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VR技術在污水處理工程中的應用

VR技術在污水處理工程中的應用 自來水廠基礎模型,是整個水廠的綜合體現(xiàn)。也是VR系統(tǒng)的Z基礎配置。其內容為:
根據(jù)用戶所選擇的工藝單元,將每一個工藝單元的外形輪廓按實際工廠項目搭建起來,形成三維空間,可供用戶虛擬參觀。

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  • 廠商性質:生產廠家
  • 更新時間:2017-03-17
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詳細介紹

VR技術在污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(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。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、輸出設備等組成。

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VR技術具有交互性,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及交互設備的約束程度等。

1.2 VR技術在教育行業(yè)的應用

目前在發(fā)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(yī)學圖書館(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、虛擬放射學及虛擬內窺鏡學等學科的計算機輔助教學;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,其目標是使它成為具有高度可操作性的實驗環(huán)境,以便學生們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;西班牙大學電子系開發(fā)了電子儀器虛擬工作平臺;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(fā)了遠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(xiàn)實技術的開發(fā)和研究與發(fā)達國家相比還有很大一段距離,但已引起政府有關部門和科學家的高度重視。隨著計算機系統(tǒng)工程、計算機圖形學等技術的高速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術已經引起我國各界人士的興趣和重視。九五計劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。國內的一些重點院校,已積極開展了這個領域的研究工作。

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,目前關于VR+教育的構想已實現(xiàn),高盛曾作出預測,截至2025年,VR教育產值有望達到7億美元,并將覆蓋K-12(基礎教育)和教學軟件領域,VR和教育的結合被認為在未來有著巨大的市場。

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

作為環(huán)境工程專業(yè)的畢業(yè)生,僅僅通過理論學習就進行圖紙設計或方案制作,難免有“紙上談兵”之嫌,而缺乏實際現(xiàn)場感官上的認識,也自然無法具有設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,到已經建成并穩(wěn)定運行的工廠進行參觀。但是,在正常運行的工廠中,通常有多重限制,學生往往局限在工程的表象,無法深入構筑物內部,無法從多方位觀察設備,也無法深入到危險場景中。

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基礎,搭建三維虛擬環(huán)境,并配套虛擬現(xiàn)實設備(三維眼鏡、手套、頭盔等),利用虛擬現(xiàn)實的交互性,為學生再現(xiàn)一個真實、豐富、可交互的自來水廠。

二、       虛擬自來水廠

2.1 虛擬自來水廠的工藝架構

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其他可選單元:臭氧消毒,活性炭吸附、電滲析、反滲透等。

 

2.2 可選功能描述

2.2.1自來水廠基礎模型

自來水廠基礎模型,是整個水廠的綜合體現(xiàn)。也是VR系統(tǒng)的基礎配置。其內容為:

根據(jù)用戶所選擇的工藝單元,將每一個工藝單元的外形輪廓按實際工廠項目搭建起來,形成三維空間,可供用戶虛擬參觀。

每個工藝單元,分別包含:

構筑物/建筑物:內部填料、擋墻、泥斗、出水堰、布水槽;

工藝設備:泵、攪拌機、風機、藥劑箱、脫水機、污泥輸送機等;

監(jiān)測儀器:流量計、液位計、壓力表、pH計、濁度計等;

附屬:爬梯護欄、標示牌、工藝管道(閥門井、閥門、軟接頭、法蘭、管廊)等。

2.2.2自來水廠動態(tài)模擬

1)基礎模型中,加入相關聯(lián)的動作,讓學習者借助“手套”,對各個設備進行“操作”,并同時啟動相關聯(lián)的設備,液態(tài)及氣態(tài)的流動模擬等。具體包括:

工藝設備的啟停:水泵、風機、攪拌電機、輸送機、加氯機等設備的啟停;

閥門的啟閉:蝶閥、閘閥等的啟閉;

流體的控制:與相關的設備啟動后,自然呈現(xiàn)水的流動、水位的升高降低、氣體的曝氣效果、攪拌的漩渦效果等

2.3 硬件配置方案

2.3.1手機VR方案

設備:主流手機、VR手機眼鏡;

優(yōu)點:硬件費用低,操作簡單;

缺點:軟件費用高,開發(fā)周期長;

操作方式:將手機置于VR手機眼鏡內部,通過頭部運動來操作眼鏡內部視點,視點到達觸發(fā)點來實現(xiàn)交互。

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暴風魔鏡

 

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三星Gear

 

 

2.3.2大范圍定位方案

設備:相應配置電腦、VR頭盔、大范圍定位系統(tǒng)

優(yōu)點:空間利用率高

缺點:設備費用高

操作方式:將VR頭盔和電腦連接,通過日常肢體動作來完成操作。

 

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2.3.3其他可選硬件配置

1)、設備:高配置電腦、Oculus

優(yōu)點:空間利用率高,運行穩(wěn)定

缺點:設備費用高,操作不便

操作方式:將相關設備連接電腦,在規(guī)定范圍內,通過日常肢體動作來完成操作。

 

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2)、設備:高配置電腦、HTCvive

優(yōu)點:主流設備,運行穩(wěn)定

缺點:空間利用率低,設備費用高

操作方式:將相關設備連接電腦,在規(guī)定范圍內,通過日常肢體動作來完成操作。

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實際案例:

 

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