构建虚拟现实软硬件实训平台研究

刘毅 代一帆

摘 要：随着信息技术不断发展， 计算机应用领域越来越广泛， 虚拟现实技术已运用到社会的各个方面。伴随着虚拟经济时代的到来，高等院校所开设的专业也在发生较大变化，在计算机相关专业中，已经出现了与虚拟现实为中心的相关专业，相关专业毕业生能在教育、科研、企事业等单位从事与虚拟现实相关的系统维护、虚拟程序开发等相关工作，相关工作岗位包括虚拟现实开发工程师、交互设计师、虚拟模型设计师等。本文就虚拟现实技术软硬件平台的搭建作系统论述。对该技术软硬件平台进行研究。

关键词：虚拟现实、软硬件平台、实训平台、研究

仿真技术的一个重要方向就是虚拟现实技术，简称VR技术， VR技术是仿真技术、计算机图形学、传感技术等多种技术的集合。VR技术包括感知、模拟环境、传感设备等。VR技术能创建一个具有触、视、听、嗅、味等多种感知的计算机系统。借助各种交互设备，让我们沉浸于虚拟现实环境当中，并且能与虚拟环境中的实体进行交互，讓我们产生一种近似于真实环境的体验。

我校将虚拟现实实训室（简称VR实训室）按照功能分为两个区域，VR实训区和VR研发区，分区情况如下图所示：

VR研发区依赖新型的VR技术及相关设备，通过VR头显等设备支持，提供逼真的虚拟现实体验，同时提供高级研发功能。VR实训区主要功能包括学生随时随地进行VR知识的学习，以及VR基础模型开发、虚拟实训等。也可为我校计算机专业其他实训课程使用，现就VR研发区与VR实训区软硬件平台作如下研究。

VR实训区定位为完成与虚拟现实基础建模相关的实训，主要硬件设备为高端配置计算机60台套。在制作VR基础场景建模时，我们关心的问题是软件的适用性、可操作性。操作难度较大的话，即使软件的性能较好、价格较低， 也很难得到我们的认可。3DSMAX制作流程相较为简单。因此我们采用当前比较流行的3dsmax软件作为虚拟场景建模软件。

而在VR实训区硬件配置上，我们也需要作了优化，当前有如深信服桌面云等比较流行的桌面云解决方案，，能将原来在计算机上的桌面、相关数据等全部集中到统一的数据中心，然后通过桌面交付协议，将生成的操作系统界面传送给前端的接入设备，这些接入设备包括普通计算机、云终端、笔记本、智能终端等。桌面管理更高效，用户访问更灵活。但是桌面云对于创建虚拟模型感觉还是有点力不从心。分布在每台计算机上的硬件资源相对较少。创建虚拟模型耗费较大内存空间及CPU资源，操作不是很流畅。

虚拟现实硬件实训平台我们还是考虑传统的计算机硬件配置。首先我们考虑品牌机，当前市场占有率较高的品牌机包括联想、戴尔、惠普、清华同方等。如果运用3dsmax建虚拟场景的话，我们需要配置高性能计算机。3dmax对计算机显示性能要求较高，需要配置较好的显卡、主板、CPU、内存等。建议CPU≧I5，内存≧16G，显卡显示性能优越，显卡价格2000元以上。在这些品牌计算机中，满足此配置的计算机基本价格都在1万元以上，这对于我们来说性价比不高，因此我们选择配置兼容机。

我校VR实训区计算机配置情况为：英特尔Core i5-7500@3.4Ghz四核CPU，华硕prime B250-A主板， DDR4 16G内存，三星256G（固态）+希捷2T硬盘， NVIDIA Geforce GTX 1070显卡，三星22寸显示器，主板自带声卡。这种计算机配置对于我们制作虚拟场景来说已经足够。接下来我们谈一谈配置的网络环境， 交换机为H3C 24口千兆，交换容量达192G，包转发：42Mpps，支持端口限速，端口聚合，支持802.1q和端口VLAN，支持web网管。千兆网络环境，能确保学生机同传数据快速、高效。有了良好的计算机硬件环境，必须有与之匹配的软件环境，接下来我们做了很多尝试与研究。

刚开始安装了Windows7操作系统，出现了许多问题，安装时我们采用了GPT分区模式安装操作系统。GPT的意思是全局唯一标识磁盘分区表。GPT是一种更加先进、新颖的磁盘组织方式，通过UEFI启动。因有更强的兼容性而被广泛使用。在安装过程中发现GPT分区模式不能安装Windows 7操作系统，后来改用传统的MBR分区模式，MBR本意是“主引导记录”，它是存在于磁盘驱动器开始部分，是系统的启动扇区。它包含已安装的操作系统相关的系统信息，通过小段代码启动系统。如果MBR信息损坏或误删除，Windows系统就不能正常启动。通过更改硬盘分区模式，Windows7操作系统顺利安装成功。

MBR分区模式最大的缺点是不支持容量大于2T的硬盘。由于硬件与操作系统不断更新换代， 这种搭配逐渐被淘汰。我们考虑到可扩展性，决定改用GPT分区模式，安装Windows10操作系统教育版。接下来安装与制作虚拟场景相关的软件比较顺利。VR实训区软硬件环境完美解决。

VR研发区在硬件配置上，采用了英特尔（Intel） i7 8700K 酷睿六核处理器，32G大内存，GTX1080显卡，能够满足我们通过Unity3D软件制作后期虚拟现实场景及虚拟场景展示。该区域能够运用Photoshop、CorelDRAW、Illustrator、Office、WPS、After Effect、Premiere、Audition 以及3ds max、maya、C4D 等大型三维软件处理虚拟现实场景后期处理。我们采购了室内设计系统软件，能通过智能参数化设计功能，驱动设计方案快速生成3D 效果图，平面图，施工图等。实现开发VR 全景校园、 VR/AR 通信业务（3个）全流程体验等综合项目。同时采购了3D 打印设备与耗材，提供3D 打印环境支持。

虚拟现实展示硬件设备主要包括输入设备、输出设备。

输入设备一种是基于自然的交互设备，主要作用是用于对虚拟世界信息的输入。另一种是用于三维定位的跟踪设备，主要作用是在三维空间中的位置进行判定，然后送入虚拟现实系统中。主要输入设备包括：VR手柄、VR手套、计算机视觉的手势输入设备、全身动作捕捉等。

输出设备主要是感知设备。感知设备的作用是将虚拟世界中各种感知信号转变为人所能接受的信号，人与虚拟环境进行交互的实现形式较多，现阶段主要是基于听觉、视觉、力觉感知的设备。按照VR输出形式可以分为三种：移动端VR、PC端VR和一体机VR。移动端VR关企业产品包括谷歌 Cardboard、三星 Gear VR、暴风魔镜、暴风科技等。PC端VR设备包括Oculus Rift、HTC Vive、SonyPlaystation VR等。

参考文献：

[1]王晓晔. 基于Kinect的智能交互虚拟机房的设计与实现[D].北京邮电大学，2018.

[2]倪烨.3DSMAX在虚拟场景建模中的应用分析[J].无线互联科技，2016（22）：142-143.

[3]梁志勇，王良成.GPT分区表模式下Windows 10系统的封装[J].电脑与电信，2017（04）：39-40.

[4]俞木发.无损转换轻松实现MBR To GPT[J].电脑爱好者，2017（11）：26-27.

[5]李巍.虚拟现实技术的分类及应用[J].无线互联科技，2018，15（08）：138-139.

[6]张晶，魏爽.虚拟现实技术和全息投影技术在虚拟校园中的应用[J].电子测试，2016（09）：83-84.