基于虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)的仿真實驗研究

張玉伽 裴福玉 張立新 閆曉桂 宮曉博

摘 要： 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真實驗研究領(lǐng)域獲取了較好的推動力，本文就對基于虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)的仿真實驗研究進(jìn)行簡單的分析和論述，以期通過本文章的研究為我國仿真實驗研究提供有價值的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實；仿真實驗；研究

【中圖分類號】 G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】 2236-1879 （2017）20-0016-01

就目前的形式來看，VR技術(shù)已然成為了當(dāng)今時代的主流，并且成了目前顯示設(shè)備的一種重要發(fā)展方向，對于VR相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和研究需要我們給予更高的重視。從硬件上來看，本文章所研究的論點，在硬件上已經(jīng)擁有了較為先進(jìn)的VR交互設(shè)備，并且我國國內(nèi)也擁有一些國家級機(jī)械基礎(chǔ)及裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心。此外，目前我國的制度建設(shè)和規(guī)范建設(shè)，以及我國目前的實驗研究熱潮，都為本文章所研究的問題提供了較為有利的開展條件和開展基礎(chǔ)。而目前我國在理論研究方面還比較欠缺，缺乏比較調(diào)理的理論研究和論述，基于此本文就對基于虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)的仿真實驗研究進(jìn)行闡述。

1.虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，全稱為Virtual Reality，簡稱VR，其是由美國VPL公司創(chuàng)始人JaronLanier在二十世紀(jì)八十年代提出來的，其具體的內(nèi)涵是，通過利用計算機(jī)的圖形系統(tǒng)和現(xiàn)實及控制接口設(shè)備，在計算機(jī)上生成一個可交互的三位環(huán)境，并提供給用戶一種沉浸感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種能夠創(chuàng)造和體驗虛擬世界的一種計算機(jī)仿真系統(tǒng)，能夠利用模擬環(huán)境和利用源信息融合的交互式三位動態(tài)視影以及實體行為系統(tǒng)仿真使用的設(shè)備。2016年是世界VR產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一點，在如今機(jī)械行業(yè)行業(yè)材料加工精度越來越高的前景下，以及目前機(jī)械行業(yè)實驗中高耗能和高耗材的加工要求，為了能夠?qū)崿F(xiàn)實驗成本的降低和實驗失誤率的降低，VR技術(shù)的高仿真度虛擬技術(shù)就成為了現(xiàn)代實驗室模擬實驗的重要技術(shù)水平，通過還原真實的實驗數(shù)據(jù)，通過反復(fù)的使用，保證了其高利用率和易維護(hù)等優(yōu)勢。

2.模擬仿真實驗設(shè)計要求

模擬指的是在交互的控制狀態(tài)之下，對某一現(xiàn)象或者某一過程進(jìn)行表現(xiàn)和展示，根據(jù)所需表現(xiàn)的現(xiàn)象，我們可以將模擬分為物理現(xiàn)象模擬、過程變化模擬、程序性模擬以及情形性模擬。一般模擬工作都是通過計算機(jī)輔助真實現(xiàn)象來進(jìn)行的，在物理現(xiàn)象的模擬之中，將真實的現(xiàn)象或過程中的某一個規(guī)律在屏幕上的表現(xiàn)，來為研究者和學(xué)習(xí)者們?nèi)W(xué)習(xí)和研究，比方說在一些光學(xué)傳播等問題的研究時就可以通過模擬仿真實驗來進(jìn)行。過程變化模擬，通常是研究者像學(xué)習(xí)者進(jìn)行過程概念解釋和講解的過程，一般物理變化模擬和過程變化模擬都是一些不可人為隨意干預(yù)的模擬實驗。在程序性模擬的研究上，可以通過構(gòu)成過程行為或動作順序，來構(gòu)建起相應(yīng)的步驟序列，并依此來供給研究學(xué)者們進(jìn)行學(xué)習(xí)或者訓(xùn)練。情境性模擬多指的是在不同的情形之下，根據(jù)不同研究需求和非技能行為，來進(jìn)行一系列的模擬教學(xué)系列，并為研究者進(jìn)行某一特種情形的展示。通常情況下模擬仿真實驗多為物理現(xiàn)象模擬和過程變化模擬。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們能夠運(yùn)用自然界中的不同現(xiàn)象與過程來進(jìn)行模擬顯示。并通過建立模擬實驗來實現(xiàn)對現(xiàn)象的隨時觀察，確保實際實驗的結(jié)果和現(xiàn)象能夠更加的清晰，對于仿真模擬實驗而言，研究者能溝通通過觀察實驗來了解實驗的變化發(fā)生以及現(xiàn)象演變，可以通過是監(jiān)控昂志或者觀察空間的擴(kuò)大和縮小來實現(xiàn)對某些條件及參數(shù)的實現(xiàn)對比調(diào)整，并對當(dāng)前的狀態(tài)說明解釋給予一定的隨時觸發(fā)能力。模擬仿真試驗的研究效果，能夠較好的調(diào)動起研究者的觀察能力和觀察效率，并讓抽象的概念及規(guī)則能夠具象化表現(xiàn)，在模擬實驗下，還能夠避免真實實驗失誤下導(dǎo)致的資源浪費(fèi)問題，且能夠避免了真實實驗下可能產(chǎn)生的一些危害。基于此，我們在進(jìn)行模擬仿真實驗設(shè)計的時候，就需要充分的考量到其模擬實驗的重要性，并將構(gòu)建主義理論與實驗設(shè)計進(jìn)行結(jié)合，通過建立起良好的計算機(jī)模擬物理實驗以及對實驗進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，來實現(xiàn)模擬仿真實驗?zāi)繕?biāo)明確和良好發(fā)展，并對交互控制下的現(xiàn)象、過程、機(jī)制、原理等內(nèi)容進(jìn)行交互性的增強(qiáng)，讓實驗觀察者能夠更好的對模擬實驗的狀態(tài)、變化過程、影響因素、概率特點等方面進(jìn)行動態(tài)細(xì)致的觀察和思考。

3.基于虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)的仿真實驗建設(shè)內(nèi)容

3.1虛擬現(xiàn)實實驗室模型建設(shè)。

構(gòu)建VR虛擬實驗室的主要任務(wù)是構(gòu)建虛擬實驗室的三維模型。這個過程分為DVS3D，Unity3d，VRP Builder等軟件學(xué)習(xí)；實驗室參數(shù)和設(shè)備參數(shù)采集；虛擬實驗室3D模型建立三個步驟。首先，我們需要學(xué)習(xí)使用VR模型開發(fā)語言和相關(guān)的開發(fā)軟件，選擇和購買支持VR硬件設(shè)備的軟件開發(fā)，然后確定開發(fā)的實驗室類型，然后進(jìn)行實地調(diào)查以獲得相關(guān)參數(shù)。最后根據(jù)所收集的參數(shù)構(gòu)建虛擬實驗室VR模型。公司位于：

3.2人與虛擬場景的交互仿真。

這部分的研究目的是模擬構(gòu)建的VR虛擬實驗?zāi)Ｐ团c人體運(yùn)動指令之間的相互作用。在構(gòu)建的虛擬實驗室模型中插入觸發(fā)功能，使人體可以使用VR硬件設(shè)備控制實驗室設(shè)備，儀器相關(guān)的變量觸發(fā)。另外，VR交互設(shè)備的選擇也是與軟硬件兼容，實現(xiàn)其中一個要控制的要點。公司位于：

3.3已經(jīng)建成了虛擬現(xiàn)實實驗室的遠(yuǎn)程應(yīng)用。

在開發(fā)VR虛擬實驗室和相關(guān)的交互觸發(fā)功能后，我們可以利用這個程序開發(fā)一個虛擬的實驗室教學(xué)系統(tǒng)，使用學(xué)校機(jī)房的主機(jī)服務(wù)器，并可以在校園網(wǎng)上遠(yuǎn)程登錄。這部分研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)控制工程，致力于開發(fā)這種網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)及其教學(xué)用途。

4.總結(jié)

通過本文章的研究，旨在為我國的仿真實驗建設(shè)提供有價值的理論參考依據(jù)，并通過本文章的論述，將虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)下的仿真實驗構(gòu)建以及人體與虛擬場景的仿真交互等方面進(jìn)行深入的研究。

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