虚拟仿真CA VE 系统目录一、系统概述 (3)1.1、系统设计背景 (3)1.2、系统建设目标 (4)1.3、系统建设方法与原则 (4)1.3.1、标准化原则 (4)1.3.2、实用性和易用性原则 (4)1.3.3、开放性与可扩展性原则 (4)1.3.4、先进性和前瞻性原则 (5)二、系统总体架构 (5)2.1、系统概述 (5)2.2、硬件部分 (6)2.2.1、立体投影系统 (6)2.2.2、跟踪捕捉系统 (9)2.2.3、图形集群与综控系统 (11)2.3、软件部分 (13)2.3.1、Vizard 仿真引擎介绍 (13)2.3.2、三维模型制作规范 (18)三、售后服务与保证 (20)3.1、质量保证期 (20)3.2、售后服务计划 (20)四、系统培训 (21)4.1、培训计划 (21)4.2、操作培训 (22)一、系统概述1.1、系统设计背景虚拟现实系统Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真。
是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。
虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
VR 是一项综合集成技术，涉及计算机图形学, 人机交互技术, 传感技术, 人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。
使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D 世界影像传回产生临场感。
该技术集成了计算机图形(CG) 技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
虚拟现实系统的主要特征是：多感知性（Multi-Sensory ）、浸没感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）。
这些使操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。
通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。
身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。
VR 技术问世以来，为人机交互界面开辟了广阔的天地，带来了巨大的社会、经济效益。
在当今世界上，许多发达国家都在大力研究、开发和应用这一技术，积极探索其在各领域中的应用。
VR 技术目前在军事、航空、医学、机器人、娱乐业的应用占主流地位;其次是教育、艺术和商业方面;另外，在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重，并且现在的应用也越来越广泛。
VR 技术在各个领域中也得到了广泛的应用。
1.2、系统建设目标虚拟仿真CA VE 系统项目，系统采用最新的Virtual Reality（VR）技术，结合实际空间上搭建的4 面CA VE 幕框架，营造前面、左面、右面和地面的四面虚拟沉浸空间，参观者如同身临其境的感觉。
系统将集成计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能技术、传感技术、立体显示技术、网络并行处理技术等技术的最新成果，建成一个行业内领先的科研成果展示平台和学术交流平台。
1.3、系统建设方法与原则1.3.1、标准化原则虚拟仿真CA VE 系统在建设过程中遵守有关国家和行业标准，虚拟场景采用三维软件行业标准的建模工具和软件统一建模，数据模型标准统一，为后续扩展和使用提供标准保障。
1.3.2、实用性和易用性原则从用户的实际业务需求出发，系统建设满足当前项目的展示需求，按照人体工程学的要求，结合立体眼镜和交互手柄，营造虚拟仿真CA VE 系统环境。
系统建设坚持简单化、人性化设计理念，充分考虑立体空间中的沉浸感和空间中的交互操作，系统界面力求简洁、清晰、友好、实用，保证用户操作简单易行。
1.3.3、开放性与可扩展性原则系统建设采用标准的硬件接口和软件协议，系统设计遵循开放性原则，满足不同交互设备在标注接口和技术协议下协同工作。
系统的软件平台采用国外先进的仿真引擎，提供标准的三维模型接口，提供丰富的API 接口，可直接兼容HLSL 等高级着色语言。
1.3.4、先进性和前瞻性原则系统开发选择当今主流技术，采用思路新颖的管理方法和原则进行系统规划建设。
二、系统总体架构2.1、系统概述根据项目要求，本系统采用四通道CA VE 投影系统，包括3 通道里面投影和1 通道地面投影，分别处在观看者的前（主幕）、右（侧幕）、左（侧幕）、下（地幕）四个方向，互成90 度，主幕和侧幕采取背投的方式，地幕采取正投的方式（采取一次反射的方式）；单通道显示尺寸：3840mm×2400mm；单通道分辨率：WUXGA（1920×1200）。
系统平面布局示意如图2.1 所示。
图2.1 CAVE 系统平面布局示意图本系统选用CHRISTIE Mirage WU7K-J 投影机、CHRISTIE 主动式立体发射装置和立体眼镜，选用ART 公司跟踪系统，采用5 台HP Z820 型号高性能图形工作站组成的图形集群系统，满足系统主体硬件部分的系统架构。
图2.2 是系统搭建完毕的雏形示意图。
图2.2 CAVE 系统雏形示意以下将从系统硬件部分、软件部分及系统集成部分进行详细的技术参数说明和方案阐述。
2.2、硬件部分2.2.1、立体投影系统1、投影机部分本系统采用Christie Mirage WU7K-J 投影机，WU7K-J 是美国科视公司推出的一款的中等亮度的专业投影机，它是一款三片DLP 技术氙灯光源的投影机，而且分辨率为真正WUXGA＋，1920×1200，投影机亮度大于6300ANSI 流明（6950 中心流明），该机型具有图像显示色彩鲜艳、画面清晰、锐利和成像设备无烧坏死、免维护等特点，核心部件（DMD™）寿命超过10 万小时。
科视J 系列采用DLP®技术，具有高亮度、高可靠性和低成本的特征。
科视M 系列投影机具备如下标准功能特点：①是采用以DLP 为核心技术的一体化投影机。
②是采用三片黑色DMD，单屏物理分辨率为1920×1200。
③是采用1.0KW 氙灯，经济使用寿命可达1500 小时。
④投影机具有12Bit 灰度等级，支持完全彩色。
画面对比度2000：1。
⑤是采用了密封防尘引擎和光学元件，J 系列投影机工作时不需要过滤装置。
由于灰尘无法影响系统，所以不需要过滤装置，图像品质得以保持，维护成本很低。
可移动的侧面板便于为暴露在恶劣环境中的投影机添加防粗灰尘和烟雾液的过滤器。
⑥Christie TwistTM 是J 系列各款投影机的标准配置，可以对多个弯曲图像进行黑白无缝融合，比通过传统的手动方式更快速、更容易。
采用便于使用的图形用户界面进行控制，用户可以对多个弯曲图像进行快速控制，实现无缝边缘融合或堆叠。
图像可以变形，适应任何尺寸或形状的显示画面。
⑦LiteLOCTM 功能可以自动管理显示画面的亮度，便于用户匹配拼接式或融合式组合中多台投影机的亮度。
这个反馈系统可以持续监控灯泡亮度，以便系统在经过自然减弱的过程时可以通过提高功率来维持稳定一致的灯泡亮度。
2、屏幕部分：根据系统要求，CA VE 系统设计采用四通道：包括3 通道立面投影1 通道地面投影，分别处在观看者的前（主幕）、右（侧幕）、左（侧幕）、下（地幕）四个方向，互成90 度，主幕和侧幕采取背投的方式，地幕采取正投的方式；单通道显示尺寸：3800mm×2400mm（或者3200mm×2400mm）；单通道分辨率：WUXGA（1920×1200）。
根据目前国内投影市场产品技术及服务比较，我们选用美国Stewart 公司的背投/正投幕及科视的专业结构产品。
Stewart 提供了完美的均匀性并消除可能的局部高度明亮。
实现多个投影机使用达到完美的效果。
它具有卓越的对比度，色彩饱满而厚重，显示色阶得到增强，无论是高光位层次,还是暗部细节，都可以展现无遗。
即便是对那些背景为连续明暗场景切换的场景序列来说，也能够无比清晰的真实再现每个场景细节。
屏幕均具有光学结构，充分发挥投影机与屏幕相结合的最佳效果；能满足整套显示得要求，能够提供良好的亮度和色彩均匀性。
3、机械结构部分根据系统要求，机械结构按如下要求进行设计：采用六轴投影机调整架对投影机进行安装固定，机械结构由厂家专业人员提供机械设计和三维光路设计，达到机械结构可靠、稳定，安装精度高和可调整性的要求。
根据项目要求，我们提供专业、定制化、快速的本地服务，整体结构由专业一体化设计，结构简洁合理、坚固耐用、安装便捷，可保证屏幕、投影机、反射镜的牢固安装和调节，方便维持和保护。
立面屏幕与地幕结构如图2.7 所示，整个系统的占地为10.7 米（长）×7.3 米（宽）×3.7 米（高）。
图2.7 虚拟仿真CAVE 系统屏幕图4、立体发射器和眼镜科视标准距离立体发射器是与科视立体投影机配套使用的立体发射器，具有连接简单，稳定可靠的特点。
其性能参数和指标如下（如图2.8）：①电源：24VDC，3A Power Adapter②红外波段：940 nm③尺寸：182×70×44mm④重量：250gr⑤电源适配器：Model no：VEP24US24；Input：100-240Va.c. 50-60Hz，0.6A；Output：24Vd.c. 3A图2.8 科视立体发射器科视立体眼镜透光率高，眼镜轻便，采用标准钮扣电池，简便易用。
2.2.2、跟踪捕捉系统本系统我们设计选用ART 公司追踪系统，用户在与虚拟可视化系统进行交互时需要借助相应的软件以及硬件来完成交互工作。
ART Track硬件参数：高精度的位置和方向测量。
可在6DOF（自由度动作）独立跟踪20 个对象。
通过局域网实现低延易于校正定制目标。
可快速校正的灵活系统被跟踪目标无需电池或电缆。
系统配置了8 个摄像头。
可利用已调整好的红外信号同步可用的主动无线目标。
IR（红外）光学跟踪测量系统可以抵抗磁、电、声波的干扰。
摄像头之间无光学色度亮度干扰。
ARTtrack 和 DTrack 包括跟踪摄像ARTtrack2 目标和PC 软件 DTrack 。
有4 个或更多标记（刚体）时，提供6 自由度的位置跟踪。
它是市场上这一价位性价比最高、最精确、最灵活的系统之一。
ART TrackTP/C一款新型、简易的CAVE 追踪摄像头：工作原理基于应用在TrackPack 上的技术可被安装在位于室内角落或墙体边缘的小孔(直径35mm)中镜头体积小环绕着镜头集成了红外线光闪发射装置->不需要额外的红外线发射装置独特的手臂关节设计可以更灵活地安装、调整追踪摄像头FlyStick2反光介质标志体，罩在透明塑料外壳中由5 个按键以及一个操纵杆组成利用人体工程学设计包含2.4 GHz 的无线传输装置使用可充电电池（可连续工作时间为大约8 个小时）光学追踪点Tracking Targets 用于主动和被动的立体眼睛的轻量级被动反光标记用于头、脚、手、膝盖、肘等坐标测量指示器特定的用户市场：医疗器械、HMDs、室外跟踪、机器手等用户可以自定义标记。