基于VR 的虛擬測試技術(shù)與應(yīng)用策略

董琰 宜興高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

現(xiàn)階段我國對VR 技術(shù)的研究正在不斷深入。通過對VR 技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可以為用戶提供多通道人機(jī)界面、真實(shí)化的交互操作、三維視覺空間。結(jié)合對現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)、動態(tài)模擬，可以構(gòu)建出真實(shí)的動態(tài)環(huán)境，在滿足用戶心理需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)VR 技術(shù)作用與價(jià)值的重復(fù)體現(xiàn)。當(dāng)然，VR 技術(shù)的應(yīng)用還起到轉(zhuǎn)變?nèi)藗冃畔@取方式的作用，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)人機(jī)交互效果提升的目的?；赩R 的虛擬測試技術(shù)，屬于新型測試技術(shù)。通過將產(chǎn)品進(jìn)行虛擬環(huán)境的模擬，并進(jìn)一步在虛擬環(huán)境中對產(chǎn)品性能進(jìn)行模擬，能夠起到測試效果提升的作用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)概念

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分析

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又稱之為VR 技術(shù)，是指通過對顯示設(shè)備、控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維環(huán)境的生成，并為人們提供沉浸感的一種交互技術(shù)。當(dāng)然，VR 還可以被定義為通過計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的一種模擬系統(tǒng)，并且所構(gòu)建的虛擬世界可以獲取一定體驗(yàn)感。VR 通過虛擬環(huán)境，對用戶的視覺、觸覺、味覺、聽覺、嗅覺產(chǎn)生作用，讓用戶得到身臨其境的感覺。VR 技術(shù)的組成包括了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能接口技術(shù)、多傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)、語音處理技術(shù)等，這使得VR 技術(shù)自身具備綜合性高新技術(shù)，也正是因此，VR 技術(shù)在現(xiàn)階段我國各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)分析

就虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)而言，是指在VR 技術(shù)、測試技術(shù)綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)上，所研發(fā)的一種新型測試技術(shù)，其目的是實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)測試方式的創(chuàng)新和拓寬。與其他虛擬技術(shù)相似，虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)可以適用于通用的測試目的中，可以對相關(guān)測試信息（包括測試傳感信息、測試對象信息、測試系統(tǒng)信息等）進(jìn)行有效表達(dá)。通過對相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件和軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對虛擬測試系統(tǒng)的構(gòu)建，并基于對測試系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，對測試過程進(jìn)行多方面的優(yōu)化和仿真分析。

虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)的應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）該技術(shù)所具備的虛擬測試系統(tǒng)可以進(jìn)行物理測試的體現(xiàn)，并且該技術(shù)具備全面模擬功能以及仿真物理測試功能，應(yīng)用該測試技術(shù)可以幫助人員進(jìn)行物理測試系統(tǒng)的再現(xiàn)。（2）虛擬測試系統(tǒng)在一定程度上要優(yōu)越于物理測試系統(tǒng)，因?yàn)樘摂M測試系統(tǒng)具備虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化等優(yōu)勢，所以在實(shí)際物理測試中無法得到實(shí)踐的設(shè)想可以利用虛擬測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐，從而大幅度提升物理測試效果。（3）該測試系統(tǒng)可以進(jìn)行物理測試系統(tǒng)的靜態(tài)體現(xiàn)，并且可以通過智能化互動的方式進(jìn)行物理測試系統(tǒng)優(yōu)化，在強(qiáng)化人們對物理測試系統(tǒng)認(rèn)知的同時(shí)，促進(jìn)人們物理測試認(rèn)知的升華。（4）虛擬測試系統(tǒng)可以進(jìn)行物理測試過程的模擬，并且通過虛擬測試與物理測試系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對半實(shí)物測試的模擬。也正因此，可以體現(xiàn)出物理測試系統(tǒng)包含在虛擬測試系統(tǒng)之中。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)特點(diǎn)

如圖一所示，虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)組成包括測試技術(shù)、仿真技術(shù)、VR 技術(shù)，其知識體系也是上述領(lǐng)域?qū)W科的融合。

圖一：虛擬測試技術(shù)組成

而針對虛擬測試技術(shù)的應(yīng)用，其特點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）虛擬測試系統(tǒng)注重用戶操作。通過對虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)用戶從測試觀察者的轉(zhuǎn)變?yōu)闇y試的參與者，可以促使用戶自身的創(chuàng)造性思維得到充分的發(fā)揮和體現(xiàn)。而在具體參與過程中，其參與形式具體包括系統(tǒng)仿真結(jié)果分析階段的對“測試物”的調(diào)試和分析；虛擬環(huán)境中需要進(jìn)行的相關(guān)操作和控制決策的響應(yīng)。（2）人機(jī)接口有著較強(qiáng)的交互通訊能力。通過對VR 技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，大幅度提升測試系統(tǒng)的人際交互通訊能力，為相關(guān)工作人員工作的開展提供更為自然和柔性的人際交互接口，使工作人員的創(chuàng)造和創(chuàng)新能力有了更大的發(fā)展空間。（3）數(shù)據(jù)輸出與測試形式多樣化。在通常情況，以往工程仿真計(jì)算結(jié)果的表現(xiàn)形式多為數(shù)據(jù)、表格以及曲線等。雖然測試的結(jié)果精準(zhǔn)，但是對于測試參與者來說缺少一定的直觀性和真實(shí)感。如果運(yùn)用虛擬測試系統(tǒng)進(jìn)行測試，不僅可以得到傳統(tǒng)檢測方法下的精準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果，測試人員還可以通過聲音和圖像等形式，“真實(shí)”體驗(yàn)整個(gè)測試過程。這有助于強(qiáng)化工作人員對測試結(jié)果的理解與掌握。同時(shí)這種虛擬測試技術(shù)對于非專業(yè)的決策者來說，無疑為其決策提供了較為直觀的“使用”體驗(yàn)。

三、虛擬測試技術(shù)框架體系

VR 虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)的主要構(gòu)成包括：（1）虛擬生成器，主要功能是進(jìn)行三維立體圖像的生。（2）虛擬測試平臺，主要功能是進(jìn)行現(xiàn)實(shí)環(huán)境信息、測試系統(tǒng)信息的接受，并對測試過程進(jìn)行控制和規(guī)范以及用戶交互。（3）虛擬儀器模塊，主要功能是進(jìn)行虛擬或現(xiàn)實(shí)測試系統(tǒng)信息的接收，并對相關(guān)信號進(jìn)行處理。（4）立體視覺模塊，主要功能進(jìn)行動態(tài)環(huán)境的構(gòu)建。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要包括測試數(shù)據(jù)庫、場景數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫等。（6）測試設(shè)備，主要作用是進(jìn)行現(xiàn)實(shí)對象和設(shè)備與虛擬測試的結(jié)合。（7）用戶，是指系統(tǒng)開發(fā)人員或者是測試的參與人員。

圖二：虛擬測試技術(shù)構(gòu)成

四、 虛擬現(xiàn)實(shí)測試技術(shù)的應(yīng)用策略

（一）專用虛擬測試技術(shù)的應(yīng)用

專用虛擬測試技術(shù)多應(yīng)用于制造廠商對其生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行檢測。目前專用虛擬測試技術(shù)在汽車操作穩(wěn)定性中得到良好的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對車輛駕駛機(jī)理、參數(shù)的有效調(diào)整。在具體應(yīng)用過程中，首先需結(jié)合對汽車操作穩(wěn)定性現(xiàn)狀的分析，構(gòu)建虛擬測試系統(tǒng)根，確保其虛擬測試系統(tǒng)滿足汽車開發(fā)制造的實(shí)際需求，而后在保障測試結(jié)果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對仿真結(jié)果真實(shí)性的提升。在測試過程中，首先虛擬測試平臺通過對零器件參數(shù)等復(fù)雜數(shù)據(jù)的分析，將成品汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)以圖像的方式進(jìn)行直觀性體現(xiàn)。通過測試系統(tǒng)所得出的圖形、動靜態(tài)、顏色等畫面的真實(shí)體現(xiàn)，幫助相關(guān)工作人員理解測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，查找問題發(fā)生的原因。而后虛擬測試系統(tǒng)通過對汽車生產(chǎn)全過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過模擬不同情況下整車的組裝，來確定組裝流程對汽車穩(wěn)定性所造成的影響，進(jìn)而幫助相關(guān)工作人員可以直觀了解最佳組裝流程和細(xì)節(jié)的把控。最后在操控環(huán)節(jié)，通過虛擬測試系統(tǒng)相關(guān)工作人員可以直觀了測試環(huán)境對汽車穩(wěn)定性所造成的影響，找出汽車操作穩(wěn)定性中存在的弊端問題，通過對相關(guān)解決策略和方案的制定，進(jìn)而大幅度提升汽車操作穩(wěn)定性，并提高汽車懸架系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性與科學(xué)性，進(jìn)而提高汽車生產(chǎn)制造質(zhì)量。

虛擬測試技術(shù)的應(yīng)用，做到從小到大、從局部到全面的發(fā)展歷程，在汽車操作穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)過程中都得到深入應(yīng)用。汽車操作穩(wěn)定性試驗(yàn)在虛擬測試技術(shù)應(yīng)用的背景下，逐漸從外場、實(shí)物試驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模式及其實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，通過對虛擬測試領(lǐng)域新成果的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對汽車操作穩(wěn)定性的科學(xué)分析和設(shè)計(jì)，進(jìn)而最短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對最低成本且較優(yōu)性能汽車的設(shè)計(jì)。在具體測試過程中，針對車輛操作穩(wěn)定性的虛擬測試實(shí)驗(yàn)，就是利用相關(guān)汽車運(yùn)動學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行汽車模型的構(gòu)建。在整個(gè)測試中，汽車模型只存在于驅(qū)動虛擬環(huán)境中。然后在計(jì)算機(jī)顯示器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)狀態(tài)變化的顯示和映射，再結(jié)合對相關(guān)交互手段的應(yīng)用，進(jìn)而讓用戶在實(shí)際虛擬測試中體會到身臨其境的感覺。

當(dāng)然，在操縱穩(wěn)定性測試中，其測試方案為“人在回路”方案，基于對VR 技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行虛擬測試平臺的構(gòu)建，并且在測試平臺中對汽車操縱相關(guān)條件進(jìn)行輸入，然后以此為基礎(chǔ)開展汽車蛇行試驗(yàn)、雙移線試驗(yàn)等，進(jìn)而分析車輛在不同條件和參數(shù)變化的背景下，其汽車懸架系統(tǒng)的表現(xiàn)具體情況，從而實(shí)現(xiàn)對汽車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析。

（二）通用虛擬測試技術(shù)的應(yīng)用

通用虛擬測試技術(shù)多用于個(gè)人或小企業(yè)，一般是由某測試提供商提供的，對某類測試的較為成熟的架構(gòu)和核心，只是測試控制或極少部分測試數(shù)據(jù)庫是按照用戶要求制定。

就VR 顯示方面而言，由于系統(tǒng)的差異使得不同VR 系統(tǒng)所需的硬件需求存在一定的差異，具體包括桌面系統(tǒng)和寬屏幕投影系統(tǒng)。桌面系統(tǒng)具有小巧、精煉等特點(diǎn)，具有廣泛推廣優(yōu)勢，并適合單人應(yīng)用。現(xiàn)階段，VR 桌面系統(tǒng)因?yàn)槌杀驹靸r(jià)相對較低，再加上我國計(jì)算機(jī)行業(yè)的迅猛發(fā)展，被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，包括地理、生物、氣象等領(lǐng)域[8]。VR 桌面系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)能夠滿足通用虛擬測試技術(shù)的需求方的需求，因此通用虛擬測試技術(shù)多運(yùn)用VR 桌面系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

目前通用虛擬測試技術(shù)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)虛擬無損檢測中。通過對虛擬無損檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)無損檢測任務(wù)的有效完成。而針對虛擬無損檢測系統(tǒng)而言，其主要工作原理是基于同一Web Page下，以JavaApplet 為控制核心，將JavaApplet 與VRML 進(jìn)行融合，同時(shí)利用Java 小程序進(jìn)行測試計(jì)算。該系統(tǒng)主要工作過程體現(xiàn)在：用戶先利用HTML 進(jìn)行VRVT 系統(tǒng)的啟動，然后結(jié)合具體情況進(jìn)行功能選擇，隨后系統(tǒng)會呈現(xiàn)出三維構(gòu)造狀態(tài)，并動態(tài)化顯示。然后利用Java 小程序進(jìn)行計(jì)算，最終形成動態(tài)化顯示。通過此類架構(gòu)和控制核心，只要修改用于測試的Java 小程序，就能夠有效完成不同的無損檢查任務(wù)。

五、結(jié)束語

總而言之，VR 虛擬測試技術(shù)的不斷深入研發(fā)，已經(jīng)在我國工業(yè)、航空、軍事等領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用。但是受到科學(xué)技術(shù)的限制，使得VR 虛擬測試技術(shù)的研發(fā)仍存在些許問題，需要通過對其技術(shù)的不斷創(chuàng)新研發(fā)，來最大化發(fā)揮出VR 虛擬測試技術(shù)的作用和價(jià)值。