一、设备购置的必要性

1.1 系统设计原则及模式

明确建设具有沉浸感、真实性、多模式的虚拟现实系统。具有综合权衡先进性、实用性、可扩充性、可维护性、经济性、高可靠性、易操作性和易管理性的大型虚拟现实系统。

方案建设单通道投影具有3D场景体验的高端显示系统。并包括人机交互功能、工作站集群、集中控制与音响环境、生理检测设备以及多通道软件系统等。

系统兼顾使用者多用途，常规模式或虚拟沉浸的多种应用环境需求。

1.2 现场施工工艺要求

明确项目详细进展计划，确定项目进展里程碑，考核标准；

确定系统环境总体布置方案；

确定机房、控制室的布置方案；

明确应用环境对温度、湿度、光照度、光照/光源方向、音响及声源方向的要求；

确定各种信号线布置及走向、明确各种用电设备用电需求，电流、电压及总容量、稳压设备；

确定装修标准、装修施工图纸及相应文件；

1.3 系统架构

仿真系统为非标设备，由如下子系统组成：

1) 三通道CAVE立体沉浸显示系统

接收图形集群信号，通过光学原理成像

2) 图形集群系统

虚拟图像生成，此项仅提供配置建议

3) 光学跟踪系统

专业的光学跟踪设备，提供覆盖全部工作空间的高精度定位级别，支持立体展示头部跟踪及交互控制漫游和触发事件，支持不同工程应用程序的交互式操作。

4) 多通道软件系统

将虚拟现实Unity平台开发的内容发布至沉浸式虚拟环境，完成各种3D应用，支持多种的虚拟现实外设，多种立体显示方式，产品采用集群式设计，并且支持多画面高分辨率的立体展示环境。

5) 生理监测系统

主要应用于人体数据实时采集，由四种传感器设备与配套VR软件组成，可监测指挥员在在不同应用场景下的生理健康数据。

6) 中央控制系统

该系统用于控制和管理整个功能厅中大量的设备，包括音频、视频、环境光等不同的设备，利用该系统可以定义多种不同的环境模式，做到“一键切换”。

7) 音响系统

多声道专业音响播放及扩声应用。

8) UPS继航系统

系统突然断电后满足至少半小时的继航电源，保障投影机、工作站等设备正常散热关机，提高系统安全性和稳定性。

9) 其他设备

包括交换机、图形处理器、矩阵切换等中间件设备，线材及接插件等辅助材料等。

二、投影系统设计

2.1投影显示系统选型设计说明

CADWALL/CAVE/RAVE 比较

虚拟现实系统根据功能不同显示类型也会有所不同，其中最常见的有CADWALL（平面投影）、CAVE(洞穴式沉浸投影)、其他异形系统及RAVE（可变形的多模式系统）。大致比较如下：

功能分析：

CADWALL系统和CAVE是满足不同应用类型的显示系统，两者之间不具有相互替代性，也不存在哪个更好的问题。

CADWALL主要用于1:1的造型评审类应用，能容纳更多的人参与协同设计；而CAVE更注重沉浸感，观众数量有限适合于小组工作。

CAVE

优势：

洞穴模式大视角覆盖，沉浸感好

多用于科研，科教

略势：

机械结构复杂，成本高

CAVE环境，观众数量有限，主要应用于小组工作

CADWALL

优势：

结构稳固，物理及画面无拼缝

画面连贯，视角广，观众数量多，适用于展示交互等大画面应用

多用于工程应用，产品设计、制造等评审

略势：

沉浸感不如CAVE系统

RAVE系统是为了满足多用途的变形系统，通常采用电动或液压方式，可自由变换成CADWALL模式、CAVE模式、135°宽视角模式或L型等异形系统。

异形系统主要是根据展示的内容或使用方式的特殊性，显示系统有针对性的特殊设计，比如：L型、弧形（或135°三通道宽视角拼接）、甚至球型等；而这种系统的局限性也更强；

2.2 投影光路设计

如上图所示：

单通道投影宽度4000mm，投影机选用0.28：1超广角镜头；

直射投影距离=投影宽度×镜头焦距=4000mm×0.28=1120mm。

视距分析：

观看者位位于CAVE内部，最远观看距离＜4米，最近观看距离≤1米；

综合考虑视角及效果，最佳视距应在1.5米~2.5米之间；

垂直视角分析：

根据GB/T 3557-94国家影院标准，最大仰视角宜不大于40°，应不大于45°

操作者距离正面屏幕2000mm，最大仰视角22°，符合国家标准。

2.3 系统亮度设计

系统亮度（理论）=投影机输出光通量×屏幕增益÷面积÷π；

显示主动3D内容时亮度值需乘以立体滤光系数（约为17%）；

系统亮度要求参照国家标准GB/T 3557，指标如下：

32cd/㎡＜ 显示3D内容时系统亮度 ＜81cd/㎡

系统亮度过高或过暗都会直接影响显示及观看效果。

一般取中间亮度值55cd/㎡，计算得知：

投影机光通量应≥55×π×4×2.5÷17%=10158ANSI；

考虑到使用广角镜头造成的光利用率的损失（约20%），综合考虑产品的性价比，建议投影机光通量≥12700ANSI。

2.4 生理检测系统

生理心理检测系统：包括生理反应和心理反应两大类。生理反应表现为交感神经兴奋、垂体和肾上腺皮质激素分泌增多、血糖升高、血压上升、心率加快和呼吸加速等;心理反应包括情绪反应与自我防御反

应、应对反应等。应激反应是刺

激物同个体自身的身心特性交互作用的结果，而不仅仅由刺激物引起，还与个体对应激源的认识、个体处理应激事件的经验等有关。

产品概述

系统是一套易于操作，经济实用的人体生理监测系统。

系统组成

以采集真实人体生理指标数据为基础，系统集合特色的微型传感器和配套VR软件组成。

系统特点

独特之处是在聚集人体心电、肌电、皮电和呼吸等数据的同时，结合VR场景多领域的交互应用，使人体生理健康数据实时与VR环境进行同步输出，使体验者更深层次的参与VR交互中来，从而多维度提升参与者运动训练和认知的水平。

穿戴式设计，操作简便 --- 2分钟即可准备就绪；设备轻便，手腕和腰部捆绑即可完成穿戴；

无线蓝牙连接，超长待机时间----蓝牙4.0接口，内置锂电池可充电，超长待机时间，可达到2小时

独特的一体化设计----多个传感器数据集中通过射频发送到中枢控制端，再将数据传送到PC，支持多个传感器同步进行工作，可同时获取人体心率、肌电、皮电和呼吸的数据，同步在PC端显示接收

软件功能可定制化----提供标准接口传感器数据可接入Unity3D内部显示，同时提供SDK二次开发包和测试Demo，可根据用户要求定制化软件应用。

2.5 多通道软件系统

多通道软件系统 是专门用于沉浸式虚拟现实多通道的中间软件，可以在很短的时间内将Unity开发的内容发布至沉浸式虚拟环境，完成各种3D应用，支持多种的虚拟现实外设，多种立体显示方式，产品采用集群式设计，并且支持多画面高分辨率的立体展示环境。

快速配置工具：

多通道软件系统拥有快速而功能强大的配置工具，可以在短短几分钟内即可建立属于你自己的VR系统，由于在软件中提供配置文件功能，具有所见即所得的方式可以快速配置VR系统，为您更关注于您自己的3D应用赢得更多的时间。

三、CAVE系统效果图

透视图

顶视图

正视图

底视图

后视图

应用效果分析（参考）