一、概述
CAVE大型沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由津發(fā)科技自主研發(fā)的ErgoLAB虛擬世界人機環(huán)境同步平臺、美國WorldViz虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等核心部件組成；CAVE虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一個大型的可支持多用戶的沉浸式虛擬現(xiàn)實顯示交互環(huán)境，能夠為用戶提供大范圍視野的高分辨率及高質量的立體影像，讓虛擬環(huán)境*媲美真實世界，為用戶提供數(shù)字樣機的可視化虛擬設計、虛擬裝配、虛擬展示、虛擬訓練以及對應得人機工程分析等技術服務。充分利用CAD數(shù)據(jù)進行展示及各個部門之間的協(xié)同設計工作。該系統(tǒng)為人因與工效學相關專業(yè)人員提供了一個虛擬人機交互、輔助決策、設計協(xié)同的人機工效分析教學科研平臺。

人機環(huán)境同步平臺由VR虛擬現(xiàn)實實驗設計模塊、可穿戴生理記錄系統(tǒng)、VR虛擬現(xiàn)實眼動追蹤系統(tǒng)、可穿戴腦電測量系統(tǒng)、交互行為觀察系統(tǒng)、生物力學測量系統(tǒng)、環(huán)境測量系統(tǒng)等模塊組成。實現(xiàn)在進行人機環(huán)境或者人類心理行為研究時結合VR虛擬現(xiàn)實技術，基于三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境變化的情況下實時同步采集人-機-環(huán)境多因素數(shù)據(jù)（包括如眼動、腦波、呼吸、心律、脈搏、皮電、皮溫、心電、肌電、肢體動作、關節(jié)角度、人體壓力、拉力、握力、捏力、振動、噪聲、光照、大氣壓力、溫濕度等物理環(huán)境數(shù)據(jù)）并進行同步分析與評價，所獲取的定量結果為科學研究做客觀數(shù)據(jù)支撐。
CAVE大型沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由四通道CAVE正投系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實引擎、人機交互系統(tǒng)、動作捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套等系統(tǒng)模塊組成；正投方式是依靠投影幕來反射光線的，可以大大節(jié)省空間，科研用途。

系統(tǒng)屏幕及尺寸信息匯總如下：

采用高清1200分辨率的專業(yè)超短焦激光投影機，CAVE系統(tǒng)中單屏幕尺寸為3200*2000mm，通過現(xiàn)場高精度組合起來作為顯示載體；
本投影顯示系統(tǒng)采用了4臺激光超短焦投影機，正面、地面、兩邊屏幕采用單通道正投方式。為節(jié)省空間，全部采用背投一次反射方式進行投影輸出
整個顯示系統(tǒng)參數(shù)如下：

• 每通道1920*1200分辨率

• 像素邊長：2.08mm

• *觀看距離：1500mm-5000mm;

• 屏幕亮度：203尼特，立體亮度34尼特(超過影院亮度標準)

• 倍頻式主動立體功能，工作站僅需要60Hz輸入即可實現(xiàn)立體輸出

• 投影機吊裝在2800mm左右高度，上方留部分散熱空間；

• 投距：約3100mm，使用短焦增加光利用率的上投方式傾斜投影到反射鏡后經(jīng)反射到屏幕，整個反射鏡zui邊緣與屏幕之間距離為2400mm

作為該套系統(tǒng)方案的核心虛擬現(xiàn)實軟件引擎，WorldViz不僅支持CAVE虛擬現(xiàn)實，可為用戶提供優(yōu)質的應用內(nèi)容。結合行走運動追蹤系統(tǒng)、虛擬人機交互系統(tǒng)，使用者zui終完成與虛擬場景及內(nèi)容的互動交互操作。

作為該套系統(tǒng)方案的核心數(shù)據(jù)同步采集與分析平臺，ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺不僅支持虛擬現(xiàn)實環(huán)境，也支持基于真實世界的戶外現(xiàn)場研究、以及基于實驗室基礎研究的實驗室研究，可以在任意的實驗環(huán)境下采集多元數(shù)據(jù)并進行定量評價。(人機環(huán)境同步平臺含虛擬現(xiàn)實同步模塊、可穿戴生理記錄模塊、虛擬現(xiàn)實眼動追蹤模塊、可穿戴腦電測量模塊、交互行為觀察模塊、生物力學測量模塊、環(huán)境測量模塊等組成)

二、方案特點
1.    核心虛擬現(xiàn)實引擎 兼容多種三維應用程序
系統(tǒng)內(nèi)置核心虛擬現(xiàn)實軟件引擎，能無縫支持多種三維應用程序，快速獲取設計成果進行展示與交互。
2.    多通道技術 *沉浸感
虛擬現(xiàn)實呈現(xiàn)技術，實現(xiàn)畫面的無縫拼接和*融合，呈現(xiàn)身臨其境的3D沉浸感。
3.    自主研發(fā)
基于虛擬現(xiàn)實技術的人機環(huán)境定量評價為科研提供客觀數(shù)據(jù)支撐，自主研發(fā)的ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺，VR同步模塊基于沉浸式三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境，實時同步采集多元數(shù)據(jù)并進行定量評價，客觀的定量統(tǒng)計分析結果對科學研究提供數(shù)據(jù)支撐。
4.    *自然狀態(tài)下的行走
虛擬現(xiàn)實技術進行人類行為研究采集數(shù)據(jù)進行定量分析更真實。整個實驗室空間均為行走虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實驗場地，被試可以不受任何限制自由行走，模擬*真實世界的行為，采集的數(shù)據(jù)更真實。
應用領域
•    BIM環(huán)境行為研究虛擬仿真實驗室解決方案：建筑感性設計、環(huán)境行為、室內(nèi)設計、人居環(huán)境研究等；
•    交互設計虛擬仿真實驗室解決方案：虛擬規(guī)劃、虛擬設計、虛擬裝配、虛擬評審、虛擬訓練、設備狀態(tài)可視化等；
•    軍工國防裝備人機環(huán)境虛擬仿真實驗室解決方案：裝備人機環(huán)境系統(tǒng)工程研究以及軍事心理學應用，軍事訓練、軍事教育、作戰(zhàn)指揮、研制與開發(fā)等；
•    用戶體驗與可用性研究虛擬仿真實驗室方案：游戲體驗、體驗類運動項目、影視類娛樂、多人參與的娛樂項目。
•    虛擬購物消費行為研究實驗室方案
•    安全人機與不安全行為虛擬仿真實驗室方案
•    駕駛行為虛擬仿真實驗室方案
•    人因工程與作業(yè)研究虛擬仿真實驗室方案
•    產(chǎn)品的設計和制造中廣泛地應用了虛擬技術。應用集中在以下幾個方面：
裝配工藝仿真
裝配仿真包含了對零部件的裝配、大型結構體裝配和子系統(tǒng)裝配和安裝。
工廠物流仿真
工廠物流仿真包含了對大模裝的仿真、天車和工裝的仿真和廠房空間布局管理、資源設備的利用率以及工人數(shù)量需求、成本仿真。
人體工程仿真
人體工學仿真包含了操作可達性仿真、可維護性仿真、人體工學/安全性仿真
VR系統(tǒng)在其它的制造領域如汽車、船舶等行業(yè)也獲得廣泛的應用。