列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)解決方案

本方案由搜維爾虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗室推出，自20世紀(jì)80年代以來，美國，英國，法國，澳大利亞等國家開發(fā)出了列車模擬駕駛系統(tǒng)，并在世界各國鐵路部門得到了廣泛的應(yīng)用，普遍認(rèn)為這是一種培訓(xùn)司機(jī)的先進(jìn)工具，縮短了培訓(xùn)時間，減少了培訓(xùn)費(fèi)用，而且培訓(xùn)過程絕對安全，不會影響正常的行車。一方面可以用來培訓(xùn)重載列車司機(jī)，另一方面用作工程分析。我國自80年代后期成功研制了列車模擬駕駛系統(tǒng)，目前超過2／3的機(jī)務(wù)段，司機(jī)學(xué)校配置了列車模擬駕駛系統(tǒng)，為我國鐵路機(jī)車司機(jī)培訓(xùn)起了很好的作用。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

一、列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)功能特點(diǎn)：

1、逼真的列車駕駛仿真環(huán)境。

列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)能提供逼真列車駕駛視景、聲音和運(yùn)動等部分。逼真的駕駛操作環(huán)境：司機(jī)駕駛室、操縱臺及相關(guān)操縱設(shè)備的外形及尺寸與真實(shí)機(jī)車完全相同，以保證高度的真實(shí)感；高品質(zhì)聲音仿真功能：查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

2、精確的列車操縱功能仿真。

列車操縱功能仿真包括正常運(yùn)行條件下和故障條件下列車操縱功能仿真。精確的列車動力學(xué)計算功能：駕駛仿真器具有精確的牽引加速度性能和制動減速度性能，列車惰行速度變化以及上下坡和過彎道的效果同真車運(yùn)行一致。模擬操縱功能：駕駛仿真器可以模擬列車啟動、加速、惰性運(yùn)行、制動停車等各種工況下的全部操縱功能；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

3、故障處理和緊急情況處置模擬及評估。

根據(jù)地鐵駕駛模擬訓(xùn)練的需求，內(nèi)置了多種故障處理流程評估仿真科目，以及多種緊急情況處置訓(xùn)練科目，查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

二、列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)核心

1、操縱裝置

配置和真實(shí)列車相一致的主控制臺，包含完整的儀表、按鈕、開關(guān)、指示燈等裝置，能指示列車各種信號，且所有的邏輯關(guān)系與真車一致；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

2、視景仿真系統(tǒng)

列車駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng)視景仿真系統(tǒng)采用計算機(jī)實(shí)時CG的形式展現(xiàn)駕駛訓(xùn)練虛擬場景。能展現(xiàn)包括列車運(yùn)行線路中的全部正線、折返線、停車線、檢修線、實(shí)驗線、出入庫線、洗車線、車輛段等；列車雙向運(yùn)行于上述區(qū)域司機(jī)視域范圍的所有靜態(tài)以及動態(tài)景物；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

3、緊急情況和突發(fā)時間模擬功能

能模擬異常的地面信號、以及站區(qū)中包括跌落、著火、電力中斷等故障。模擬至少200宗車輛故障、線路故障及運(yùn)營事故，故障設(shè)置后相關(guān)的硬件及場景會有相應(yīng)的變化，學(xué)員處理故障時的邏輯關(guān)系應(yīng)與真車保持一致。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

三、列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)集成

列車機(jī)車虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛模擬教學(xué)系統(tǒng)集成主要包括訓(xùn)練用司機(jī)操縱臺和駕駛模擬訓(xùn)練軟件系統(tǒng)。下面分別從司機(jī)操作臺、駕駛模擬訓(xùn)練仿真軟件以及模擬訓(xùn)練視景數(shù)據(jù)庫三方面闡述技術(shù)方案。

1、司機(jī)操作臺

操縱臺是列車駕駛模擬器的重要人機(jī)交互界面，較為真實(shí)的駕駛模擬訓(xùn)練操縱環(huán)境，能增強(qiáng)列車駕駛模擬的逼真度，強(qiáng)化培訓(xùn)和訓(xùn)練效果。根據(jù)要求，操作選用配置和真實(shí)列車廂一致的主控制臺，包含完整的儀表、按鈕、開關(guān)、指示燈等裝置，能指示列車各種信號，且所有的邏輯關(guān)系與真車一致；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

2、駕駛模擬訓(xùn)練仿真軟件

首先模擬出虛擬場景及搭建好視景數(shù)據(jù)庫，駕駛模擬系統(tǒng)中所使用的場景采用實(shí)景建模方式準(zhǔn)確構(gòu)建，建模技術(shù)采用專業(yè)建模軟件前期處理，之后應(yīng)用場景優(yōu)化技術(shù)，處理隧道、站臺、指示牌等多種場景模型，構(gòu)建完整的視景數(shù)據(jù)庫。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

場景內(nèi)容包括：地鐵列車運(yùn)行線路中的全部正線、折返線、停車線、檢修線、實(shí)驗線、出入庫線、洗車線、車輛段等；地鐵列車雙向運(yùn)行于上述區(qū)域司機(jī)視域范圍的所有靜態(tài)以及動態(tài)景物；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

之后，通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)平臺，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求及功能進(jìn)行功能程序開發(fā)，常用的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺有Virtools、Unity3D、TechViz等。

3、教員控制軟件

教員控制軟件系統(tǒng)主要在訓(xùn)練開始后根據(jù)司機(jī)室控制面板和信號顯示裝置的型號，在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，包括車型參數(shù)（A型、B型、C型）、牽引參數(shù)、制動參數(shù)、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

教員控制軟件的功能包括（1）根據(jù)司機(jī)室控制面板和信號顯示裝置的型號，在控制軟件中設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，包括車型參數(shù)、牽引參數(shù)、制動參數(shù)、各功能按鈕的邏輯關(guān)系、儀表及顯示屏的顯示內(nèi)容等；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

教員控制系統(tǒng)通過C/S模式與視景仿真軟件系統(tǒng)進(jìn)行通訊，所有的配置文件保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

四、視景仿真系統(tǒng)

學(xué)員觀摩區(qū)主要提供學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中觀察同學(xué)駕駛過程，以及接受教員講解及分析的場所。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

視景仿真系統(tǒng)所包含的硬件設(shè)備有立體顯示系統(tǒng)、虛擬交互系統(tǒng)等。下面分別介紹。

立體顯示系統(tǒng)

三維立體展示系統(tǒng)可以實(shí)時顯示仿真應(yīng)用程序，為用戶提供高沉浸感的立體顯示環(huán)境，常見的立體顯示系統(tǒng)有立體投影系統(tǒng)、桌面型立體顯示系統(tǒng)、頭戴式立體顯示系統(tǒng)。下面分別介紹。

1、立體投影系統(tǒng)

立體投影系統(tǒng)有被動式立體投影和主動式立體投影，被動式立體投影是通過光的偏振原理來實(shí)現(xiàn)的，即采用兩臺投影機(jī)同步放映圖像，將兩臺投影機(jī)前的偏光片的偏振方向互相垂直，讓產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

產(chǎn)品推薦：單通道三維投影、多通道環(huán)幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系統(tǒng)、球面體投影系統(tǒng)。

2、桌面型立體顯示系統(tǒng)

桌面型立體顯示系統(tǒng)即立體顯示器，立體顯示器有裸眼立體顯示器和偏振立體顯示器之分。裸眼立體顯示器不需要用戶戴眼鏡即可感覺到立體效果，裸眼立體顯示器大多處于研發(fā)階段，并且主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場，所以大眾消費(fèi)者接觸的不多。從技術(shù)上來看，裸眼立體顯示器分為光屏障式（Barrier）、查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

推薦品牌：Exceptional3D裸眼立體顯示器、Tridelity裸眼立體顯示器、Visumotion裸眼立體顯示器、VRLOGIC偏振立體顯示器、Miracube偏振立體顯示器、JVC偏振立體顯示器。

3、頭戴式立體顯示系統(tǒng)

頭戴式立體顯示系統(tǒng)即頭戴式立體顯示器（數(shù)字頭盔），采用頭戴式立體顯示器（數(shù)字頭盔）會為用戶帶來較強(qiáng)的沉浸感，猶如身臨其境，頭戴式立體顯示器(HMD)為戴在頭部的小型立體顯示器，用戶所看到的圖像大小相當(dāng)于數(shù)碼之外的大型屏幕。

推薦品牌：Virtual Research頭戴式立體顯示器、5DT數(shù)字頭盔、NVIS頭戴式立體顯示器、eMagin頭戴式顯示器、Cybermind頭戴式顯示器。

虛擬交互

3D交互即實(shí)現(xiàn)人與計算機(jī)之間包括視覺、觸覺、空間位置信息交互的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D交互功能的設(shè)備是3D交互設(shè)備，常用的有空間位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、力反饋設(shè)備等。

1、空間位置跟蹤器

位置追蹤器又稱空間位置跟蹤器，是指作用于空間跟蹤與定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)字頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

推薦品牌：Polhemus 電磁式無線追蹤系統(tǒng)、Xsens慣性位置追蹤器、Ascension電磁式位置追蹤器。

2、數(shù)據(jù)手套

數(shù)據(jù)手套是虛擬仿真中最常用的交互工具。數(shù)據(jù)手套設(shè)有彎曲傳感器，彎曲傳感器由柔性電路板、力敏元件、彈性封裝材料組成，通過導(dǎo)線連接至信號處理電路；查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

推薦品牌：Cyberglove數(shù)據(jù)手套、DGTech數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)手套、5DT數(shù)據(jù)手套。

3、力反饋設(shè)備

所謂力反饋（Force Feedback），本來是應(yīng)用于軍事上的一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它利用機(jī)械表現(xiàn)出的反作用力，查看更多內(nèi)容請點(diǎn)擊

推薦品牌：HAPTION力反饋設(shè)備、Sensable力反饋設(shè)備。

應(yīng)用領(lǐng)域：

火車駕駛員的駕駛學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、演練、技能考核等。