虚拟仿真技术的探讨与应用

虚拟仿真技术的探讨与应用

王冰

（大唐陕西发电有限公司西安热电厂陕西省西安市710302）

摘要：虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，本文要探讨虚拟技术的发展及应用。

关键词：虚拟；仿真技术；研究；

序言

近几年，虚拟现实与增强现实技术发展迅速，国内外大公司均在该领域做了重大布局，VR和AR迎来了前所未有的发展阶段。目前微软、爱普生、Oculus、HTC等知名公司均推出了自己的AR/VR产品，已成功应用在消费娱乐、虚拟展示、培训教育、智能巡检等多个领域。但同时国内AR与VR的发展还面临过很多问题，比如光学显示方案不成熟、缺乏专用的显示屏和处理芯片、应用场景不明确、产品的用户体验不佳等，为了推动该领域快速发展，国务院、发改委、工信部等多部委发布了相关政策，明确指出将AR/VR列入十三五期间重点发展的产业。

1.虚拟仿真技术的应用领域及功能实现

（1）虚拟仿真技术在国民经济各个领域，如教育、交通、动力、化工、制造以至农业、工业、社会科学等各行各业，都得到了广泛的应用和发展，并产生了巨大的经济效益，虚拟仿真已成为社会未来发展的必然。虚拟仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域中有关专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，它综合集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程技术、信息处理技术、自动控制技术等多个高新技术领域的知识。仿真技术经历了物理仿真、模拟仿真、数字仿真、虚拟仿真四个阶段，VR/AR技术的发展成熟，对仿真技术带来了质的飞跃，我公司开发的虚拟仿真平台，具备快速场景搭建、模型导入、业务仿真、操作引导、考核评估等功能。

（2）根据SuperData的最新数据，使用AR/VR培训的公司预计将在2019年节省135亿美元。虚拟仿真培训基于虚拟、混合和增强现实头盔以及移动增强现实应用的培训模拟，受训者可以在一个身临其境的环境中学习和实践他们的新技能，而不会有受伤的危险。例如，美国航空公司使用VR帮助新机组人员在第一天上班前熟悉安全程序。根据SuperData的数据，71%的公司正在使用VR进行培训，是虚拟陈列室的两倍。例如，沃尔玛计划在4000家商店培训超过100万的员工，他们将使用独立的Oculus头盔，该计划将于2019年晚些时候启动。除了零售商之外，航空公司、旅游业、石油和天然气以及金融业也在寻求采用这种身临其境的技术进行培训。

（3）AR技术可以提供虚拟与现实相融合的操作体验，VR技术可以提供沉浸式纯虚拟的操作体验。虚拟仿真平台，利用AR/VR技术，可以模拟装备拆装和机械操作训练全过程，而不必受天气、时间、空间等外界因素的影响，在安全的受训环境及精细的虚拟场景下，提升训练效果和临场的心理素质，降低培训成本。

（4）装备训练方案可创造高度沉浸感的虚拟环境、丰富的表现元素、直观的表现方式，进行装备操作训练，如装备的拆装训练、飞机的驾驶操作、特种兵的训练仿真等，从而提高训练水平。虚拟仿真平台不仅能模拟装备的原理展示、故障检测和维修训练，还能对训练成绩进行客观评定分析，并具有记录、存储、监控操作人员操作动作等功能。

2.虚拟仿真再实际工作中的应用及其价值体现

（1）虚拟仿真平台，可以应用在各行各业，我公司目前客户主要集中在铁路、公交、军事等领域，虚拟仿真培训系统利用虚拟现实技术，对设备的结构、工作原理、操作方法等进行模拟，对操作人员进行培训，树立设备的操作规范、维保成本的降低、实操技能的快速掌握与专业知识的深造，从而降低事故发生概率，保证无线通讯的顺畅。公交车虚拟教学系统利用虚拟现实技术，建造新能源实车、总成的三维模型，模拟车间实际作业的虚拟场景，通过程序设计将车辆、总成技术参数、标准以及维护工艺嵌入VR教学程序中，实现虚拟现实的实操培训及理论教学功能。

（2）基于我公司现有客户基础和产品基础，在接下来三年内，我们可以继续深挖全国铁路局及铁路设备公司，与全国公交集团及公交设备公司，将已有技术成果进行复制推广，获得最大投入产出比。在此基础上，申报军工保密资质及武器装备承制资质，拓展虚拟仿真技术在军事训练、军用装备操作培训上的应用。

3.虚拟仿真市场占有率及发展前景

2018年中国虚拟现实市场规模约348.6亿元，预计到2020年市场规模将超900亿元，年复合增长率达125%。工信部将支持虚拟现实核心关键技术及产品研发，推进虚拟现实技术与其他行业融合发展，到2025年全球VR市场的年营收规模将达到1100亿美元，相关的软件销售额达720亿美元，随着国内相关鼓励和扶持政策的陆续落地，虚拟现实行业有望加速爆发。Digi-Capital数据表明到2021年，AR市场将不断壮大，达到830亿美元，这是一个可以诞生平台级生态公司的市场，VR市场将达到250亿美元。如图（一）所示

4、虚拟仿真内容平台

虚拟仿真内容平台，利用虚拟现实、增强现实、三维建模、场景还原等技术，对设备、操作环境、系统参数等进行1:1还原，在模拟的环境中完成设备的操作培训、安全教育培训、操作考核。让员工在安全的受训环境下进行训练，以较低的成本快速完成对操作技能的掌握。这种方式相对于传统的手把手教授或看视频学习具有以下优点：

（1）系统具备引导操作模式，新手对于复杂装备可直接上手训练

（2）不受时间空间限制，培训成本极低

（3）复杂场景可1:1构建，操作完可一键复原，降低维护成本

（4）在原理展示的同时可自主式交互学习，印象深刻，培训效果好

（5）结合数据手套、体感设备，对人的动作进行全方位模拟

该系统架构如下图（二）所示：

不同终端优势。

该系统支持多种训练方式如图（三）所示：

结语：

总之，虚拟技术再各行各业的应用，大大提高了工作效率，为企业节约了成本。通过对传统培训学习的方式进行升级，还原操作的真实环境，用最直观的方式了解设备，操作设备，对设备进行维修保养，达到真实体验的效果。从而节省大量的岗前培训周期以及故障维修的周期，极大的提高时间效率与运营成本，为企业的长久发展打下的坚定的基础。

参考文献：

[1]龚成斌,唐倩,曹娅仪,etal.基于虚拟仿真实验的“材料分析技术”课程改革研究[J].西南师范大学学报(自然科学版),2017(11):78-82.

[2]姚倩.全媒体实验室与虚拟仿真技术的结合探索[J].知识经济,2017(6):129-130.