構(gòu)建虛擬現(xiàn)實軟硬件實訓平臺研究

劉毅 代一帆

摘 要：隨著信息技術不斷發(fā)展， 計算機應用領域越來越廣泛， 虛擬現(xiàn)實技術已運用到社會的各個方面。伴隨著虛擬經(jīng)濟時代的到來，高等院校所開設的專業(yè)也在發(fā)生較大變化，在計算機相關專業(yè)中，已經(jīng)出現(xiàn)了與虛擬現(xiàn)實為中心的相關專業(yè)，相關專業(yè)畢業(yè)生能在教育、科研、企事業(yè)等單位從事與虛擬現(xiàn)實相關的系統(tǒng)維護、虛擬程序開發(fā)等相關工作，相關工作崗位包括虛擬現(xiàn)實開發(fā)工程師、交互設計師、虛擬模型設計師等。本文就虛擬現(xiàn)實技術軟硬件平臺的搭建作系統(tǒng)論述。對該技術軟硬件平臺進行研究。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實、軟硬件平臺、實訓平臺、研究

仿真技術的一個重要方向就是虛擬現(xiàn)實技術，簡稱VR技術， VR技術是仿真技術、計算機圖形學、傳感技術等多種技術的集合。VR技術包括感知、模擬環(huán)境、傳感設備等。VR技術能創(chuàng)建一個具有觸、視、聽、嗅、味等多種感知的計算機系統(tǒng)。借助各種交互設備，讓我們沉浸于虛擬現(xiàn)實環(huán)境當中，并且能與虛擬環(huán)境中的實體進行交互，讓我們產(chǎn)生一種近似于真實環(huán)境的體驗。

我校將虛擬現(xiàn)實實訓室（簡稱VR實訓室）按照功能分為兩個區(qū)域，VR實訓區(qū)和VR研發(fā)區(qū)，分區(qū)情況如下圖所示：

VR研發(fā)區(qū)依賴新型的VR技術及相關設備，通過VR頭顯等設備支持，提供逼真的虛擬現(xiàn)實體驗，同時提供高級研發(fā)功能。VR實訓區(qū)主要功能包括學生隨時隨地進行VR知識的學習，以及VR基礎模型開發(fā)、虛擬實訓等。也可為我校計算機專業(yè)其他實訓課程使用，現(xiàn)就VR研發(fā)區(qū)與VR實訓區(qū)軟硬件平臺作如下研究。

VR實訓區(qū)定位為完成與虛擬現(xiàn)實基礎建模相關的實訓，主要硬件設備為高端配置計算機60臺套。在制作VR基礎場景建模時，我們關心的問題是軟件的適用性、可操作性。操作難度較大的話，即使軟件的性能較好、價格較低， 也很難得到我們的認可。3DSMAX制作流程相較為簡單。因此我們采用當前比較流行的3dsmax軟件作為虛擬場景建模軟件。

而在VR實訓區(qū)硬件配置上，我們也需要作了優(yōu)化，當前有如深信服桌面云等比較流行的桌面云解決方案，，能將原來在計算機上的桌面、相關數(shù)據(jù)等全部集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，然后通過桌面交付協(xié)議，將生成的操作系統(tǒng)界面?zhèn)魉徒o前端的接入設備，這些接入設備包括普通計算機、云終端、筆記本、智能終端等。桌面管理更高效，用戶訪問更靈活。但是桌面云對于創(chuàng)建虛擬模型感覺還是有點力不從心。分布在每臺計算機上的硬件資源相對較少。創(chuàng)建虛擬模型耗費較大內(nèi)存空間及CPU資源，操作不是很流暢。

虛擬現(xiàn)實硬件實訓平臺我們還是考慮傳統(tǒng)的計算機硬件配置。首先我們考慮品牌機，當前市場占有率較高的品牌機包括聯(lián)想、戴爾、惠普、清華同方等。如果運用3dsmax建虛擬場景的話，我們需要配置高性能計算機。3dmax對計算機顯示性能要求較高，需要配置較好的顯卡、主板、CPU、內(nèi)存等。建議CPU≧I5，內(nèi)存≧16G，顯卡顯示性能優(yōu)越，顯卡價格2000元以上。在這些品牌計算機中，滿足此配置的計算機基本價格都在1萬元以上，這對于我們來說性價比不高，因此我們選擇配置兼容機。

我校VR實訓區(qū)計算機配置情況為：英特爾Core i5-7500@3.4Ghz四核CPU，華碩prime B250-A主板， DDR4 16G內(nèi)存，三星256G（固態(tài)）+希捷2T硬盤， NVIDIA Geforce GTX 1070顯卡，三星22寸顯示器，主板自帶聲卡。這種計算機配置對于我們制作虛擬場景來說已經(jīng)足夠。接下來我們談一談配置的網(wǎng)絡環(huán)境， 交換機為H3C 24口千兆，交換容量達192G，包轉(zhuǎn)發(fā)：42Mpps，支持端口限速，端口聚合，支持802.1q和端口VLAN，支持web網(wǎng)管。千兆網(wǎng)絡環(huán)境，能確保學生機同傳數(shù)據(jù)快速、高效。有了良好的計算機硬件環(huán)境，必須有與之匹配的軟件環(huán)境，接下來我們做了很多嘗試與研究。

剛開始安裝了Windows7操作系統(tǒng)，出現(xiàn)了許多問題，安裝時我們采用了GPT分區(qū)模式安裝操作系統(tǒng)。GPT的意思是全局唯一標識磁盤分區(qū)表。GPT是一種更加先進、新穎的磁盤組織方式，通過UEFI啟動。因有更強的兼容性而被廣泛使用。在安裝過程中發(fā)現(xiàn)GPT分區(qū)模式不能安裝Windows 7操作系統(tǒng)，后來改用傳統(tǒng)的MBR分區(qū)模式，MBR本意是“主引導記錄”，它是存在于磁盤驅(qū)動器開始部分，是系統(tǒng)的啟動扇區(qū)。它包含已安裝的操作系統(tǒng)相關的系統(tǒng)信息，通過小段代碼啟動系統(tǒng)。如果MBR信息損壞或誤刪除，Windows系統(tǒng)就不能正常啟動。通過更改硬盤分區(qū)模式，Windows7操作系統(tǒng)順利安裝成功。

MBR分區(qū)模式最大的缺點是不支持容量大于2T的硬盤。由于硬件與操作系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代， 這種搭配逐漸被淘汰。我們考慮到可擴展性，決定改用GPT分區(qū)模式，安裝Windows10操作系統(tǒng)教育版。接下來安裝與制作虛擬場景相關的軟件比較順利。VR實訓區(qū)軟硬件環(huán)境完美解決。

VR研發(fā)區(qū)在硬件配置上，采用了英特爾（Intel） i7 8700K 酷睿六核處理器，32G大內(nèi)存，GTX1080顯卡，能夠滿足我們通過Unity3D軟件制作后期虛擬現(xiàn)實場景及虛擬場景展示。該區(qū)域能夠運用Photoshop、CorelDRAW、Illustrator、Office、WPS、After Effect、Premiere、Audition 以及3ds max、maya、C4D 等大型三維軟件處理虛擬現(xiàn)實場景后期處理。我們采購了室內(nèi)設計系統(tǒng)軟件，能通過智能參數(shù)化設計功能，驅(qū)動設計方案快速生成3D 效果圖，平面圖，施工圖等。實現(xiàn)開發(fā)VR 全景校園、 VR/AR 通信業(yè)務（3個）全流程體驗等綜合項目。同時采購了3D 打印設備與耗材，提供3D 打印環(huán)境支持。

虛擬現(xiàn)實展示硬件設備主要包括輸入設備、輸出設備。

輸入設備一種是基于自然的交互設備，主要作用是用于對虛擬世界信息的輸入。另一種是用于三維定位的跟蹤設備，主要作用是在三維空間中的位置進行判定，然后送入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中。主要輸入設備包括：VR手柄、VR手套、計算機視覺的手勢輸入設備、全身動作捕捉等。

輸出設備主要是感知設備。感知設備的作用是將虛擬世界中各種感知信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿怂芙邮艿男盘?，人與虛擬環(huán)境進行交互的實現(xiàn)形式較多，現(xiàn)階段主要是基于聽覺、視覺、力覺感知的設備。按照VR輸出形式可以分為三種：移動端VR、PC端VR和一體機VR。移動端VR關企業(yè)產(chǎn)品包括谷歌 Cardboard、三星 Gear VR、暴風魔鏡、暴風科技等。PC端VR設備包括Oculus Rift、HTC Vive、SonyPlaystation VR等。

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