虚拟仿真3D辅助设计系统

VR 应用案例
光学动作捕捉相机
VR头盔
AR 应用案例
THANK YOU
结果演示
研究人员
维护操作
概念设计-操作员
可视化
交互性
真实性
培训
人体工程学应用
模拟在专业环境中的操作者；
可进行“可达性”干涉检查和人机工程学测试分析； 查看人体模型能否从座椅位置接触到控制设备；
查看人体模型的视野
查看狭小空间（例如潜艇中）内能否布置多位操作人 员； 检查可达性：操作人员能否触摸到按钮或命令装置； 检测用户与其环境之间的干涉：妨碍用户的障碍物会 发生干涉； 同事查看多个虚拟人体，检测它们相互之间的交互方 式以及它们与虚拟环境之间的交互方式，研究有多个 操作人员的工作环境。
V S
大空间多人互动VR系统特点是让体验者直接 用双脚在虚拟空间行走，仿佛穿越到第二空间。
走，虚拟场景模拟现实中的场景特点，将虚拟场景作为固定参照系，
可进行异地联机，共享虚拟工作空间
对于部门或子公司遍布世界各地的全球公司，团队合作至关重要。沉浸漫游3D辅助设计系统可打破地理限制进 行协同工作，创建共享虚拟工作空间，不同地点的同事之间可以实现实时VR协作交互，可使得项目组成员加强沟通，
VR 对虚拟仿真行业的改变
虚拟现实（ VR）技术是一场
交互方式的新革命，人们正在实现由界面到空 间的交互方式变迁。VR技术的诞生，让虚拟 仿真技术又上了一个新台阶，为人类创造出更 多虚拟仿真情景进行学习和创作。目前许多三 维设计软件增加了VR功能，给工业设计工程 师带来的最大变化是用VR模拟人眼镜观看现 实物体的特点将三维画面直观呈现在人的眼前， 而不是通过3D眼镜方式，仿佛设计的产品就 放在眼前。
VR头盔现实技术依据双目3D成像原理，给佩戴者呈现
一个360°视野的沉浸场景。
水平360°视野
VR头盔 垂 直 360 ° 视 野
不同的全虚拟仿真方案载体优劣对比
基于显示器的三维画面
非沉浸多通道3D显示 （部分隔绝）
沉浸式VR显示（隔绝 一切现实画面）
混合AR显示系统（不 隔绝现实画面）
优势
布置简单，成本低，没有操作
协同生产应用
在世界各地的部门之间实现VR协同 跨域评审 增进公司连接 无数据转换 支持多样化显示系统
协同生产
实时VR协同 完全沉浸式 多个地点实时协同
联机中…
A城市
B城市
虚拟装配应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
逐步实现精细位移，显示零件位置和方向 可将模型的多个零件分组并整体移动 关联零件与跟踪目标，选择对象并定义约束 查看碰撞并记录路径，便于将来重新加载研究 验证拆装任务、维护操作，或进行培训 连接到PLM产品结构树 基于工业级物理引擎，遵循严格的物理仿真 显示力的大小和方向，支持力反馈设备
系统特点
件、工业设计软件，可以大大提
高系统的利用率，可在多种数据来 源中不使用数据转换即可将数据置 入到一个单一的环境中，而无需软 件编程开发或数据转换，可视化数 据，只需要载入模型就可以瞬间在 虚拟VR环境下显示它。
抓取
移动
大空间VR仿真交互 操作形式
自然直觉交互操作形式
放大缩小
标注
多人同场景沉浸式 视觉体验
评估或修改，使产品的开发、制造都置于计算机技术
所构造的严格的数据环境中，可极大程度降低设计成 本、时间，加快设计和优化合作过程中的决策进度， 加速产品开发和整个项目的规划周期，节约相关成本， 提高技术含量。
01
技术进展
虚拟仿真\ 工业设计\
虚拟仿真定义
虚拟仿真技术是计算机技术、计算机图形学、
计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、 微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、 传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、 人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新 技术集成之结晶。 虚拟仿真技术，或称为模拟技术，就是 用一个系统模仿另一个真实系统的技术。 模仿系统可是实物也可以是计算机图形 图像，而现在虚拟仿真多指由计算机生成， 可以是现实世界的再现，亦可以是构想中 的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等 多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。
基于显示器3D仿真
wenku.baidu.com
桌面式VR交互系统
CAVE系统
AR系统
沉浸式VR系统
虚拟仿真种类
01.实物仿真
实物仿真是用实物模型采用机械
02.半实物仿真
半实物仿真是既有实际物体又有
03.全虚拟仿真
全虚拟仿真是完全用计算机图形
式的方法模拟另一个实物系统原理、
结构、操作等。如楼花、沙盘、微 缩机械模型等。
虚拟影像来模拟另一物体特征，半
景跟动作捕捉区域形成的立体空间1:1重合，实现了在虚拟空间中自由行走，即人动，虚拟场景不动，把虚拟场景作
为固定参考系来进行视角调整。可实现多人、异地交互。
大空间 VR /AR 仿真系统拓扑图
• 可支持200多种虚拟仿真软件，
POE交换机 …… RTS动作捕捉相机 运行服务器（动作 捕捉软件）
工业设计软件（SW,UG,……), 无须数据转换； • 运动跟踪系统可进行人体位置跟 踪或设备位置导航，为现有的 3D应用程序创建沉浸式体验。
实物仿真多用来模拟宏大场景，如 模拟飞行，驾驶等。 模 拟 驾 驶
图像显示技术完全模拟另一物体，形
状、结构、原理，流程，并实现对虚 拟物体的交互操作。
多通道投影系统 （CAVE系统）
实物虚拟仿真模型
模 拟 飞 行
VR虚 拟仿真 系统
虚拟仿真行业发展趋势
趋势
随着技术的发展，虚拟仿真的人机交互形式不断创新进化，目前变化趋势主要是视觉及交互
8.
数字样机评审应用
测量：测量两点间距离，测量两面之间夹角，或测量圆的相关
信息。 保存视角（书签）：保存用户当前视角，一遍在其他评审进程
中进行加载。
添加剖面：沿着用户选择的方向对模型进行剖切。 快照：将当前视图以图片形式保存在主计算机目录中。这些图 片可用在报告存档，或将某个特定部分展示给同事或客户。 隐藏/显示零部件：可以逐一隐藏选定的零件，然后再次进行显 示，或在隐藏零件和显示零件之间切换。 添加标注：在虚拟环境中添加指向位置的数字索引。 自由行走：以虚拟方式参观建筑物或模型内部，可以模拟上下 楼梯动作。
01.VR辅助3D设计系统
单人、多人、异地
02.AR辅助3D设计系统
单人、多人、异地
单人VR虚拟仿真
多人VR虚拟仿真
单人AR虚拟仿真
多人AR虚拟仿真
大空间 VR/AR 虚拟仿真原理
Y轴
X轴 大空间VR和AR系统是由动作捕捉相机捕捉区域构成一个立体空间，这个虚拟立体空间内被捕捉的物体具 有相对于这个空间的坐标信息，动作捕捉捕捉相机可以对标记点进行6自由度跟踪和链式运动。由VR和AR呈现的场
节省时间，高效轻松交流想法。
云服务器
A地区
B地区
云端共享场景
03
系统应用
虚拟仿真\ 工业设计\
应用场景
工具的升级，效率的提升
需求方
提 出 需 求
方案交付及反馈
运用创新手段，满足需求。
技术评审
研发-生产地点
智力 物力 沉浸仿真 系统 解决方案
验证流程
工程师
常见应 用场景
管理-工程部门 （跨域评审）
多人360°视野
体验者可以上下左右360°无死角看到体
验的虚拟场景，将设计物体直观成呈现
在眼前，满足多人不同角度观看。
模拟在现实世界行走的视觉习惯
将虚拟场景作为固定参照系，模拟现 实世界中人走动而景不动的视觉习惯。
虚拟
真实
车长5m
车长5m
虚拟场景还原真实物体大小
VR头戴显示器通过透镜原理，让佩戴者透过VR头戴显示器所看到的虚拟物体物理尺寸都和实际物体大
缺点
视场角小，不能表现大型物件，
细节表现差；
02
解决方案
虚拟仿真\ 工业设计\
工业仿真沉浸漫游3D辅助设计系统-VR/AR解决方案
面向工业仿真设计领域，针对在虚拟环境中进行评估与审核的需求，帮助企业审核设计项目，提供了一
个高级的项目评审模式 : 身体运动跟踪解决方案+沉浸式体验，一个顺畅与高科技的用于解决虚拟设计审核与 人体工程学优化的解决方案。
使用者1
交互手柄
VR头盔
AR眼镜
……
使用者N
无线路由器
渲染服务器 （techviz渲染组件）
运行主机（ techviz、 3d设计程序）
交互手柄
VR头盔
AR眼镜
大空间 VR/AR 仿真系统特点
交互操作多样 兼容性强
支持计多3D软件，具有极 高的系统利用率； 仿真交互操作，形式多样， 自然直觉
沉浸式视觉体验
小相等，不会视觉印象失真。
六自由度示意
实时定位捕捉
动作捕捉技术实际在大空间多人互动VR方案中实现两种功能，其一是空间定位技术，将人在现实
空间的位置信息定位到相应的虚拟场景中，让人能感知虚拟空间中自己的位置，其次就是对人的肢体
活动进行六自由度运动捕捉，让人在现实世界中的肢体活动同步到虚拟人物身上，让虚拟人物活灵活
虚拟仿真3D辅助设计系统
让虚拟现实设计直通工业生产
Virtual reality to manufacture
让真实更近
序言
The introduction
随着全球化市场竞争的加剧，如何在产品设计阶段 节约时间和成本、设计出市场需求的产品成为工业领 域的企业的突出痛点。 在这需求背景下，在产品设计开发阶段应用先进 的虚拟仿真技术，搭建沉浸式显示系统来可视化呈现 产品模型或流程工艺，进行设计、研究、分析、审核、
优势
画面质量高，人佩戴东西少；
优势
所见即所得对三维物体表现 好，可以上实现异地过多人， 操作简单；
优势
负重较少，同时能看到现实世
难度；
界；
缺点
受制显示器画面，对超大型物 体三维细节表现欠佳，需要设 计者三维空间思维能力强；
缺点
眩晕，画面畸变，难做多人， 位置固定，布置复杂，操作难 度大；
缺点
单个VR头盔像素分辨率低；
（输入）形式，使得更具有真实性和交互性，使用户可以身临其境的感知和支配这些内容。
基于平面显示的三维 仿真 基于桌面式的3D VR 交互显示 多通道显示系统 （CAVE)
二维图像显示
VR/AR系统
视觉
正常人通过视觉接收的信息约占人脑接收到的所有外部信息的83%，完美的视觉体验是完整沉浸式体验的 重要组成部分。随着技术的不断革新，视觉传达更具沉浸感。
现，更具有沉浸感和真实感。
传统VR体验
用脚自由行走 1：1位移
大空间多人互动VR体验
目前VR体验移动多是用手柄指定位置进行步进,场景 的图像快速推进极易造成眩晕感。
大空间多人互动VR最大的特点是可以让佩戴者在虚拟场景中行 让人感知到自身移位和视角的转动。如果说VR头戴显示器的是我 们的眼睛的话，那么动作捕捉的作用就是相当于我们的脚。
虚拟仿真行业发展趋势
键盘鼠标
VR手柄
手势识别
数据手套
语音识别 / 脑电波控 制
交互 （输入）
每一次的技术革新及产品升级，都会带来重大的人机交互方式变化。交互设计发展史上的每一个重要里
程碑，都源自技术和人性的碰撞。从最初键盘输入、鼠标输入，发展到现在的触摸操作，语音识别，再到已
经到来的 3D 手势识别、数据手套。未来还会实现脑波控制，意念识别等。 目前主流应用的3D 手势识别、数据手套，已经符合人体的自然动作，让人们以最舒适的方式获取信息。
多人同场景沉浸式视觉体验， 将设计物体直观成呈现在眼 前，满足多人不同角度观看；
真实还原
虚拟场景还原真实物 体大小；
定位捕捉
可进行实时定位捕捉 身体姿态；
自然行走
用脚自由行走，1：1 位移；
异地联机
可进行异地联机，共享 虚拟工作空间；
支持超多3D软件， 具有极高的系统 利用率
Techviz支持200多种虚拟仿真软