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航天仿真虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案

本方案由搜維爾VR研究室推出。虛擬現(xiàn)實 ( Virtual Reality,簡稱VR) 是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界 (Virtual World) 的計算機系統(tǒng)。其中虛擬世界為全體虛擬環(huán)境（Virtual Environment)或給定仿真對象的全體，它是由計算機產(chǎn)生，通過視、聽、 觸覺等作用，使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真。因此，一個身臨其境的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是由包括計算機圖形學、圖像處理與模式識別、多傳感器、語音處理與音像以及網(wǎng)絡等技術所構成的大型綜合集成環(huán)境。由于它是一門綜合性極強的信息技術，目前已在軍事、醫(yī)學、設計和娛樂等領域得到了廣泛應用。例如，波音公司曾利用VR技術進行虛擬座艙的布局，實現(xiàn)了完美的實際座艙布局設計。?

眾所周知，航天飛行是一項耗資巨大、變量參數(shù)很多、非常復雜的系統(tǒng)工程，保證其安全、可靠是航天器設計時必須考慮的重要問題。因此，可利用仿真技術經(jīng)濟、安全及可重復性等特點，進行飛行任務或操作的模擬，以代替某些費時、費力、費錢的真實試驗或者真實試驗無法開展的場合，從而獲得提高航天員工作效率或航天器系統(tǒng)可靠性等的設計對策。這樣，航天仿真研究就成為確保航天器安全、可靠的有效技術途徑。然而，大多數(shù)現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的仿真理論，即針對所研究的對象設計模型，然后根據(jù)實驗方案在模型上進行各種實驗，分析實驗結(jié)果。其中設計的系統(tǒng)模型通常是由相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構集合和過程集合構成，具有一體化的信息和控制，因此很難對數(shù)據(jù)庫進行修改。此外，實驗結(jié)果的分析與處理也十分繁冗，同時，也不能直接對其作出解釋。因而，隨著仿真技術向可視化方向的發(fā)展，將VR技術與仿真理論相結(jié)合，據(jù)此進行航天仿真的研究，不失為一個行之有效的方法。

方案特色：

1、人-機界面具有三維立體感，人融于系統(tǒng)，人機渾然一體。 以座艙儀表布局為例，原則上應把最重要且經(jīng)常查看的儀表放在儀表板中心區(qū)域，次重要的儀表放在中心區(qū)域以外的地方。這樣能減少航天員的眼動次數(shù)，降低負荷，同時也讓其注意力落在重要儀表上。但究竟哪塊儀表放在哪個精確的位置，以及相對距離是否合適，只有通過實驗確定。因此利用VR 作為工具設計出相應具有立體感、 逼真性高的排列組合方案，再逐個進行試驗，使被試處于其中，仿佛置身于真實的載人航天器座艙儀表板面前，就能達到理想客觀的實驗效果。

2、繼承了現(xiàn)有計算機仿真技術的優(yōu)點，具有高度的靈活性。 因為它僅需通過修改軟件中視景圖像有關參數(shù)的設置，就可模擬現(xiàn)實世界中物理參數(shù)的改變，這樣，隨著任務的變化，已有的軟件再經(jīng)修改即可滿足新任務的要求，所以十分靈活、方便。

3、突破環(huán)境限制。現(xiàn)有航天仿真的計算機系統(tǒng)體現(xiàn)不了空間失重環(huán)境， 而建立虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過虛擬的景象和聲響就可以使被試處于太空飛行中實際的載人航天器座艙中，據(jù)此展開的相應試驗研究具有實際意義。

4、節(jié)省研究經(jīng)費。改用真實的航天器進行相應的試驗研究是不可能實現(xiàn)的， 因為耗資巨大，經(jīng)費條件不允許。而采用虛擬現(xiàn)實技術，由于其研制周期較短，設計修改和改型僅通過軟件修改實現(xiàn)，可重復使用，設備損耗低，這樣可大大節(jié)省經(jīng)費投入。

系統(tǒng)特點：

一般而言，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有兩大特點：可以從數(shù)據(jù)空間向外觀察和被試可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中。它是通過對研究對象的模型進行計算機仿真，由計算機結(jié)果去控制虛擬世界，并顯示給被試者，最終實現(xiàn)它們之間的交互作用。這樣，將被試者投入到虛擬環(huán)境中來真實地注視數(shù)據(jù)以進行交換，與現(xiàn)有的航天仿真方法相比有質(zhì)的提高。

虛擬現(xiàn)實技術的核心是通過計算機產(chǎn)生一種如同“身臨其境”的具有動態(tài)、聲像功能的三維空間環(huán)境，而且使操作者能夠進入該環(huán)境，直接觀測和參與該環(huán)境中事物的變化與相互作用。因此，將虛擬現(xiàn)實技術應用于航天仿真研究，不但可以使得該領域內(nèi)的計算機仿真方法得到完善與發(fā)展，而且也將大大提高設計與試驗的逼真性、實效性和經(jīng)濟性。

方案核心：

建立一個完善實用的航天仿真虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，需要在以下四個方面取得突破：

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系統(tǒng)集成：

一個完整的虛擬現(xiàn)實航天仿真系統(tǒng)大致由虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、交互系統(tǒng)兩部分構成。

一、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器

一個能產(chǎn)生虛擬三維世界的軟、硬件系統(tǒng)，此項是虛擬現(xiàn)實（VR） 系統(tǒng)的核心部分。他的主要功能是為用戶構建一個逼真的虛擬環(huán)境，使用戶可以完全地沉浸其中。此部分包括如需查看更多內(nèi)容請點擊>>

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推薦服務器：Quantum3D CatalystSE DBGS 6000虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)服務器

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推薦軟件：Virtools? 5.0--3D 可視化編程開發(fā)平臺、Unity3D PRO 虛擬現(xiàn)實、跨平臺應用程序開發(fā)引擎、TechViz Virtual Workbench。

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推薦顯示端：多通道立體投影系統(tǒng)、eMagin Z800 3D Visor頭戴立體顯示器、Virtual Research VR1280 虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器、5DT HMD 800-40 3D 虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器、

二、交互部分

它的主要功能是接收被試者相關的運動信息（如頭部、眼、手等），并反饋出觸覺、壓力等信號。常用的交互設備有如需查看更多內(nèi)容請點擊>>。

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推薦產(chǎn)品：A.R.T.系統(tǒng)解決方案、Xsens Moven慣性運動捕捉系統(tǒng)、新版3DSuit慣性動作捕捉系統(tǒng)。

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推薦品牌：Cyberglove數(shù)據(jù)手套、DGTech數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)手套、5DT數(shù)據(jù)手套。

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推薦品牌：HAPTION力反饋設備、Sensable力反饋設備。

應用領域：

適用于航天員訓練、交會對接、航天環(huán)境控制、生命保障等等領域。

相關方案：

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