構建虛擬現實軟硬件實訓平臺研究

劉毅 代一帆

摘 要：隨著信息技術不斷發展， 計算機應用領域越來越廣泛， 虛擬現實技術已運用到社會的各個方面。伴隨著虛擬經濟時代的到來，高等院校所開設的專業也在發生較大變化，在計算機相關專業中，已經出現了與虛擬現實為中心的相關專業，相關專業畢業生能在教育、科研、企事業等單位從事與虛擬現實相關的系統維護、虛擬程序開發等相關工作，相關工作崗位包括虛擬現實開發工程師、交互設計師、虛擬模型設計師等。本文就虛擬現實技術軟硬件平臺的搭建作系統論述。對該技術軟硬件平臺進行研究。

關鍵詞：虛擬現實、軟硬件平臺、實訓平臺、研究

仿真技術的一個重要方向就是虛擬現實技術，簡稱VR技術， VR技術是仿真技術、計算機圖形學、傳感技術等多種技術的集合。VR技術包括感知、模擬環境、傳感設備等。VR技術能創建一個具有觸、視、聽、嗅、味等多種感知的計算機系統。借助各種交互設備，讓我們沉浸于虛擬現實環境當中，并且能與虛擬環境中的實體進行交互，讓我們產生一種近似于真實環境的體驗。

我校將虛擬現實實訓室（簡稱VR實訓室）按照功能分為兩個區域，VR實訓區和VR研發區，分區情況如下圖所示：

VR研發區依賴新型的VR技術及相關設備，通過VR頭顯等設備支持，提供逼真的虛擬現實體驗，同時提供高級研發功能。VR實訓區主要功能包括學生隨時隨地進行VR知識的學習，以及VR基礎模型開發、虛擬實訓等。也可為我校計算機專業其他實訓課程使用，現就VR研發區與VR實訓區軟硬件平臺作如下研究。

VR實訓區定位為完成與虛擬現實基礎建模相關的實訓，主要硬件設備為高端配置計算機60臺套。在制作VR基礎場景建模時，我們關心的問題是軟件的適用性、可操作性。操作難度較大的話，即使軟件的性能較好、價格較低， 也很難得到我們的認可。3DSMAX制作流程相較為簡單。因此我們采用當前比較流行的3dsmax軟件作為虛擬場景建模軟件。

而在VR實訓區硬件配置上，我們也需要作了優化，當前有如深信服桌面云等比較流行的桌面云解決方案，，能將原來在計算機上的桌面、相關數據等全部集中到統一的數據中心，然后通過桌面交付協議，將生成的操作系統界面傳送給前端的接入設備，這些接入設備包括普通計算機、云終端、筆記本、智能終端等。桌面管理更高效，用戶訪問更靈活。但是桌面云對于創建虛擬模型感覺還是有點力不從心。分布在每臺計算機上的硬件資源相對較少。創建虛擬模型耗費較大內存空間及CPU資源，操作不是很流暢。

虛擬現實硬件實訓平臺我們還是考慮傳統的計算機硬件配置。首先我們考慮品牌機，當前市場占有率較高的品牌機包括聯想、戴爾、惠普、清華同方等。如果運用3dsmax建虛擬場景的話，我們需要配置高性能計算機。3dmax對計算機顯示性能要求較高，需要配置較好的顯卡、主板、CPU、內存等。建議CPU≧I5，內存≧16G，顯卡顯示性能優越，顯卡價格2000元以上。在這些品牌計算機中，滿足此配置的計算機基本價格都在1萬元以上，這對于我們來說性價比不高，因此我們選擇配置兼容機。

我校VR實訓區計算機配置情況為：英特爾Core i5-7500@3.4Ghz四核CPU，華碩prime B250-A主板， DDR4 16G內存，三星256G（固態）+希捷2T硬盤， NVIDIA Geforce GTX 1070顯卡，三星22寸顯示器，主板自帶聲卡。這種計算機配置對于我們制作虛擬場景來說已經足夠。接下來我們談一談配置的網絡環境， 交換機為H3C 24口千兆，交換容量達192G，包轉發：42Mpps，支持端口限速，端口聚合，支持802.1q和端口VLAN，支持web網管。千兆網絡環境，能確保學生機同傳數據快速、高效。有了良好的計算機硬件環境，必須有與之匹配的軟件環境，接下來我們做了很多嘗試與研究。

剛開始安裝了Windows7操作系統，出現了許多問題，安裝時我們采用了GPT分區模式安裝操作系統。GPT的意思是全局唯一標識磁盤分區表。GPT是一種更加先進、新穎的磁盤組織方式，通過UEFI啟動。因有更強的兼容性而被廣泛使用。在安裝過程中發現GPT分區模式不能安裝Windows 7操作系統，后來改用傳統的MBR分區模式，MBR本意是“主引導記錄”，它是存在于磁盤驅動器開始部分，是系統的啟動扇區。它包含已安裝的操作系統相關的系統信息，通過小段代碼啟動系統。如果MBR信息損壞或誤刪除，Windows系統就不能正常啟動。通過更改硬盤分區模式，Windows7操作系統順利安裝成功。

MBR分區模式最大的缺點是不支持容量大于2T的硬盤。由于硬件與操作系統不斷更新換代， 這種搭配逐漸被淘汰。我們考慮到可擴展性，決定改用GPT分區模式，安裝Windows10操作系統教育版。接下來安裝與制作虛擬場景相關的軟件比較順利。VR實訓區軟硬件環境完美解決。

VR研發區在硬件配置上，采用了英特爾（Intel） i7 8700K 酷睿六核處理器，32G大內存，GTX1080顯卡，能夠滿足我們通過Unity3D軟件制作后期虛擬現實場景及虛擬場景展示。該區域能夠運用Photoshop、CorelDRAW、Illustrator、Office、WPS、After Effect、Premiere、Audition 以及3ds max、maya、C4D 等大型三維軟件處理虛擬現實場景后期處理。我們采購了室內設計系統軟件，能通過智能參數化設計功能，驅動設計方案快速生成3D 效果圖，平面圖，施工圖等。實現開發VR 全景校園、 VR/AR 通信業務（3個）全流程體驗等綜合項目。同時采購了3D 打印設備與耗材，提供3D 打印環境支持。

虛擬現實展示硬件設備主要包括輸入設備、輸出設備。

輸入設備一種是基于自然的交互設備，主要作用是用于對虛擬世界信息的輸入。另一種是用于三維定位的跟蹤設備，主要作用是在三維空間中的位置進行判定，然后送入虛擬現實系統中。主要輸入設備包括：VR手柄、VR手套、計算機視覺的手勢輸入設備、全身動作捕捉等。

輸出設備主要是感知設備。感知設備的作用是將虛擬世界中各種感知信號轉變為人所能接受的信號，人與虛擬環境進行交互的實現形式較多，現階段主要是基于聽覺、視覺、力覺感知的設備。按照VR輸出形式可以分為三種：移動端VR、PC端VR和一體機VR。移動端VR關企業產品包括谷歌 Cardboard、三星 Gear VR、暴風魔鏡、暴風科技等。PC端VR設備包括Oculus Rift、HTC Vive、SonyPlaystation VR等。

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