虚拟现实技术在物流实验室中的应用

陈 榕 （福建交通职业技术学院，福建 福州 350007）

虚拟现实技术在物流实验室中的应用

陈 榕 （福建交通职业技术学院，福建 福州 350007）

物流实验室是物流专业教学活动的一个重要组成部分，传统的物流实验室存在项目投资大，设备更新困难等现实问题，难以大量应用。采用虚拟现实技术建设的物流实验室具有建设成本低，无机械故障，维护成本少等优点，值得大规模推广应用。

物流实验室；虚拟现实；建设

0 引 言

近几年随着物流产业的蓬勃发展，物流人才的培养也纷纷纳入各类学校的培养计划。物流实验室作为教学活动的重要环节也迅速列入各类学校的实验室建设规划中。目前物流实验室的建设内容主要包括以下几个方面：

（1）以物流软件模拟为主搭建物流模拟平台，让学生学习物流业务流程及物流管理的方法和原则。这种实训让学生担当不同角色，对业务流程进行分步或全部的数据操作，学生通过模拟实现对整个业务流程的了解和掌握。

（2）以各种真实或仿真的自动化物流设备为核心建设的物流实训室，如自动化分拣系统、立体仓库设备等。学生通过观摩和操作各类设备，能够直观地了解现代物流技术，掌握相应物流设备的操作技能。

（3）以物流园区沙盘为主建设物流展示区，并辅以各类图片、视频、模型。学生通过学习能够了解物流园区的基本情况和大型物流机械的名称和用途。

上述物流实验室建设中，除物流软件模拟外，大量应用了机械、电子、自动控制、计算机系统集成等技术，存在着建设周期长、占用空间大、设备维护成本高、项目投资大、设备更新困难等现实问题，难以大规模推广应用。而作为继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术，虚拟现实技术运用计算机技术对现实世界进行全面仿真，由于它能够创建与现实社会类似的环境，从而能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，从而在教育领域内有着极其巨大的应用前景，尤其是在物流实验室建设中应用虚拟现实技术，可以大幅度降低建设成本，消除机械故障，减少维护成本，大量增加实验项目和实验设备，提高学生的学习兴趣。

1 虚拟现实技术概况

虚拟现实 （Virtual Reality，VR）一词是20世纪80年代初美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier提出来的，当时主要应用于美国宇航局和国防部。虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它是借助计算机技术及传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。一个好的虚拟现实环境是由计算机图形学、图像处理、模式识别、多传感器、语音处理、网络等技术所构成的大型综合集成系统环境[1]。

虚拟现实技术具有以下特征：

（1）多感知性 （Multi-Sensory）——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

（2）浸没感 （Immersion）——又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样，典型的系统为虚拟现实大屏幕立体投影系统。

（3）交互性 （Interactivity）——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度 （包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

（4）构想性 （Imagination）——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，而且可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

根据用户参与虚拟现实系统的形式及沉浸的不同程度，虚拟现实系统可以分为四类：桌面虚拟现实系统，沉浸虚拟现实系统，分布式虚拟现实系统，增强现实又称混合现实系统。

在虚拟现实技术应用中，人们能够在一个虚拟的三维环境，用动态交互的方式对未来的工作环境进行身临其境的全方位审视，可以从任意角度和距离观察场景，可以选择切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞行等，并可以自由控制浏览路线，并且在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较，这是传统的实践教学与三维动画所无法达到的。

2 虚拟现实技术在物流实验室的实现方法

虚拟现实技术在物流实验室的实现就是利用三维建模技术，构建现实世界中各类物流设施与设备，如物流园区沙盘、配送中心、物流机械等的三维场景，并通过一定的软件环境驱动整个三维场景，响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应，并在三维环境中显示出来。虚拟现实技术的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等。该技术的实现可分为硬件系统和软件系统。

2.1 虚拟现实硬件系统

简单的虚拟现实系统不需要太多复杂的设备，只要具有输入、输出功能的设备即可，简单的计算机桌面互动系统就可以构成一个简单的桌面虚拟现实系统。如果要充分实现虚拟现实系统带来的多感知性、浸没感、交互性和构想性，就需要专业的信息输入、输出设备，信息输入设备包括键盘、鼠标、数据手套、力反馈方向盘、手柄等，信息输出设备包括高性能显示器适配器、单通道或多通道投影仪、立体眼镜、头盔显示器等。

2.2 虚拟现实软件系统

建立可视化三维模型从技术实现上可以分为三个步骤：第一步为几何建模，主要建立所需三维场景的几何构型；第二步为形象建模 （也称物理建模），主要对几何建模的结果进行材质、颜色、光照等处理；第三步为行为建模，主要处理物体的运动和行为描述。目前，用于建立可视化三维模型的物流系统仿真软件主要有AutoMod、Flexsim等仿真软件[2]。国内也有不少企业推出物流虚拟现实仿真系统整体解决方案和工程机械模拟驾驶系统，这些产品具有较高的性价比，可以大规模推广应用。

3 虚拟现实技术在物流实验室的具体应用

3.1 物流机械模拟操作系统

物流机械种类繁多，造价昂贵，大多数学校难以全面购置，更不用说实际操作。而物流机械模拟操作系统是虚拟现实技术在学习驾驶领域的具体应用，其主要由计算机软硬件系统、控制电路和模拟驾驶台组成，软件部分主要采用了先进的计算机三维成像、三维动画和虚拟现实技术。该系统利用虚拟现实技术的经济性、安全性及逼真性等特点，对学生进行驾驶知识的训练和驾驶技能的锻炼，以代替费时、费力、费钱的实车驾驶训练，能够有效减少学生培训时间，快速提高驾驶技能。在建设时，模拟驾驶台可采用与真车部件一致的零件，为学生提供高仿真操作的环境，以实现较好的教学效果。

物流机械模拟操作中，学生的每一个操作信号通过数据采集模块同步的传感系统传给控制计算机，系统对数据进行分析处理后，实现实时图像转变。并通过相应的仿真装置，实现力反馈和位移等的模拟，使学生操作时有与真车驾驶基本相同的感觉。同时该系统配有学生操作状态显示，便于教师观察、判断学生操作动作的正误。

3.2 物流园区沙盘演示系统

传统沙盘的最大缺点在于其空间限制性太大，不足以体现整个项目的设计细节，无法观察到模型内部，而且建成后无法修改。而使用虚拟现实技术的数字化电子沙盘，为用户提供了一个无限的虚拟空间，教师可以根据教学需要，任意修改完善原有沙盘，增加各种建筑和设施。学生可以从任意角度和距离观察沙盘，也可以选择切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞行等，并可以自由控制浏览路线，进入建筑物内部，而且在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较，这是传统的实践教学与三维动画所无法实现的。

3.3 虚拟配送中心演示系统

传统的仿真型配送中心包括自动化分拣系统、立体仓库、堆垛机、输送机等设备，存在投资巨大，维护成本高等缺点，并且一旦建成很难再改变。而使用虚拟现实技术制作的配送中心演示系统，没有机械设备，仅通过直观立体的三维仿真动画模拟配送中心运行情况，避免了建立物理试验模拟系统的投资，减少了建设成本，而且可以通过计算机技术进行精确计算和验证分析物流系统的生产量，确定瓶颈位置，报告资源利用率，大大扩展了教学内容和教学手段。

4 结束语

在物流实验室中应用虚拟现实技术，不仅可以形成直观立体的三维仿真图像，避免建立实体模拟系统的大量投资，降低了运行维护成本，而且也便于今后的升级换代，具有较强的可行性和科学性。虚拟现实技术将在今后物流实验室建设中发挥着越来越重要的作用。

[1]朱宁克，邹越.虚拟现实技术在建筑设计中的应用[J].北京建筑工程学院学报，2008(3)：35.

[2]陈榕.虚拟现实技术在配送中心设计中的应用[J].湖北广播电视大学学报，2009(1)：104.

The Appliance of Virtual Reality in Logistics Lab

CHEN Rong(Fujian Communications Technology College,Fuzhou 350007,China)

The logistics lab is logistics specialized teaching activity important component.The traditional logistics lab existence project invests in a big way,the updating equipment difficulty and so on realistic question,promotes the application massively with difficulty.Using virtual reality technology with the construction of the building of logistics lab low cost,no mechanical failures,less maintenance costs,etc.,should promote the use of a large scale.

logistics lab;virtual reality;construction

G642

A

1002-3100(2010)04-0123-02

2009-12-22

陈 榕（1975-），男，福建福州人，福建交通职业技术学院管理系，讲师，硕士，主要研究物流管理理论。