VR技術在汙水處理工程中的應用

更新時間：2017-03-17

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VR技術在汙水處理工程中的應用

一、項目背景

1.1 VR技術簡介

VR(Virtual Reality，即虛擬現實)，是綜合利用計算機圖形係統和各種現實及控製等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術。其中，計算機生成的、可交互的三維環境成為(wei) 虛擬環境(Virtual Environment，簡稱VE)。虛擬現實技術實現的載體(ti) 是虛擬現實仿真平台 (Virtual Reality Platform，簡稱VRP)。

VR係統的組成：VR係統主要由計算機軟、硬件係統（包括VR軟件和VR環境數據庫）和VR輸入、輸出設備等組成。

VR技術具有交互性，指用戶對虛擬環境中對象的可操作，並可以從(cong) 虛擬環境中得到自然反饋。

主要借助於(yu) 各種設備，如頭盔顯示器、數據手套等，使用戶以自然方式如手勢、體(ti) 勢、語言等技能，如同在真實世界中一樣操作虛擬環境中的對象。

VR技術的沉浸感，又稱臨(lin) 場感，是指用戶感到作為(wei) 主角存在於(yu) 虛擬環境中的真實程度。是VR技術主要的特征。

影響沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三維圖像中的深度信息，畫麵的視野、實現跟蹤的時間或空間響應及交互設備的約束程度等。

1.2 VR技術在教育行業的應用

目前在發達國家，VR在教育領域已得到了廣泛的應用。早在1985年，美國國立醫學圖書(shu) 館(NLM)就開始人體(ti) 解剖圖像數字化研究，並利用虛擬人體(ti) 開展虛擬解剖學、虛擬放射學及虛擬內(nei) 窺鏡學等學科的計算機輔助教學；1992年，馬克·英格裏伯格和洛賓·比得迪提合作創建了一個(ge) 虛擬物理實驗室，其目標是使它成為(wei) 具有高度可操作性的實驗環境，以便學生們(men) 能夠在此進行基礎物理研究;德國的漢諾威大學建立了虛擬自動化實驗室；西班牙大學電子係開發了電子儀(yi) 器虛擬工作平台；意大利帕瓦多大學建立了遠程虛擬教育實驗室;新加坡國立大學開發了遠程示波器實驗和壓力容器實驗；1995年，在Internet上出現了“虛擬青蛙解剖”虛擬實驗，“實驗者”在網絡上互相交流、發表自己的見解，甚至可以在屏幕上親(qin) 自動手進行解剖，用虛擬手術刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與(yu) 真正的解剖實驗幾乎一樣，瀏覽者還能任意調整觀察角度、縮放圖像。

目前，在我國，虛擬現實技術的開發和研究與(yu) 發達國家相比還有很大一段距離，但已引起政府有關(guan) 部門和科學家的高度重視。隨著計算機係統工程、計算機圖形學等技術的高速發展，虛擬現實技術已經引起我國各界人士的興(xing) 趣和重視。九五計劃、國家自然科學基金會(hui) 、國家高技術研究發展計劃等都把VR列入了研究項目。國內(nei) 的一些重點院校,已積極開展了這個(ge) 領域的研究工作。

1.3 本項目的應用背景

隨著VR技術及設備的不斷進步，其在影視、GAME等領域的應用已經逐步擴大和普及。在教育領域，目前關(guan) 於(yu) VR+教育的構想已實現，高盛曾作出預測，截至2025年，VR教育產(chan) 值有望達到7億(yi) 美元，並將覆蓋K-12（基礎教育）和教學軟件領域，VR和教育的結合被認為(wei) 在未來有著巨大的市場。

在環境工程專(zhuan) 業(ye) 的教學領域，教學培養(yang) 的目標通常包括：勝任汙染控製工程的設計及運營管理、以及新工藝和設備的研究和開發等工作。

作為(wei) 環境工程專(zhuan) 業(ye) 的畢業(ye) 生，僅(jin) 僅(jin) 通過理論學習(xi) 就進行圖紙設計或方案製作，難免有“紙上談兵”之嫌，而缺乏實際現場感官上的認識，也自然無法具有設計符合實際的工程的底氣和信心。

為(wei) 對實際工程現場有深入的了解，目前大多數院校都是以現場參觀的形式，到已經建成並穩定運行的工廠進行參觀。但是，在正常運行的工廠中，通常有多重限製，學生往往局限在工程的表象，無法深入構築物內(nei) 部，無法從(cong) 多方位觀察設備，也無法深入到危險場景中。

而VR技術本身具備真實、有趣的特性，讓枯燥、抽象的圖紙轉化為(wei) 豐(feng) 富、立體(ti) 的真實環境，成功的打破了空間和時間的限製，並節約了時間和設備成本，提高了教學的品質和效率。

本項目以某真實城市自來水廠為(wei) 基礎，搭建三維虛擬環境，並配套虛擬現實設備(三維眼鏡、手套、頭盔等)，利用虛擬現實的交互性，為(wei) 學生再現一個(ge) 真實、豐(feng) 富、可交互的自來水廠。