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数字孪生水利水电工程虚拟仿真实验室四维全景VR+AR+3DLED屏cave

2024-05-17 13:05 文章来源：ZOL 作者：张力元点击：次

数字孪生水利水电工程虚拟仿真实验室四维全景VR+AR+3DLED屏cave

一、实验室简介

水利水电工程虚拟仿真实验室是一个集成了虚拟现实技术和水利水电工程知识的先进教学平台。该实验室通过模拟真实的水利水电工程环境和操作过程，为学生提供一个沉浸式的学习体验，旨在加强学生对水利水电工程理论和实践的理解。

二、核心功能与技术特点

1. 高度仿真的工程环境：利用虚拟现实技术，实验室构建了一个高度逼真的水利水电工程环境，包括水库、大坝、水电站等关键设施的模拟。

2. 交互式学习体验：学生可以在虚拟环境中进行交互式学习，模拟实际操作过程，如设备巡检、故障排查等，从而更深入地理解水利水电工程的运行和维护。

3. 安全无风险：在虚拟环境中进行实验和模拟操作，消除了真实环境中的安全风险，使学生能够放心大胆地进行实践操作。

三、教学应用与价值

1. 提升教学质量：通过虚拟仿真实验室，教师可以进行更生动、直观的教学展示，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

2. 培养实践技能：学生在虚拟环境中进行实践操作，可以锻炼其动手能力和问题解决能力，为未来从事相关工作打下坚实基础。

3. 降低教学成本：使用虚拟仿真实验室进行教学，可以避免真实环境中的设备损耗和维护成本，同时为学生提供更多的实践机会。

四、技术支持与发展规划

1. 先进的技术支持：实验室依托于先进的虚拟现实技术、三维建模技术等，确保实验过程的真实性和准确性。

2. 持续更新与升级：随着技术的不断发展，实验室将不断更新和升级软硬件设备，以适应新的教学需求和技术发展。

3. 产学研结合：实验室积极与产业界、科研机构等合作，推动产学研一体化发展，为水利水电工程领域的人才培养和技术创新做出贡献。

综上所述，水利水电工程虚拟仿真实验室在水利水电工程教育领域中具有重要的应用价值和发展潜力。通过不断创新和完善，该实验室将成为培养水利水电工程领域高素质人才的重要基地。

四维全景水利水电工程虚拟仿真教学软件

一、软件简介

四维全景水利水电工程虚拟仿真教学软件是一款专为水利水电工程专业设计的教学辅助工具。它结合了四维全景技术和虚拟仿真技术，为学生和教师提供一个高度逼真的水利水电工程实验和教学环境。

二、核心功能与特点

1. 全景式水利水电工程环境模拟：能够模拟真实的水利水电工程建设和运营环境，包括水库、大坝、水电站、水闸等各类水利水电设施。

2. 交互式学习与操作：学生可以在虚拟环境中进行各种操作，如设备的开启与关闭、参数的调整等，从而深入了解水利水电设施的运行机制和工作原理。

3. 工艺流程模拟：软件可以模拟水利水电工程的全过程，包括勘察、设计、施工、运行等各个阶段，有助于学生全面了解工程建设的整体流程。

4. 故障模拟与排查：能够模拟水利水电设施在运行过程中可能出现的故障和问题，让学生学习并实践故障排除和维修。

5. 数据可视化与分析：实时显示和记录水利水电设施的运行数据，供学生进行数据分析和学习。

三、软件优势与应用价值

◆ 提升教学质量：全景式和交互式的虚拟仿真环境有助于激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

◆ 增强实践能力：通过模拟操作，培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。

◆ 降低教学成本：减少了对实体模型和实验设备的依赖，降低了教学成本。

◆ 创新教学手段：为教师提供了全新的教学手段，有助于推动水利水电工程专业的教学改革和创新。

四、适用对象与应用场景

该软件适用于水利水电工程专业的学生和教师，可用于课堂教学、实验教学以及学生自主学习等场景。同时，也可作为相关从业人员的培训工具，提升其专业技能和应急处理能力。

五、技术支撑与服务

该软件基于先进的虚拟现实和全景技术开发，具有良好的稳定性和兼容性。我们提供专业的技术支持和服务，确保用户在使用过程中得到及时的帮助和解决方案。此外，还提供丰富的教程和学习资源，帮助用户更好地使用该软件进行教学和学习。

综上所述，四维全景水利水电工程虚拟仿真教学软件是一款功能全面、真实感强、交互性好的教学辅助工具，对于提升水利水电工程专业的教学质量具有重要意义。

四维全景VR+AR+MR尉亮3DLED屏cave

一、技术概述

● 四维全景技术：该技术结合了VR（虚拟现实）、AR（增强现实）和MR（混合现实），为用户提供一种全方位、沉浸式的视觉体验。它能够模拟出一个完整的三维空间，让用户完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中。

应用场景

● 尉亮3DLED屏：这是一种特殊的显示屏技术，它结合了多媒体系统展示、人工智能、互联网大数据、云服务平台等技术，可以展示超高清流畅的3D数字化内容。

二、应用领域

1. 教育领域：通过VR+AR+MR技术和尉亮3DLED屏，可以打造出全新的3D数字化教育系统。例如，模拟出逼真的虚拟教室、实验室等环境，让学生在其中进行互动式学习，提高学习效果和兴趣。

2. 企业展示：该技术也可用于企业的产品展示和推广。通过3DLED屏展示产品的三维模型，让客户更直观地了解产品的外观和功能。

3. 娱乐与游戏：VR+AR+MR技术和尉亮3DLED屏结合，可以为用户提供沉浸式的娱乐和游戏体验。玩家可以完全融入游戏世界中，享受更加真实的游戏体验。

三、技术特点

1. 沉浸式体验：通过VR+AR+MR技术，用户可以获得身临其境的感觉，完全沉浸在虚拟世界中。

2. 交互式操作：用户可以通过手势、身体姿势、语言等自然方式与虚拟世界进行交互。

3. 高清重现：尉亮3DLED屏能够展示高清流畅的3D内容，使得虚拟世界的图像更加逼真。

4. 多功能性：该技术不仅限于视觉体验，还可以结合听觉、触觉等多种感官，提供更加全面的虚拟现实体验。

硬件系统建设内容

3D-LED大屏系统主要由3D-LED显示面板、3D视频控制器、3D眼镜、音响系统等内容组成。

● 动捕系统

LED动作捕捉式仿真实训通过光学动作捕捉摄像机、3D立体LED设备、交互3D眼镜和交互手柄等产品进行实训操作。实训过程中，不仅可以实现抓取移动、放大、缩小、360°全方位展示等基本功能，高度还原实际拆装场景和教学过程。

☆ 光学交互摄像头

配置光学交互摄像头，满足视频摄像/传播和动态图像捕捉等基本功能，简单易用、稳定可靠，具有良好的通用性、兼容性，内置大容量帧缓存，保证传输可靠与实时，超低延时触发电路设计，极速响应触发信号。

☆ 3D信号发射器

配置3D发射器，传输信号不再受限和干扰，眼镜和发射器一对一工作不受其他影响，眼镜和发射器同步无偏差，保证信号传输，还可通过调节适应不同3D显示设备。

☆ 三维交互手柄

配置三维交互手柄，按键功能齐全，操作反应灵敏，高精度6DOF交互手柄，定位速度快，使用流畅，为移动操作界面带来令人难以置信的沉浸感与自由度。

☆ 3D眼镜定位套件

配置带光学标记的3D眼镜，用于操作者与大屏进行实时互动，追踪操作者头部位置，实时调整3D显示画面视角，提升用户实时交互体验。

配置不带光学标记的3D眼镜，用于其他观看者，满足多人同时观看的需求，其他观看者佩戴后能够同步查看操作者的实时交互画面，适用于多人示教场景。

☆ LED大屏

应用优点：

1.显示尺幅大方便了对大尺度的研究对象进行观察

大尺幅的显示界面大大方便了我们对于大场景（如会场、战场、工厂等）的一比一还原能力，提升沉浸感，体验真实的历史事件与情景。为学院研究一些诸如景观设计、车辆工业设计等情景提供了便利的研究环境。

2.大尺幅可以提供超高分辨率的影像

高分辨率意味着可以显示更多的细节，高分辨率的影像不仅可以使画面显示更加细腻、同时也可以让观察者看到更多的内容细节。

3.方便教学，提升效率

可以实现一人操作、多人同时观看的教学效果，支持同时数十人上课，教师可以将复杂、抽象的教学内容在虚拟现实环境中呈现，学生可佩戴3D眼镜跟随教师的视角观看相应的场景，了解理论基础、生产场景、岗位实训等，增强课堂教学效果，提升课堂教学效率。

四维全景4DPanorama Player3DLED交互全息沙盘

3DLED交互沙盘是四维科技推出的基于三维全息技术的VR终端。3DLED交互沙盘集全息显示技术、6自由度运动跟踪技术和三维交互为一体，为多位观察者呈现一个三维立体VR影像，通过运动跟踪系统跟踪使用者的位置和视角，并通过手柄进行交互。

独特的视角提供不同于传统VR显示终端的沉浸式效果，大显示平台和6自由度运动跟踪交互提供多人研讨环境。结合四维科技4DP9200云平台软件，3DLED交互沙盘成为四维教育解决方案中集VR课程编辑和VR教学终端为一体的多人交互教学利器。

3DLED交互沙盘（以下简称"交互全息沙盘"）系统为四维科技自主研发的全息系统，不需要佩戴任何头盔即可在桌面上观看到全息影像，并同时对3D物体通过动作捕捉进行交互与操作。通过交互全息沙盘，用户可以无需佩戴笨重的头盔，自由地在桌面上展示内置/云端资源库或者自建的3D模型。通过交互设备，用户可以执行对模型的缩放、拖拽、旋转、置换、切片等操作，操作方式符合人类自然动作习惯与交互方式。

它能够加载几乎所有3D源的模型，包括设计图，点云数据，多边形模型，激光扫描，摄影测量等。有了交互全息沙盘，学生与教师可以在项目的任何阶段更轻松地展示对方案所做的更改并比较不同的设计解决方案，而这也为敏捷开发者提供了更佳的交流工具。

交互全息沙盘基于三维全息技术的VR硬件系统，图像刷新率高达120HZ，延时小于4ms，长时间观看不眩晕，是目前全球最高刷新率的VR设备。它集全息视觉图像技术、3D立体显示技术、六自由度光学运动跟踪技术和空中体感交互技术为一体，可以给观看者带来身临其境、触手可及的视觉交互体验，支持多人同时观看，可通过手柄、数据手套、体感等外设进行真实空间的人机交互。

交互全息沙盘具有，提供不同于VR头戴显示器的沉浸式效果，超大的显示画面和超低延时的六自由度运动跟踪技术提供了多人协同研讨环境。结合四维科技创视界VR内容创编软件、VR三维素材资源库、VR实训资源平台等实现了软硬件一体化的全新VR系统。交互全息沙盘内置，可以通过这些三维素材资源创作编辑VR场景，结合行业应用实现数据可视化。

交互全息沙盘特性：

1.独特的全息视角；

2.满足多人协同研讨环境；

3.内置大量的三维素材资源库，可自由编辑VR场景；

4.激光显示技术，对比度图像色彩还原性更接近真实；

5.不闪式3D显示，是目前VR视觉显示技术中最高刷新率；

6.支持8K、4K、2K分辨率，根据图像显示的细腻程度个性化配置DMD芯片；

7.虚拟的3D图像可以随着眼睛观看的位置自动跟踪，从而保证最真实的立体效果，不眩晕；

8.通过可跟踪位置的手柄实现跟虚拟图像的交互，达到真正的虚拟与现实场景的触手可及，同时提供可选的数据手套、力反馈等外设；

9.支持40多种模型格式无需转化一键VR；

10.采用人体工程学设计，提供良好的长时间工作舒适感。能更好地适应教育、科研和培训等应用需要；

交互全息沙盘场景使用示意图

交互全息沙盘是一种全新混合现实技术应用产品，可以广泛应用用在各个行业，例如：教育、工业、演练、工程、艺术等领域。

北京四维全景科技有限公司，（Beijing4D Panorama Technology Co., Ltd）地址：北京市昌平区科技园区3号楼5单元生产基地：深圳南山区兰光科技大厦B座展示中心：固安县工业园区北区江山路1号，黑龙江省牡丹江市爱民区数字经济产业园。

手机:尉亮13051383333 QQ: 53976423 张先生18611289150（微信）

QQ:1390949721 E_mail:51659528@163.com QQ: 53976423

公司网址：www.4k720vr.com

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虚拟现实Cave中间件

1. 支持任意屏幕尺寸沉浸式显示系统（CAVE、HMD、CADWALL、Workbench、Reality Center…）；

2. 支持操作者在沉浸式环境下与三维场景交互；

3. 可安装在连接控制器的任意一台PC机中，实现对控制器远程访问；

4. 控制主机软件接口：Trackd，VRPN或直接通过SDK自定义；

5. ★根据现实环境尺寸输入到三维环境设计窗口中自动生成投影矩阵，并可随时调整，进行运行时实时预览。

6. 支持操作者直观的与模型进行实时交互，支持鼠标或者操纵杆等工具对模型进行任意的移动；

7. 支持位置跟踪，能够支持位置跟踪系统实现操作者的视点及漫游设备的空间位置定位；

8. 支持基于Unity3D开发的3D应用程序；提供基于Unity3D开发SDK，无缝兼容Unity3D ；提供API函数接口，无缝支持Unity3D C#脚本。

9. 支持基于工业标准的计算机图形工作站；

10. 具备导航跟踪功能：

a.支持各种导航设备（基于DirectX接口的游戏手柄、飞行摇杆、三维鼠标），结合导航功能和跟踪功能，可以进行视角导航、位置跟踪、设备定位等交互式操作；；

b.跟踪功能：支持A.R.T.、InterSense等光学跟踪系统；

c. 跟踪功能和VRPN（VirtualReality Peripheral Network 虚拟现实周边网络协议）；

d. 支持A.R.T.光学跟踪系统；

e.跟踪功能，支持3D应用程序以头部跟踪方式和手持式交互设备的沉浸式交互体验。

f. 手指跟踪功能，支持数据手套等设备；

11. ★支持主动立体和被动立体两种立体模式；

12. 软件需支持基于QuadBuffer和3DVision的主动立体方式；

13. 软件需提供软件安装、产品配置、产品使用等详细培训；

14. ★软件在PC集群硬件模式下，可通过扫描功能，自动搜索IP找到PC集群对应计算机，并自动分配投屏到每台PC机画面；

15. 所有显示投屏屏幕可手动拖拽进行定制化排布，支持虚拟控制器与追踪设备和按键进行一键绑定，支持交互设备在操作过程中实时数据以图形变化的方式可视化监控，提供集群计算机之间网络和性能状态监控，可实时观察每台计算机状态；软件需支持操作过程录制，在无交互设备环境下播放之前录制好的演示过程；提供现场以上功能的演示视频。

16. ★系统配置参数修改后自动保存，并自动发布到PC集群，无需配置文件；

17. ★支持生理同步模块，实时接入生理传感器数据，显示随时间周变化的心率曲线图；

18. ★在VR内容里同步实时显示参与者的生理信息；

19. ★支持实时录制生理数据并可通过UDP端口发送数据至其他软件

20. 支持网络通讯模块，支持外部PC与本系统之间的数据收发和数据实时同步；支持Unity3d自带粒子系统在多机多显环境下的实时同步；提供现场以上功能的演示视频。

21. 为了便于后期场景的开发，提供指导性的演示demo范例；

● AR智慧教室解决方案概述

AR智慧教室解决方案结合了移动互联、增强现实、虚拟现实技术，打通智慧教室、校园展厅、创客教室、精品课件制作中心，将日常教学、展览展示、动手实践、科普课件制作连贯成一个无缝的交互平台，完美实现了智慧教学模式的有效落地。

AR教学系统能够切实贴合教学内容，帮助学生理解重难点知识点，协助老师开展拓展教学，辅以智能显示终端等周边设备，运用现代化手段切入整个教学过程，让课堂变得简单、高效、智能，支持学生开展自主与协作、泛在学习，让学生在学会知识与技能的同时，提升创新性思维能力，使学生轻松、愉快、主动、高质高效的学习，培养智慧型、实用型人才。

AR智慧教室

如上图所示，典型AR智慧教室包含AR教学系统、教学显示屏、摄像机、教师端PAD等模块，传统教室设备如电子班牌、组合可移动式桌椅、智慧课堂及移动端设备等，用户可根据自身需求进行选择配置。

4.1AR教学系统

教师于教学一体机区常规授课，教学一体机可用于播放显示教师的教学素材

如PPT、Flash动画，课件视频等，也可调用教学一体机内置课程资源用于授课，还可用于书写、批注等常规教学活动，同时依据课程内容实时植入各类相关AR三维模型、三维动画、特效及可视化图表等，基于摄像机拍摄，最终合成虚实结合授课效果输出到教室显示屏给学生作最佳授课效果呈现，同时授课过程可实时录制生成精品课件,教学一体机中播放的教师课件可接入录播系统独立录制，方便日后编辑使用，也可输出到显示屏方便教师做教学讲解时使用。基于AR教学系统，可轻松实现各种AR课件内容的拍摄制作，同时可将教师置于课件内容之中，是目前常见编程制作无主体VR内容的强大、必备补充。

4.2智慧课堂中控PAD

智慧课堂中控PAD模块能够做到让教师对智慧课堂各模块之间的切换调用、各显示终端展示内容、以及AR植入三维物体、三维动画、特效等的充分掌控。首先，根据教学内容需求，教师于相应时间可基于智慧课堂中控PAD来进行AR植入三维虚拟物体的调出、三维动画的触发等各种特效的使用，进而实现酷炫虚实结合课堂教学效果的呈现及AR课件内容的录制。

智慧课堂中控PAD可一键切换备课模式与上课模式，备课模式下老师可对各类AR教学素材进行组合、修改、混编，上课模式下播放控制各类素材，同时锁屏避免误触。同时，也可在授课模式与自由模式之间选择切换，当选择为授课模式时，由教师一人对课堂教学内容与节奏进行把握与控制，各种VR资源的交互控制由教师来操作，学生作观看学习；当选择为自由模式时，学生可作为课堂教学的主导者，通过PAD、VR一体机等多种交互方式实现与教师、与教学内容的切实交互。

● 建设意义

AR智慧教室解决方案结合了互联网+、增强现实、虚拟现实等技术，将各类基于VR/AR的教学、实训、实验整合纳入到一个交互系统中，完美实现了AR智慧课堂生态环境建设。

建设意义如下：

☆ 打造了以“虚拟教室+现场授课+三维教学模型+三维动画模板+交互式VR专业课件播放”为核心理念的教学模式，既可现场实时交互式教学,又可录制为精品课件；

☆ 有别于传统智慧教室以视频、图片、PPT、WORD文档等平面元素为主的课件表现形式，本方案中融入三维虚拟场景、三维模型、三维模板化组合动画、融媒体接入、4K视频、数据可视化等各种全媒体信息，使得智慧教室发展成为3D VR/AR+AI的超级智慧教室；

☆ 精品课件制作：传统智慧教室的课件制作方式——录播系统生成的课件普遍存在画质不高、构图杂乱、垃圾镜头过多、课件主题不突出等诸多现象，导致学生对课件的点击回放率极低；3D VR/AR智慧教室将AR教学模块、VR教学模块生成的VR课件直接上传到录播系统，实时生成VR/视频精品课件；

☆ 针对各种由信息技术、生物技术、新材料、新能源等催生的新产品、新技术、新学科，以及在教学中涉及价格昂贵、耗材型、体积庞大的新设备、新材料等，更加适合以VR/AR的各类呈现方式快速、直观、深入的实现；

四、4DP编辑器系统介绍

1、4DP编辑器系统

四维全景公司基于4DP编辑器的无编程VR内容编辑制作，可在现有普通教室、计算机教室、多媒体教室等空间升级使用。其特色为基于模板化VR资源制作，例如可生成VR电压表、VR电动机、VR视频窗、VR字幕条、VR图文图表等各类VR模板，任意设计师都可直接使用这些VR模块进行VR内容创作，也可利用这些资源模块编辑生成新的模板资源，按细分行业生成海量的VR模板资源库。相较于传统多媒体教学基于视频、PPT等平面素材的点击播放教学，VR资源包含各类VR元素，例如三维模型、VR模板、三维动画、三维仿真、数据可视化、融媒体资讯、AI决策等，根据教学需求结合各类交互、显示方式实现交互式VR教学。

☆ 国内首款集内容编辑播放于一体的专业VR编辑器；

☆ 无需任何编程，设计师即可独立完成；

☆ 可生成个性化的VR课件播放模板，可导入现有的各种教学资源；

☆ 所见即所得的编辑制作方式，易学易上手易迁移；

☆ 既支持模板化组合动画编辑制作，又能实现各种数据关联虚拟仿真；

☆ 有美工基础老师两天学会，一周内熟练；

可针对任意研究对象进行三维建模并自定义各种属性，嵌入相应物理函数以及对外接口，实现研究对象的虚拟仿真模型搭建及外部控制；

2、4DP编辑器系统优势

A. 门槛低：中职以上学生即可学会，通过一学年系统化学习，即可无编程实现普教、职校、高校、企业、文旅等各细分行业绝大部分虚拟仿真内容制作；

B. 效率高：大幅降低逻辑推理难度，无需编程，尤其可以使得传媒、动画、艺术、美工等艺术类学生可以独立完成虚拟仿真内容制作。针对软件、信息工程、汽车、电力类学生，也可套用材质、光照、动画、字幕、视频窗、图文图表数据可视化等各类模板，提升虚拟仿真内容的艺术效果；

C. 移植性强：通过VR编辑器制作虚拟仿真课程资源，其所有构成元素——三维场景、三维模型、三维仿真、组合动画、物联网接入、融媒体资讯接入、任意算法控制、AI驱动、数据可视化呈现、PPT、图片、文字、视频等，均是开源共享的，任意用户均可基于VR编辑器做二次开发、修改；在制作过程中，任何模块均可打包成模板，例如字幕模板、轨迹动画模板、视频开窗模板、机位动画模板、图文图表数据可视化模板、VR电压表、VR电动机、VR示波器等，其他设计师均可直接调用这些模板用于创作，也可修改三维物体模型、数学模型、动画属性等形成新的模板。

4DP编辑器是四维全景、制作、播出于一体的专业无编程VR编辑器，无需任何编程即可完成各种VR课件内容制作。其特色为基于模板化组合动画的VR内容制作，既可基于三维模型、图片、视频、PPT、图文字幕等基础元素创作任意复杂的VR组合动画，也可基于系统提供的各类组合动画模板快速制作各种VR课件。

相对于基于Unity/UE4等编程实现的VR内容制作，4DP编辑器通过可视化编辑实现VR内容制作，大幅降低VR内容制作门槛，提高VR制作效率。4DP编辑器可以接入任意触发方式，例如交互式手柄、手势识别、键盘鼠标、语音控制、内部属性逻辑判断、外部数据接入控制，也可基于VR/MR头显、3D交互一体机、立体LED大屏/投影、裸眼3D等各类显示终端播放。

3、4DP编辑器应用

☆ 校本VR课程资源制作——师生可基于VR编辑器及相关设备，可与学校各专业相结合，以4DP 编辑器系统为工具，根据不同的专业教学实训需求制作相应虚拟场景、模型、VR动画、特效、各种外部数据接入、虚拟仿真等，为学校提供源源不断的虚拟仿真教学资源；

☆ 专业VR内容制作人才培养——艺术设计相关专业的学生具有美工基础，一周即可熟练掌握VR编辑器，艺术设计类学院利用本院相关环境设计、产品设计专业的强项，使用4DP编辑器进行VR内容的编辑、制作，联合其它应用类专业进行各个学科的VR内容创作；

☆ 专业级VR内容制作——基于VR编辑器学校师生可制作各类VR内容，包括校内各专业虚拟仿真内容制作、校园文化宣传、校园新闻等交互式内容呈现，制作生成的VR内容更可直接应用于新工科各专业的VR教学实训，尤其用于解决教学过程中高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难再现的“三高三难”痛点和难点，还可进一步拓展至校企合作领域，辐射并服务于区域内对VR/AR实训有急迫要求的诸如医疗器械等企业；