基于虛擬現實VR技術的仿真實驗研究

張玉伽 裴福玉 張立新 閆曉桂 宮曉博

摘 要： 隨著現代科學技術的不斷發展，仿真實驗研究領域獲取了較好的推動力，本文就對基于虛擬現實VR技術的仿真實驗研究進行簡單的分析和論述，以期通過本文章的研究為我國仿真實驗研究提供有價值的理論參考依據。

關鍵詞： 虛擬現實；仿真實驗；研究

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 A【文章編號】 2236-1879 （2017）20-0016-01

就目前的形式來看，VR技術已然成為了當今時代的主流，并且成了目前顯示設備的一種重要發展方向，對于VR相關技術應用和研究需要我們給予更高的重視。從硬件上來看，本文章所研究的論點，在硬件上已經擁有了較為先進的VR交互設備，并且我國國內也擁有一些國家級機械基礎及裝備制造虛擬仿真實驗教學中心。此外，目前我國的制度建設和規范建設，以及我國目前的實驗研究熱潮，都為本文章所研究的問題提供了較為有利的開展條件和開展基礎。而目前我國在理論研究方面還比較欠缺，缺乏比較調理的理論研究和論述，基于此本文就對基于虛擬現實VR技術的仿真實驗研究進行闡述。

1.虛擬現實VR技術

虛擬現實技術，全稱為Virtual Reality，簡稱VR，其是由美國VPL公司創始人JaronLanier在二十世紀八十年代提出來的，其具體的內涵是，通過利用計算機的圖形系統和現實及控制接口設備，在計算機上生成一個可交互的三位環境，并提供給用戶一種沉浸感。虛擬現實技術是一種能夠創造和體驗虛擬世界的一種計算機仿真系統，能夠利用模擬環境和利用源信息融合的交互式三位動態視影以及實體行為系統仿真使用的設備。2016年是世界VR產業快速發展的一點，在如今機械行業行業材料加工精度越來越高的前景下，以及目前機械行業實驗中高耗能和高耗材的加工要求，為了能夠實現實驗成本的降低和實驗失誤率的降低，VR技術的高仿真度虛擬技術就成為了現代實驗室模擬實驗的重要技術水平，通過還原真實的實驗數據，通過反復的使用，保證了其高利用率和易維護等優勢。

2.模擬仿真實驗設計要求

模擬指的是在交互的控制狀態之下，對某一現象或者某一過程進行表現和展示，根據所需表現的現象，我們可以將模擬分為物理現象模擬、過程變化模擬、程序性模擬以及情形性模擬。一般模擬工作都是通過計算機輔助真實現象來進行的，在物理現象的模擬之中，將真實的現象或過程中的某一個規律在屏幕上的表現，來為研究者和學習者們去學習和研究，比方說在一些光學傳播等問題的研究時就可以通過模擬仿真實驗來進行。過程變化模擬，通常是研究者像學習者進行過程概念解釋和講解的過程，一般物理變化模擬和過程變化模擬都是一些不可人為隨意干預的模擬實驗。在程序性模擬的研究上，可以通過構成過程行為或動作順序，來構建起相應的步驟序列，并依此來供給研究學者們進行學習或者訓練。情境性模擬多指的是在不同的情形之下，根據不同研究需求和非技能行為，來進行一系列的模擬教學系列，并為研究者進行某一特種情形的展示。通常情況下模擬仿真實驗多為物理現象模擬和過程變化模擬。

隨著現代科學技術的發展，人們能夠運用自然界中的不同現象與過程來進行模擬顯示。并通過建立模擬實驗來實現對現象的隨時觀察，確保實際實驗的結果和現象能夠更加的清晰，對于仿真模擬實驗而言，研究者能溝通通過觀察實驗來了解實驗的變化發生以及現象演變，可以通過是監控昂志或者觀察空間的擴大和縮小來實現對某些條件及參數的實現對比調整，并對當前的狀態說明解釋給予一定的隨時觸發能力。模擬仿真試驗的研究效果，能夠較好的調動起研究者的觀察能力和觀察效率，并讓抽象的概念及規則能夠具象化表現，在模擬實驗下，還能夠避免真實實驗失誤下導致的資源浪費問題，且能夠避免了真實實驗下可能產生的一些危害?；诖?，我們在進行模擬仿真實驗設計的時候，就需要充分的考量到其模擬實驗的重要性，并將構建主義理論與實驗設計進行結合，通過建立起良好的計算機模擬物理實驗以及對實驗進行學習分析，來實現模擬仿真實驗目標明確和良好發展，并對交互控制下的現象、過程、機制、原理等內容進行交互性的增強，讓實驗觀察者能夠更好的對模擬實驗的狀態、變化過程、影響因素、概率特點等方面進行動態細致的觀察和思考。

3.基于虛擬現實VR技術的仿真實驗建設內容

3.1虛擬現實實驗室模型建設。

構建VR虛擬實驗室的主要任務是構建虛擬實驗室的三維模型。這個過程分為DVS3D，Unity3d，VRP Builder等軟件學習；實驗室參數和設備參數采集；虛擬實驗室3D模型建立三個步驟。首先，我們需要學習使用VR模型開發語言和相關的開發軟件，選擇和購買支持VR硬件設備的軟件開發，然后確定開發的實驗室類型，然后進行實地調查以獲得相關參數。最后根據所收集的參數構建虛擬實驗室VR模型。公司位于：

3.2人與虛擬場景的交互仿真。

這部分的研究目的是模擬構建的VR虛擬實驗模型與人體運動指令之間的相互作用。在構建的虛擬實驗室模型中插入觸發功能，使人體可以使用VR硬件設備控制實驗室設備，儀器相關的變量觸發。另外，VR交互設備的選擇也是與軟硬件兼容，實現其中一個要控制的要點。公司位于：

3.3已經建成了虛擬現實實驗室的遠程應用。

在開發VR虛擬實驗室和相關的交互觸發功能后，我們可以利用這個程序開發一個虛擬的實驗室教學系統，使用學校機房的主機服務器，并可以在校園網上遠程登錄。這部分研究主要集中在網絡控制工程，致力于開發這種網絡共享系統及其教學用途。

4.總結

通過本文章的研究，旨在為我國的仿真實驗建設提供有價值的理論參考依據，并通過本文章的論述，將虛擬現實VR技術下的仿真實驗構建以及人體與虛擬場景的仿真交互等方面進行深入的研究。

參考文獻

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