虛擬現實數控機床教學培訓系統解決方案

本方案由搜維爾VR實驗室推出。虛擬現實數控機床培訓系統應用于數控培訓，是數控培訓技術發展的一個飛躍，它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。

利用虛擬數控機床培訓系統建立起來的各種虛擬機床拆裝實訓平臺等其“設備”與“部件”多是虛擬的，并可根據需要隨時生成新的設備。且教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。從多方面證明了虛擬操作擁有傳統實驗室難以比擬的優勢。

虛擬數控機床培訓系統采用C++、PHP、Javascript等主流語言程序開發，最后全部通過打包加密后再利用編譯程序進行系統優化，這樣大大加快了系統整體運行速度。在建模方面系統采取的是市場主流的 ISA 為建模工具，其支持的數據庫為：大型的關系型數據庫，如：SQL Server, Oracel，MySQL等。本系統在運行過程中學員操作的3D動畫的動作是通過TCP/IP 協議發送給服務器端程序的，而該系統中的 TCP/IP 協議采取的是UDP 用戶數據包模式，這樣就保證了數據不會輕易的丟失與延遲。

方案核心：

本套虛擬現實數控機床培訓系統的3D模型數據量小，運行速度快，并且采用基于網絡的虛擬現實智能動畫技術，能實現虛擬數控機床智能互動拆裝及虛擬實驗操作。系統采用3D智能動畫技術能夠智能判斷用戶在3D場景中的任何操作，并做出實時智能反應。

一、模塊內容

1、數控機床：如需查看更多請點擊>>

2、數控系統：包括FANUC系統、如需查看更多請點擊>>。

二、實訓模塊

1、設備拆裝：如需查看更多請點擊>>

2、接線連接：如需查看更多請點擊>>

3、虛擬實驗：如需查看更多請點擊>>

4、考核模塊：如需查看更多請點擊>>

方案特色：

1、身臨其境的真實體驗感

建立機床模型，可以通過計算機模擬出各個角度看到的機床視覺效果。動態的機床部件組裝過程(包括組裝過程中需要的工具)，每個需要的畫面上用提示性的文字向客戶展示，讓學員能很好地了解機床的構造、安裝。利用VR技術設計的逼真的三維虛擬環境，使學生置身于幾虛擬的3D學習環境當中，體驗真機實訓不可能觀察到的各部件結構及重要部件獨立的工作原理。

2、交互性

系統充分利用VR技術的互動性，設計了符合人們自然交互習慣的互動操作模式。系統還包含用于共享信息的人機交互界面，激發學生的學習興趣，提高學生的動手操作能力。

3、多人在線學習，突破區域界限

系統支持多人同時在線學習，學員可不受時間、地點限制的隨時上機操作學習，與傳統實體操作機床相比，既節約了培訓時間，提高了學習效率，又降低了對設備的耗損。

系統集成：

在虛擬現實數控機床培訓系統開發的前期，需要采用3D掃描儀（三維掃描器）對機床、各種工具、產品部件建立數字模型，之后利用虛擬現實軟件開發平臺對所建立的數字模型進行加工，并設計出可實現交互功能的軟件平臺，最后結合各種3D交互設備及三維立體顯示環境，搭建出具備沉浸感、交互性的虛擬現實數控機床培訓系統。在此我們對系統開發中的主要部分即3D建模、虛擬現實軟件開發平臺、3D交互設備、三維立體顯示環境進行簡單介紹。

一、3D建模

3D建模通俗來講就是利用三維制作軟硬件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型，3D掃描儀的誕生為3D建模帶來新的方法和手段。如需查看更多請點擊>>

1、3D掃描儀

3D掃描儀(3D scanner) 是一種科學儀器，用來偵測并分析現實世界中物體或環境的形狀（幾何構造）與外觀數據（如顏色、表面反照率等性質）。搜集到的數據常被用來進行三維重建計算，在虛擬世界中創建實際物體的數字模型。這些模型具有相當廣泛的用途，舉凡工業設計、瑕疵檢測、逆向工程、機器人導引、地貌測量、醫學信息、生物信息、刑事鑒定、數字文物典藏、電影制片、游戲創作素材等等都可見其應用。

推薦產品：Polhemus FastScan 雙攝像頭3D激光掃描儀、NDI VicraSCAN 3D激光掃描儀、Creaform Handyscan VIUscan 彩色3D激光掃描儀、3D Camega PCP-300手持式三維掃描器。

2、3D建模軟件

3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型。3D建模大概可分為:NURBS和多邊形網格。 NURBS對要求精細、彈性與復雜的模型有較好的應用，適合量化生產用途 。多邊形網格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復雜場景動畫.綜合說來各有長處。

推薦產品：Geomagic FreeForm Modeling Plus、3Ds MAX、Maya。

二、虛擬現實軟件平臺

通過虛擬現實軟件平臺，整套虛擬現實數控機床培訓系統的各個硬件才可以發揮其獨有功能，保證了系統的正常運行，虛擬現實軟件平臺是通過虛擬現實軟件開發平臺設計的，其中的各種功能可根據自己的需求自行設計、添加。

推薦產品：Virtools? 5.0--3D 可視化編程開發平臺、Unity3D PRO 虛擬現實、跨平臺應用程序開發引擎、TechViz Virtual Workbench。

三、3D交互設備

采用3D交互設備，可以實現操作人員與虛擬環境實時交互，可以對虛擬環境中的各種物體進行各種設定好的操作，常用的3D交互設備有位置追蹤器、數據手套、力反饋設備、3D鼠標等。下面分別介紹。

1、位置追蹤器

位置追蹤器又稱位置跟蹤器，是指作用于空間跟蹤與定位的裝置，一般與其他VR設備結合使用，如：數據頭盔、立體眼鏡、數據手套等，使參與者在空間上能夠自由移動、旋轉。如需查看更多請點擊>>

推薦品牌：Polhemus 電磁式無線追蹤系統、Xsens慣性位置追蹤器、Ascension電磁式位置追蹤器。

2、數據手套

數據手套是虛擬仿真中最常用的交互工具。數據手套設有彎曲傳感器，彎曲傳感器。如需查看更多請點擊>>

推薦品牌：Cyberglove數據手套、DGTech數據數據手套、5DT數據手套。

3、力反饋設備

所謂力反饋（Force Feedback），本來是應用于軍事上的一種虛擬現實技術，如需查看更多請點擊>>

推薦品牌：HAPTION力反饋設備、Sensable力反饋設備。

4、3D鼠標

3D鼠標具備多自由度的傳感器，多個導航設置鍵等可實現對虛擬立體空間內的虛擬物體的操作。

推薦產品：3D Connexion SpaceMouse 專業版、3DConnexion SpacePilot PRO、3DConnexion 探索者 SpaceExplorer serial、3DConnexion SpacePilot宇航者、3DConnexion 魔幻手 SpaceNavigator

四、三維立體顯示環境

三維立體顯示環境有多通道立體顯示系統、桌面型立體顯示系統、頭戴式立體顯示系統三種類型，不同類型使用于不同領域，用戶可根據實際需求自行選擇，下面分別介紹。

1、多通道立體顯示系統

多通道立體顯示系統是指采用多組被動式或主動式立體投影機，結合邊緣融合技術，將影像投射在大型環形、弧形、平板型投影幕或者CAVE上，提供大尺寸、高清晰度極具沖擊力的沉浸式立體顯示環境。

推薦：多通道環幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系統

2、桌面型立體顯示系統

桌面型立體顯示系統即3D立體顯示器，3D立體顯示領域包含多種實現方式，比如：全息技術、投影技術、眼鏡式技術以及無需眼鏡立體顯示技術（裸眼立體顯示技術）等。目前具備市場化潛力的是眼鏡式立體顯示技術如需查看更多請點擊>>。

推薦品牌：Exceptional3D裸眼立體顯示器、Visumotion裸眼立體顯示器、Alioscopy裸眼立體顯示器；Miracube偏振立體顯示器、VRLOGIC偏振立體顯示器。

3、頭戴式立體顯示系統

頭戴式立體顯示系統（又叫數字頭盔、數據頭盔、立體頭盔等）是虛擬現實應用中的3DVR圖形顯示與觀察設備，可單獨與如需查看更多請點擊>>。

頭戴式立體顯示系統的光學技術設計和制造技術日趨完善，不僅作為個人應用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統設計的基礎，可將小型LCD顯示器件的影像透過光學系統做成全像大屏幕。除了在現代先進軍事電子技術中得到普遍應用成為單兵作戰系統的必備裝備外，還拓展到民用電子技術中，虛擬現實電子技術系統首先應用了頭戴式立體顯示系統。

推薦品牌：Virtual Research頭戴式立體顯示器、5DT頭戴式立體顯示器、eMagin頭戴式立體顯示器

應用領域：

適用于高校、數控機床研究所、數控機床生產廠家、數控機床培訓等。

相關案例：

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搜維爾推薦方案一：

名稱：基于雙通道立體展示系統的虛擬現實數控機床教學培訓系統解決方案。

參考雙通道主動式立體投影系統組成的立體交互系統，配備工程投影機具備高流明高分辨率，搭配專業金屬弧幕，系統具備多人觀看、沉浸感強，滿足虛擬現實數控機床多方面的教學培訓應用等。

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系統優點：硬件的選用滿足虛擬現實數控機床進行模擬培訓與交互等，配有虛擬現實軟件和交互系統，軟件含有二次開放功能，三維制作軟件可以很好的與推薦的硬件進行匹配應用等。

搜維爾推薦方案二：

名稱：基于立體顯示器的虛擬現實數控機床教學培訓系統解決方案。

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系統優點：不同的使用領域會用到動作捕捉，力反饋系統，三維場景與建模軟件系統，軟硬件的搭配可以使我們更好的實現人機交互效果。

搜維爾推薦方案三：

名稱：基于頭戴顯示器的虛擬現實數控機床教學培訓系統解決方案。

使用頭戴顯示器作為顯示端具備移動靈活的特點，適合單人進行操作訓練，虛擬場景漫游，人機交互等，對不同應用領域的交互系統做前期的效果體驗。

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系統優點：硬件設備很好的與3D虛擬現實軟件做結合應用，軟件也具備可二次開放的能力，方面進行設備擴充與虛擬場景做結合使用等。