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VR技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用

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產(chǎn)品型號:

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廠商性質(zhì):生產(chǎn)商

所  在  地:北京市

更新時間:2025-04-11 09:13:06瀏覽次數(shù):17次

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VR技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用 自來水廠基礎(chǔ)模型,是整個水廠的綜合體現(xiàn)。也是VR系統(tǒng)的Z基礎(chǔ)配置。其內(nèi)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。

VR技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用的詳細資料

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,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;西班牙大學(xué)子系開發(fā)了子儀器虛擬工作平臺;意大利帕瓦多大學(xué)建立了遠程虛擬教育實驗;新加坡國立大學(xué)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(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行解剖,用虛擬一層層分離青蛙,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。

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。

二、       虛擬自來水廠

2.1 虛擬自來水廠的工藝架構(gòu)

其他可選單元臭氧消毒,活性炭吸附、滲析、反滲透等。

 

2.2 可選功能描述

2.2.1自來水廠基礎(chǔ)模型

自來水廠基礎(chǔ)模型,是整個水廠的綜合體現(xiàn)。也是VR系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置。其內(nèi)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(gòu)筑物/建筑物內(nèi)部填料、擋墻、泥斗、出水堰、布水槽;

工藝設(shè)備泵、攪拌機、風(fēng)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(biāo)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(chǔ)模型中,加入相關(guān)聯(lián)的動作,讓學(xué)習(xí)者借助“手套”,對各個設(shè)備進行“操作”,并同時啟動相關(guān)聯(lián)的設(shè)備,液態(tài)及氣態(tài)的流動模擬等。具體包括

工藝設(shè)備的啟停水泵、風(fēng)機、攪拌機、輸送機、加氯機等設(shè)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(guān)的設(shè)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(shè)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(nèi)部,通過頭部運動來操作眼鏡內(nèi)部視點,視點到達觸發(fā)點來實現(xiàn)交互。

暴風(fēng)魔鏡

 

三星Gear

 

 

2.3.2大范圍定位方案

設(shè)備相應(yīng)配置腦、VR頭盔、大范圍定位系統(tǒng)

優(yōu)點空間利用率高

缺點設(shè)備費用高

操作方式將VR頭盔和腦連接,通過日常肢體動作來完成操作。

 

 

2.3.3其他可選硬件配置

1)、設(shè)備高配置腦、Oculus

優(yōu)點空間利用率高,運行穩(wěn)定

缺點設(shè)備費用高,操作不便

操作方式將相關(guān)設(shè)備連接腦,在規(guī)定范圍內(nèi),通過日常肢體動作來完成操作。

 

 

2)、設(shè)備高配置腦、HTCvive

優(yōu)點主流設(shè)備,運行穩(wěn)定

缺點空間利用率低,設(shè)備費用高

操作方式將相關(guān)設(shè)備連接腦,在規(guī)定范圍內(nèi),通過日常肢體動作來完成操作。

實際案例

 

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