VR技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用

更新時間：2017-03-17

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VR技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用

一、項目背景

1.1 VR技術(shù)簡介

VR(Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實)，是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備，在計算機上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。其中，計算機生成的、可交互的三維環(huán)境成為虛擬環(huán)境(Virtual Environment，簡稱VE)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的載體是虛擬現(xiàn)實仿真平臺 (Virtual Reality Platform，簡稱VRP)。

VR系統(tǒng)的組成：VR系統(tǒng)主要由計算機軟、硬件系統(tǒng)（包括VR軟件和VR環(huán)境數(shù)據(jù)庫）和VR輸入、輸出設(shè)備等組成。

VR技術(shù)具有交互性，指用戶對虛擬環(huán)境中對象的可操作，并可以從虛擬環(huán)境中得到自然反饋。

主要借助于各種設(shè)備，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等，使用戶以自然方式如手勢、體勢、語言等技能，如同在真實世界中一樣操作虛擬環(huán)境中的對象。

VR技術(shù)的沉浸感，又稱臨場感，是指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。是VR技術(shù)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，畫面的視野、實現(xiàn)跟蹤的時間或空間響應(yīng)及交互設(shè)備的約束程度等。

1.2 VR技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用

目前在發(fā)達(dá)國家，VR在教育領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。早在1985年，美國國立醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究，并利用虛擬人體開展虛擬解剖學(xué)、虛擬放射學(xué)及虛擬內(nèi)窺鏡學(xué)等學(xué)科的計算機輔助教學(xué)；1992年，馬克·英格里伯格和洛賓·比得迪提合作創(chuàng)建了一個虛擬物理實驗室，其目標(biāo)是使它成為具有高度可操作性的實驗環(huán)境，以便學(xué)生們能夠在此進(jìn)行基礎(chǔ)物理研究;德國的漢諾威大學(xué)建立了虛擬自動化實驗室；西班牙大學(xué)電子系開發(fā)了電子儀器虛擬工作平臺；意大利帕瓦多大學(xué)建立了遠(yuǎn)程虛擬教育實驗室;新加坡國立大學(xué)開發(fā)了遠(yuǎn)程示波器實驗和壓力容器實驗；1995年，在Internet上出現(xiàn)了“虛擬青蛙解剖”虛擬實驗，“實驗者”在網(wǎng)絡(luò)上互相交流、發(fā)表自己的見解，甚至可以在屏幕上親自動手進(jìn)行解剖，用虛擬手術(shù)刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與真正的解剖實驗幾乎一樣，瀏覽者還能任意調(diào)整觀察角度、縮放圖像。

目前，在我國，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)和研究與發(fā)達(dá)國家相比還有很大一段距離，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家的高度重視。隨著計算機系統(tǒng)工程、計算機圖形學(xué)等技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)引起我國各界人士的興趣和重視。九五計劃、國家自然科學(xué)基金會、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。國內(nèi)的一些重點院校,已積極開展了這個領(lǐng)域的研究工作。

1.3 本項目的應(yīng)用背景

隨著VR技術(shù)及設(shè)備的不斷進(jìn)步，其在影視、GAME等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)逐步擴大和普及。在教育領(lǐng)域，目前關(guān)于VR+教育的構(gòu)想已實現(xiàn)，高盛曾作出預(yù)測，截至2025年，VR教育產(chǎn)值有望達(dá)到7億美元，并將覆蓋K-12（基礎(chǔ)教育）和教學(xué)軟件領(lǐng)域，VR和教育的結(jié)合被認(rèn)為在未來有著巨大的市場。

在環(huán)境工程專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域，教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)通常包括：勝任污染控制工程的設(shè)計及運營管理、以及新工藝和設(shè)備的研究和開發(fā)等工作。

作為環(huán)境工程專業(yè)的畢業(yè)生，僅僅通過理論學(xué)習(xí)就進(jìn)行圖紙設(shè)計或方案制作，難免有“紙上談兵”之嫌，而缺乏實際現(xiàn)場感官上的認(rèn)識，也自然無法具有設(shè)計符合實際的工程的底氣和信心。

為對實際工程現(xiàn)場有深入的了解，目前大多數(shù)院校都是以現(xiàn)場參觀的形式，到已經(jīng)建成并穩(wěn)定運行的工廠進(jìn)行參觀。但是，在正常運行的工廠中，通常有多重限制，學(xué)生往往局限在工程的表象，無法深入構(gòu)筑物內(nèi)部，無法從多方位觀察設(shè)備，也無法深入到危險場景中。

而VR技術(shù)本身具備真實、有趣的特性，讓枯燥、抽象的圖紙轉(zhuǎn)化為豐富、立體的真實環(huán)境，成功的打破了空間和時間的限制，并節(jié)約了時間和設(shè)備成本，提高了教學(xué)的品質(zhì)和效率。

本項目以某真實城市自來水廠為基礎(chǔ)，搭建三維虛擬環(huán)境，并配套虛擬現(xiàn)實設(shè)備(三維眼鏡、手套、頭盔等)，利用虛擬現(xiàn)實的交互性，為學(xué)生再現(xiàn)一個真實、豐富、可交互的自來水廠。