虚拟现实技术在物流园区规划中的应用

陈 榕（福建船政交通职业学院，福建 福州 350007）

物流园区是指为了实现物流设施集约化和物流运作共同化，或者出于城市物流设施空间布局合理化的目的而在城市周边等各区域，集中建设的物流设施群与众多物流业者在地域上的物理集结地[1]。物流园区包括物流中心、配送中心、运输枢纽设施、运输组织及管理中心和物流信息中心，以及适应城市物流管理与运作需要的物流基础设施。物流园区规划是否合理，不仅会影响园区企业的物流效率和运营成本，而且会影响社会的运行成本。因此，对物流园区进行科学、合理的规划是增强园区竞争力的关键环节。

物流园区规划涉及大量物流设备及人员的配置、场地布局评价、工程计划以及物流系统工艺的设计论证，是一个空间、时间与随机变量交错的复杂课题，难以用方程式、或简单的表达式来解决。并且随着物流行业生产自动化水平的不断提高，物流系统越来越复杂，生产节奏越来越快，管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑。决策不当，往往需要付出高昂的代价。传统的物流园区规划方法主要是基于二维的设计模式，设计者通常以绘制建筑的平、立、剖面图作为设计过程中的主要手段，对于方案的思考、推敲也更多地是在二维平面内进行草图的修改。直到以3DMAX为代表的三维建模软件在建筑设计中的应用，标志着建筑设计进入了三维的时代。但是无论是二维建筑效果图，还是三维建筑效果图只能提供静态局部的视觉体验，不具备实时的交互性，不能有效预知设计的不合理性。正是由于物流系统的复杂性，快节奏和柔性，要想预测每一个决策给系统带来的后果，已经是人的大脑无法胜任的了。虚拟现实技术正是弥补了这一不足，不仅成为物流系统管理者的有用工具，而且成为物流园区规划人员的得力助手。

1 虚拟现实技术概况

虚拟现实（Virtual Reality，VR）一词是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[2]。

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。

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建筑物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，这是传统的建筑效果图与三维动画所无法达到的。

2 虚拟现实技术在物流园区规划的实现方法

虚拟现实技术在物流园区规划的实现就是利用三维建模技术，构建现实世界中物流园区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、RaLC（乐龙）等仿真软件，交通系统仿真软件主要有交通规划软件TransCAD、交通仿真软件TransModeler和地理信息系统软件Maptitude，现主要介绍RaLC（乐龙）仿真软件。

RaLC物流仿真软件，是由日本人工智能服务株式会社独立开发的拥有自主知识产权的物流仿真软件。该软件利用3D动画仿真模块来设计、规划和分析物流仓储配送中心系统（物流设备、控制系统、作业人员和业务信息数据等），为物流生产管理以及物流工程设计和规划提供科学依据，是一种能为物流中心及工厂提供各种最佳解决方案的仿真验证工具软件系统。

RaLC物流仿真软件中包含了仓库、配送中心的所有的设备。不仅有普通仓库用到的货架、叉车、手推车等常用设备；也有先进的自动智能设备：如自动码垛机、AGV无人搬运车、自动轨道车、升降机、自动立体仓库、移动货架、旋转货架等百余种与现实物流环境相对应的物流设备模块。模型模块面向对象开发、各有与自身结构和功能特点相对应的参数属性表。使用时只需按要求对其属性做相应调整即可，无需进行复杂编程。

RaLC物流仿真软件具有命令丰富、高度智能化的作业管理器模块，具备编辑作业人员作业内容、控制设备的复杂逻辑等强大功能，可以全面表现物流配送中心进货、入库、分类、拣选、加工、出库、运输等所有与货物处理相关的设备及人员的详细作业流程，虚拟的作业人员具备障碍物绕行、自动识别最短路径、命令指示行动路线和实现多人协同工作的高度智能。该软件可利用真实物流数据制作出商品、进货、入库、库存、拣选、分类、包装、补货、出库等一系列数据文件来驱动模型，动态实现完整意义的仿真，再现物流场景。

RaLC物流仿真软件包带有仿真数据分析工具，通过解析模型日志，可以得到设备的能力图、作业时间分布图、作业内容分布图等数据图表。以此反映物流配送中心的总体运行情况，为改善决策提供有力参考依据。特别值得指出的是，RaLC物流仿真软件在对人员的工作情况分析上，可以详细划分人员的行为和工作结构。从而可以改善作业人员的行为方式和工作方法。

3 结束语

在物流园区规划中应用虚拟现实技术，可以把现有的或正在规划中的物流配送中心或工厂在计算机系统中建成虚拟的3D动画模型，以实现一种以3D动画为载体，集作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息合为一体的系统仿真平台，真实地再现整个物流系统，为物流园区的规划建设和改善提供有效的可视化手段，避免了建立实体模拟系统的投资，减少了设计成本，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，从而校验物流系统设计的合理性，提高系统方案的可行性和科学性。

[1]国家国内贸易局,等.GB/T18354-2006，物流术语（修订版）[EB/OL].(2011-10-14)[2012-04-15].http://wenku.com/view/d181b3d6360.cbalaa811dafl.html.

[2]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.