒng)的建筑效果圖與三維動(dòng)畫所無法達(dá)到的。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流園區(qū)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物流園區(qū)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界中物流園區(qū)的三維場(chǎng)景并通過一定的軟件環(huán)境驅(qū)動(dòng)整個(gè)三維場(chǎng)景，響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動(dòng)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(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)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(dòng)系統(tǒng)就可以構(gòu)成一個(gè)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(gè)步驟：第一步為幾何建模，主要建立所需三維場(chǎng)景的幾何構(gòu)型；第二步為形象建模（也稱物理建模），主要對(duì)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(dòng)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、RaLC（樂龍）等仿真軟件，交通系統(tǒng)仿真軟件主要有交通規(guī)劃軟件TransCAD、交通仿真軟件TransModeler和地理信息系統(tǒng)軟件Maptitude，現(xiàn)主要介紹RaLC（樂龍）仿真軟件。

RaLC物流仿真軟件，是由日本人工智能服務(wù)株式會(huì)社獨(dú)立開發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的物流仿真軟件。該軟件利用3D動(dòng)畫仿真模塊來設(shè)計(jì)、規(guī)劃和分析物流倉儲(chǔ)配送中心系統(tǒng)（物流設(shè)備、控制系統(tǒng)、作業(yè)人員和業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)等），為物流生產(chǎn)管理以及物流工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，是一種能為物流中心及工廠提供各種最佳解決方案的仿真驗(yàn)證工具軟件系統(tǒng)。

RaLC物流仿真軟件中包含了倉庫、配送中心的所有的設(shè)備。不僅有普通倉庫用到的貨架、叉車、手推車等常用設(shè)備；也有先進(jìn)的自動(dòng)智能設(shè)備：如自動(dòng)碼垛機(jī)、AGV無人搬運(yùn)車、自動(dòng)軌道車、升降機(jī)、自動(dòng)立體倉庫、移動(dòng)貨架、旋轉(zhuǎn)貨架等百余種與現(xiàn)實(shí)物流環(huán)境相對(duì)應(yīng)的物流設(shè)備模塊。模型模塊面向?qū)ο箝_發(fā)、各有與自身結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)屬性表。使用時(shí)只需按要求對(duì)其屬性做相應(yīng)調(diào)整即可，無需進(jìn)行復(fù)雜編程。

RaLC物流仿真軟件具有命令豐富、高度智能化的作業(yè)管理器模塊，具備編輯作業(yè)人員作業(yè)內(nèi)容、控制設(shè)備的復(fù)雜邏輯等強(qiáng)大功能，可以全面表現(xiàn)物流配送中心進(jìn)貨、入庫、分類、揀選、加工、出庫、運(yùn)輸?shù)人信c貨物處理相關(guān)的設(shè)備及人員的詳細(xì)作業(yè)流程，虛擬的作業(yè)人員具備障礙物繞行、自動(dòng)識(shí)別最短路徑、命令指示行動(dòng)路線和實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同工作的高度智能。該軟件可利用真實(shí)物流數(shù)據(jù)制作出商品、進(jìn)貨、入庫、庫存、揀選、分類、包裝、補(bǔ)貨、出庫等一系列數(shù)據(jù)文件來驅(qū)動(dòng)模型，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)完整意義的仿真，再現(xiàn)物流場(chǎng)景。

RaLC物流仿真軟件包帶有仿真數(shù)據(jù)分析工具，通過解析模型日志，可以得到設(shè)備的能力圖、作業(yè)時(shí)間分布圖、作業(yè)內(nèi)容分布圖等數(shù)據(jù)圖表。以此反映物流配送中心的總體運(yùn)行情況，為改善決策提供有力參考依據(jù)。特別值得指出的是，RaLC物流仿真軟件在對(duì)人員的工作情況分析上，可以詳細(xì)劃分人員的行為和工作結(jié)構(gòu)。從而可以改善作業(yè)人員的行為方式和工作方法。

3 結(jié)束語

在物流園區(qū)規(guī)劃中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以把現(xiàn)有的或正在規(guī)劃中的物流配送中心或工廠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中建成虛擬的3D動(dòng)畫模型，以實(shí)現(xiàn)一種以3D動(dòng)畫為載體，集作業(yè)人員、搬運(yùn)設(shè)備、貨物、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息合為一體的系統(tǒng)仿真平臺(tái)，真實(shí)地再現(xiàn)整個(gè)物流系統(tǒng)，為物流園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)和改善提供有效的可視化手段，避免了建立實(shí)體模擬系統(tǒng)的投資，減少了設(shè)計(jì)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(bào)告資源利用率，從而校驗(yàn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，提高系統(tǒng)方案的可行性和科學(xué)性。

[1]國家國內(nèi)貿(mào)易局,等.GB/T18354-2006，物流術(shù)語（修訂版）[EB/OL].(2011-10-14)[2012-04-15].http://wenku.com/view/d181b3d6360.cbalaa811dafl.html.

[2]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(bào)，2008(3):35.