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Seinäjoki理工学院用Christie产品构建模拟显示

文章来源:Christie 作者:frank 发布时间:2010年04月22日 点击数: 字号:

客户:
Seinajoki理工学院 

产品:
5台Christie Mirage 4000数字投影机

合作伙伴:
IDCF

评价:
“我们共收到了17份投标申请,最终有5家公司获得投标权。 我们知道,全世界能够生产该级别投影机的制造商只有两家,其中一家就是Christie。”

背景
上世纪90年代,在信息技术学位课程设立以前,工厂模拟一直被包括在自动化和运输工程、食品加工和生物技术、木材工艺和建筑工程等学位课程之中。 在此期间,Seinäjoki理工学院先后熟悉并采用了模拟、计算机立体视觉和虚拟现实技术。 当时,他们采用的是Deneb的Quest and IGRIP模拟程序,这是一款完全基于OpenGL的软件,只能在SGI的硬件上运行。

“这样一来,我们对虚拟现实的兴趣不断增长,最终热切希望拥有自己的先进虚拟现实空间,以同其它理工学院展开竞争,”Seinajoki理工学院实验室工程师Tapio Hellman称。

1996年,机械电子学(一门结合了机械、电子和计算机控制的学科)的新学位课程在技术学院开设,以满足社会对机械修理厂和该领域内工程技术工作的需求。

这门学位课程大受欢迎,甚至让技术学院措手不及,无法提供充足的场地设备,因此Seinäjoki理工学院开始制订计划,建造新的技术中心。 这一设想在2003年实现,商学院和技术学院的IT相关学位课程被整合到一起,组建了新的ICT学院,并以新建成的‘Frami’大楼作为学院所在地。 这栋大楼也接入了EPANET研究网络,这是南博腾各所芬兰大学合作建立的研究网络,于2003年投入使用,其中就包括虚拟技术专业。

该专业课程将从虚拟现实实验室和CAVE获益匪浅,就像ICT学院所有15个实验室一样,CAVE由Seinäjoki理工学院联合委员会资助,另外约有20%的资金来自欧盟项目。

采购及规格
Seinäjoki理工学院通过大量的因特网信息浏览开始对世界各国现有的CAVE设施进行研究,坦佩雷技术学院虚拟现实中心主任Mika Iltanen为此提供了有力支持和帮助。

理工学院与IDCF的第一份合同于2002至2003年间签署,当时正在整个欧洲范围内进行‘Frami’技术中心的IT硬件招标。合同分为几个单独的竞标部分,而IDCF赢得了供应40台DLP投影机的项目。

2004年,Seinäjoki理工学院面向全欧洲公开招标,招标内容包括DLP投影机、反射镜、投影表面和CAVE安装,当时有多家公司有能力承担高水准沉浸式环境的建造任务。

“我们共收到了17份投标申请,最终有5家公司获得投标权。 我们知道,全世界能够生产该级别投影机的制造商只有两家,其中一家就是Christie,”Tapio说。 只有5家供应商获得投标权,其中就有两家提供Christie产品,这非常重要。

在Christie系统工程师Andy Symonds的领导下,Christie承担了最顶级的3D沉浸式环境的设计和安装工作,该环境是完全环绕的立体环境,采用覆有特殊涂层的屏幕,并使用反射镜折射光纤,以缩短投影距离。

最初的投标要求以四面和五面立方体为标准。 开始,在最终决定采用初始的最大屏幕和表面数量之前,理工学院曾考虑到潜在的财务风险,因而选择了四面方案,“因为这样在后期会很难实现,无论是从经济角度还是工作量的角度,”Tapio说。 他解释了地板投影在地板以下进行的四面CAVE将会浪费沉浸式环境和质量。 他相信,五面才是最佳的数量,“因为立方CAVE的六个面会导致声学、通风、布线和定向等方面的问题,而且在像我们这样的一个非立方CAVE环境下,每块屏幕的宽高比都是4:5,所以六面根本不可行。”

Seinäjoki理工学院的CAVE几乎是一个立方体空间,其中包含5个背投表面(左墙、后墙、右墙、地板和天花板)。 空间尺寸为3米 x 3米(高2.4米),玻璃地板能够支撑超过5000千克的不规则载荷。 CAVE一次容纳一到五人时,可获得最佳的沉浸体验。

屏幕采用基于丙烯酸树脂的材料,观看者一侧的光学漫射表面能够消除极高亮度投影机所产生的任何热点,并将光线均匀分布。

在这些表面上投影了一个由Silicon Graphics Onyx4 UltimateVision计算机制作的3D主动立体图像,该计算机采用10个MIPS R16000处理器,运行速度达700-800 MHz,具有14 GB共享内存、1.6 TB RAID硬盘阵列、6 ATi FireGL SG2 OpenGL图形管线、千兆以太网接口和Iris音频处理器。 处理器最多可增加到16个,图形管线可增加至8个。操作系统为IRIX 6.5.25。

理工学院定购了一台5 PC群集器,也可以用作CAVE图形生成器,运行Windows和Linux软件(除SGI IRIX以外)。 “这是全球虚拟现实实验室的全新发展趋势,我们希望也能够成为其中的一部分,”Tapio。

图像由Christie Mirage 4000数字投影机生成,每个都来自对应的投影系统。

计算机生成这五幅投影图像,其中包含几何元素和位图,还有可能包含视频内容。 此外,该系统对CAVE立方体内观察者的动作具有最小的响应时间,能够根据CAVE使用者的位置、方向及其使用的输入设备的变化在每面墙上投影出一幅图像。

投影出的图像是主动立体图像,佩戴频率为2 x 45 Hz的液晶快门眼镜(使用红外线以每秒96次的速度开关)后,每只眼睛都能看到独立的图像。 投影机的刷新频率与快门眼镜的开关频率同步,使左右眼图像以间隔投影帧的速率切换。 (快门眼镜能够遮挡图像,阻止眼睛看到特定图像,有效地为每只眼睛提供特定的3D图像)。

要有效使用地板和天花板投影,图像需要以主动(不是被动)立体的方式投影,并采用不同的极化系统。 “CAVE是一个虚拟现实环境,使用者可以瞥一眼虚拟的角落,看一看虚拟桌子的下面。 这给使用者带来一种真正身处其中的沉浸式体验,虽然实际上一切都是虚拟的,”Tapio解释说。

软件
Seinäjoki理工学院采用了多种软件,这些软件是全世界最适合虚拟环境应用的软件。 这些软件可分为三大类:
  • 3D建模和转换软件
  • 展示软件
  • 软件库

    这主要用于机械电子学,它包括工厂自动化、机器人等分支。“由于我们不是一所综合性大学,所以我们的主要目标也不是研究虚拟现实,而是将虚拟现实加以实际应用,”Tapio说道。 “就像有些大学一样,我们不相信开源软件是虚拟现实的唯一正确方法。”

    展示软件包中最重要的软件有:VRCO的VRScape、VRCOntext的Walkinside、Vircinity的COVISE、Multigen-Paradigm的Vega Prime、Dassault Systemes的CATIA ENOVIA DMU Review、PTC的DiVision Reality和TreeC的VR4MAX。 借助软件库,他们可以用C或C++语言设计程序,可用的软件库包括:VRCO的CAVElib,适合基础CAVE程序编程;Mercury Computer Systems的Open Inventor,适合较高级沉浸式程序;CMLabs的Vortex,适合物理学、动力学和碰撞研究。 这些程序可以在SGI IRIX、Linux和Microsoft Windows平台上制作。

    未来
    CAVE和虚拟现实实验室将由信息技术学位课程(尤其是嵌入式系统、机械电子学和软件工程)的学生、教师、虚拟现实技术教授及其研究团队使用和开发。

    但虚拟技术的各个应用领域将不会被舍弃。 CAVE将被用于嵌入式系统、机械电子、3D机械和运动学设计、建模、模拟、分析、原型制造等领域,还有可能用于研究型商业项目。 其它可能的应用领域包括建筑、建造和土木工程、娱乐、文化、机械和其它学科。 这样,它将脱下神秘的面纱,成为各个学科研究中不可或缺的一部分。 CAVE设施也可供任何公司企业租赁使用。

    Tapio Hellman称,CAVE吸引了媒体的高度关注,并接待了多位知名人士前来参观,它已经成为国内外学生团队和教授来校访问时“不可错过”的参观项目。

    虽然这套系统采用完全外包的形式建造,但理工学院创造芬兰最佳虚拟环境的任务才刚刚开始,他说。 “Seinäjoki理工学院永远不会停下发展的脚步,就像软件一样,它只会变得越来越好!”

    然而,他也强调,CAVE系统并不需要以营利为目的。 “我认为,某些高水平的CAVE之所以会让人失望,是因为对它的工作效率或盈利水平的期望过高。 在CAVE或虚拟实验室中投入的资金将不会以现金的形式收回,而是以知识和研究成功的形式获得回报。 虽然可能需要经过几年的研究才能获得有利结果,但我相信,它完全有能力在未来5到10年内成为这一领域的全球领导者。”

    Christie的Simon SMIth也同样持乐观态度,他认为,这样高难度的项目的成功实施将有助于实现最终用户和合作伙伴的远景。

    虽然Christie已经在欧洲许多国家和地区实施了多个CAVE项目,无论是三面还是六面,但他认为这是到目前为止效果超好的一个。

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