虚拟实验室

Iloy

虚拟实验室是一种基于Web技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实实验台类似，可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验案例，这一点是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要特征。在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向。

方案核心：
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，与之互动和交流。通过参与者与虚拟环境的相互作用，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，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。

方案特色：
1、二次开发功能
2、投入性和沉浸式显示功能
3、6自由度交互功能
4、力反馈及触觉反馈功能
5、立体音效输出功能
6、高性能图像生成和处理功能
7、具有沉浸感的虚拟三维显示系统
8、集成管理控制功能

系统集成：
虚拟实验室具备交互性、投入性（沉浸感）和想象性的实质性特征，其实虚拟实验室是虚拟现实技术在实验室中的一种应用，虚拟现实的研究与开发是一项技术要求比较高的工作，需要有相应的软硬件系统环境予以配套进行。根据虚拟现实的沉浸式特征, 所有虚拟现实系统均要求具有高度逼真的三维临场感，这种临场感（沉浸感）主要通过立体听觉、三维触觉和力感、以及具备高度沉浸感的立体视觉环境来实现，立体听觉一般通过三维环绕立体声响系统来实现，三维触觉和力感可以通过高精度的计算机触觉或力反馈设备来实现。

一、立体显示端
立体显示端为虚拟实验室的显示部分，为用户提供高度逼真、高度清晰、高度沉浸的虚拟环境，使用户直接置身于三维信息空间中，可以自由地使用各种信息，并由此控制计算机。在立体显示部分，常用的立体显示部分有：多通道立体显示系统、桌面型立体显示系统、头戴式立体系统，不同类型的显示系统适合不同的应用领域，下面分别简单介绍这几种不同类型的显示系统。
1、多通道立体显示系统
多通道立体显示系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。
推荐：多通道环幕投影、沉浸式CAVE系统
2、桌面型立体显示系统
桌面型立体显示系统通常指3D立体显示器，3D立体显示器常用的有裸眼立体显示器和偏振立体显示器两类，裸眼立体显示器不需要佩戴3D眼镜即可看到立体效果，偏振立体显示器需要佩戴偏振眼镜才可以看到立体效果，两种类型各有优缺点，用户需要根据自己的实际需要选择合适自己的类型。
推荐品牌：推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、Miracube偏振立体显示器。
3、头戴式立体系统
头戴式立体系统即数字头盔，是虚拟现实应用中3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式，辅以三个自由度的空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动。
推荐产品：eMagin Z800 3D Visor头戴立体显示器、Virtual Research VR1280 虚拟现实头戴式显示器、5DT HMD 800-40 3D 虚拟现实头戴式显示器。

二、3D实时交互部分
互动系统是基于传统的显示设备及功能，结合实时动作捕捉系统（参考：A.R.T.系统解决方案）、数据手套（参考：CyberGlove II - 22 Sensors）、位置追踪器（参考：Polhemus PATRIOT Wireless 电磁式无线追踪系统）、力反馈设备（参考：HAPTION-Virtuose 6D Desktop）。
1、实时动作捕捉系统
实时动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向系统提交交互数据，实现人机交互。
推荐产品：A.R.T.系统解决方案、Xsens Moven惯性运动捕捉系统、新版3DSuit惯性动作捕捉系统。
2、数据手套
数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器。
推荐品牌：CyberGlove数据手套、DGTech数据数据手套、5DT数据手套。
3、位置追踪器
位置追踪器又称位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转。
推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。
4、力反馈设备
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力
推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。
三、软件平台
虚拟现实软件系统是通过专门的虚拟现实系统开发平台，开发出来一套软件系统，是虚拟现实电力培训仿真系统的灵魂部分。
1、unity3d
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让你轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具，是一款跨平台的虚拟现实系统开发平台，其开发的内容可发布至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平台等。
2、Virtools
Virtools是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。Virtools是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，可以制作出许多不同用途的3D产品，如网际网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等 。
特别推荐：
此外，特别推荐一套完整的小型虚拟实验室系统，Leonar3Do VR suite，它是新颖别致的桌面式3D交互工具，非常适合学校、家庭、个人实验室使用。它不但可以显示3D模型和场景，而且还可以让使用者参与到3D虚拟空间中去。Leonar3Do VR suite的制造厂家为桌面VR应用精心设计了一款颠覆传统模式的3D鼠标又称“鸟标”，使得使用者可以在虚拟空间中随心所欲地触摸、抓取、操作以及把玩3D物体模型。Leonar3Do VR suite，既可以满足VR专业研究人员的工作需求，也适合没有专业知识和经验的参观者、初学者、爱好者以及VR发烧友体验使用。
Leonar3Do VR suite是世界上第一款功能齐全的桌面式VR装备。正如大家所知，VR（Virtual Relaity，即虚拟现实）的概念既不等同于在平板显示器上显示、用鼠标控制的3D应用，也不同于一般的立体3D应用（例如立体电影、电视节目等）。VR的最突出、最有用的特征是，使用者可以在计算机生成的虚拟可视世界中操控虚拟物体。为了达到精确逼真的视觉效果，必须增加头部运动跟踪装置，使得计算机生成的3D场景与使用者的视角相匹配，这样使用者就可以对虚拟3D模型进行移动、修改、着色、拆卸和摆放等操作，就像我们在真实世界中操作普通物体一样。
应用领域：
近年来,被广泛的应用于各类大学实验室。