日新月异的虚拟现实

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现在提到“虚拟现实”(VR)这个词,大家一定不会陌生了。所谓虚拟现实,就是在虚拟环境中,从视觉、听觉、嗅觉、触觉等多个感官方面对虚拟物体进行逼真仿真,通过多种维度的人机交互(声控、手势、体感、操纵手柄等),让人在计算机仿真出来的虚拟空间中身临其境地进行各种逼真体验,产生出一种接近现实的代入感。

航空工业成都所虚拟仿真中心自2004年就逐步开始对虚拟现实相关技术进行研究,十多年来,经过多个课题、项目的技术研究和攻关,在VR系统集成建设、VR体验、VR仿真工程应用方面积累了大量经验。并且经过多年的发展,也明确了虚拟仿真中心的两条发展主线——虚拟现实体验和虚拟现实仿真。

在虚拟现实体验方面,成都所虚拟仿真中心已经取得了丰硕的成果,现在已是成都所的对外展示窗口之一。虽说虚拟现实体验对飞机设计过程没有产生直接的帮助作用,但却产生了极高的隐形价值。从系统建成初期即投入到某项目,再到各级领导考察工作,再到2016年国家“十二五”科技创新成就展,虚拟仿真中心都圆满完成了任务,为型号飞机顺利研制起到了重要作用。虚拟仿真中心展示的虚拟样机基本覆盖了成都所各个型号,将全所设计员的辛勤劳动成果进行聚合,以极其逼真、震撼的效果向国内外各方展示,获得了高度评价;还迎接了众多评审、调研的专家,取得了一致认可,成为行业标杆。

在虚拟现实仿真方面,成都所虚拟仿真中心通过多个课题的研究与技术攻关,也取得了长足的进步。团队陆续获得集团公司科技成果二等奖2项、三等奖1项,专利2项,发表学术论文数篇。特别是在维护维修训练方面,仿真的模型数据直接与研究所协同设计平台对接,实现了“飞机设计—维修性设计与仿真—维护维修训练”的数据逐级继承、无缝传递,保证了数据同源,并且对各类数据进行了离散化、模块化的管理,既保证了各类数据互不干扰,也实现了方便快捷的数据更新,从而保证了仿真模型与设计模型的技术状态同步。同时,技术团队紧密结合实际,考虑到大型沉浸式虚拟现实系统构成复杂、成本高、场地限制大、实际操作人员少等缺点,经过大量的技术攻关,实现了跨平台应用技术,一套数据可以在大型沉浸式、桌面电脑、头盔、平板等不同的硬件设备上部署,多次重用。多个部队院校来所调研交流后,都对虚拟仿真中心采取的新训练方式表示了肯定,认为这种训练方式对他们的帮助会非常大,是一种革命性的改变。

虚拟现实技术经过多年的发展,在此基础上还衍生出增强现实技术(AR)和混合现实技术(MR)。

增强现实(AR)说直白点就是虚实叠加,使用可透的眼镜、头盔或者摄像头,在看到的实际场景上叠加数字信息。通过这种方式,把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息通过计算机仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。使用增强现实技术,使用者可以成为“透视眼”,通过数字仿真,将眼前真实物体的内部虚景展现出来,由此就可以实时了解物体内部的状态。另外,使用增强现实技术,可以在人们不熟悉的领域进行有效的引导,比如开车到了岔路口,通过增强现实技术,可以直接在眼镜或者挡风玻璃上投射出路线指引,司机就可以不用分神去看导航;或者,汽车发生一些小故障,通过增强现实技术,使用手机或平板进行用户操作引导,司机就可以自己动手检查、排故。因此增强现实技术在医疗、导航、工业、娱乐等很多领域都会有非常广泛的应用前景。

混合现实(MR)是虚拟现实行业近期提出的全新概念,是虚拟现实技术的进一步发展。该技术通过将现实世界中的部分信息(如:物体及其空间位置、环境、光照、人体动作等),通过三维注册技术实时地引入到虚拟世界中,在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感,用户可以自由地在虚拟世界中进行真实的操作。通过混合现实技术,可以极大地简化VR的人机交互方式,取代现在复杂繁琐且精确度不高的人体动作捕捉套件、操作手柄等交互设备,从而实现人机间的简单直接交互。比如在对飞机维修性进行验证时,通过混合现实技术,可以方便地进行人机交互,模拟维修操作过程,进行人机工效分析,从而优化维修性设计,提升维修性设计的效率和质量。

成都所虚拟仿真中心从未放慢创新的脚步,一直保持着对新技术的渴求,时刻对新技术进行跟踪和论证,已跟踪AR技术多年,MR技术也开始接触。由于当前虚拟现实市场空前火爆,各种概念层出不穷,其中很多还处于美好的理想阶段,技术团队始终保持清醒的意识,立足于这一领域的特点(在工业领域,特别是飞机这一类的复杂工业产品领域,虚拟样机模型数据量极大,交互精度要求极高,业务流程逻辑严谨,数据关联关系复杂等)。一方面,在基础软硬件选型、新技术调研论证时,成都所虚拟仿真中心紧密结合领域特点,做到细致严谨,识别出夸张夸大的内容,分析出对自己切实有用的好技术、好工具。另一方面,在进行应用开发时,注重与业务需求结合,做好需求分析和顶层架构,开发出设计专业认可的、好用、易用的软件产品。

虚拟仿真中心早已开始对未来的谋划,既脚踏实地,一步一个脚印地把当前的工作做精做细做实,也在积极探索新技术,并将新技术应用到工程实际中。相信在不久的未来,大家就可以看到、用到虚拟仿真中心推出的基于VR、AR、MR的多类产品,成都所虚拟仿真中心对此充满信心。

责任编辑:李居阳

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