VR 技术在轨交行业的发展与应用

陶福君 王伟

青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司 266000

1摘要

从20世纪80年代虚拟现实概念正式提出，随着计算机技术与多媒体的发展，现在的VR技术已经发展成完全沉浸性可交互式的成熟技术。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力。虚拟现实广泛应用于医学、娱乐、房产开发、工业仿真、游戏、教育、维修、培训实训、轨道交通、生物学、室内设计等。而中国的高铁装备技术已经位于世界前列，很多技术或模式已无从参考，而积极运用VR技术将为高铁的装备、运维带来极大的实际价值。

2关键词

沉浸式、交互性、虚拟现实、VR、构想、危险、协同、节约、运用

3正文

VR在轨交行业有着广泛的应用需求前景，VR技术通过自身的沉浸性、交互性、构想性三方面的核心特点，可为轨交行业的在装备、运维等方面发挥出巨大潜力。

VR具有如下的三个显著特点

沉浸性

指用户对虚拟世界的真实感。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，用户全身心地投入到三维虚拟环境中，虚拟环境中所有信息都像真实的一样，音犹如在耳旁，动如有风而过，闻犹如芳香在鼻，触觉、视觉、嗅觉听觉就如在现实中的感觉一样。

交互性

指用户对虚拟世界的操作性。手抓取模拟环境中虚拟的物体，有抓握感，且可感知物体的重量。虚拟环境中的物件可由交互设备在虚拟环境中移动。用户可与虚拟世界中的人物进行语言交流。虚拟世界中的人物可根据用户的情绪和神态变换，从而得知其真实的感情流漏。

构想性

指用户在虚拟世界的中感知和认知能力，发挥主观能动性，寻求对问题的完美解决。 也就是在虚拟真实中通过已掌握的全方位知识去发现、解决现实问题。

VR这个三个重要的特性又通常被统称为3I特性。

装备制造应用

轨交行业中最引人瞩目的装备即为各型号平台的车组。最初车组的设计采用平面图的设计方式，无法直观的看到三维效果，辅助设计软件升级为三维设计方式，解决了结构设计的不直观弊端。但随之而来的对于设计的真实可感受、协调性、远程协调评审提出了更高的要求。依托VR新技术的特点可以实现对于新技术的需求。

沉浸性

虚拟现实的沉浸性，有种沉浸环境之中的感觉，可直观触摸，可直观观察细节。设计者可进行基于虚拟现实的可视化的设计，达到设计即可见的直观直接的实物效果。多个不同部件的设计者可以同时基于虚拟现实的情况进行协同设计，而不同地域的设计者借助互联网技术，共同设计项目，让用户摆脱了地域的限制。设计的各个阶段均可生成虚拟现实，让开发者共同沉浸在环境中进行合作开发。

交互性

开发过程中使用虚拟现实的交互性，可以让设计者通过拆装部件来检查设计的合理性。各阶段的使用者可在虚拟现实的环境中移动讨论各部件的设计，甚至可以讨论与现场标记部件的设计细节。异地设计者与现有设计者犹如面对面的交流，贴切真实。通过强交互性可进行边设计，边评审的模式，评审人员可来自多个地域与团队，对于自己涉及得方面进行评审，并对设计者而提出建议。

构想性

开发者处于虚拟现实环境中会更容易发现瑕疵。基于现实的环境，更容易激发出对于问题点实用解决方案。通过虚拟的现实进行操作可以为真实环境的操作提供经验。危险的操作可在虚拟环境中进行积累经验。真实世界不方便进行的极端操作，可由虚拟环境实现。使用虚拟现实更容易体验车室内装潢设计可在形成具体真实的部件前，可先体验真实视觉感，避免浪费，缩短开发周期，同时提供设计的多样性。

结合协同设计、协同评审，将概念-图纸-实物-改进的模式改变为概念、图纸、虚拟现实、实物。这将避免极大地浪费，缩短开发周期，提高设计质量。

运维的应用

实际运营与维护过程中，使用VR技术将会给现有的实际运维带来很大的便利，增强乘客的体验感，同时提高运维的安全性。VR技术主要用于信息讲解、操作培训、安全培训、实操练习、虚拟维修、虚拟驾驶。

沉浸性

可在候车大厅设置沉浸式体验区，让乘客在虚拟真实的环境中体验乘车的环境，消除部分乘客的担忧；在虚拟环境中向乘客普及安全注意事项，提高乘客安全性，比如普及乘车吸烟的危害。在虚拟环境中将车辆布置提前告知乘客，方便乘客的使用，如厕所、开水炉、餐车等位置，开水炉的安全使用操作、何开启厕所门及关闭厕所门、如何正确的使用婴儿托盘。车辆运行过程中提供虚拟现实的娱乐节目，降低旅途的疲劳感。提供车站进出站的路径与设备器材的使用方式，便利乘客的出行。想必乘客对于高铁的驾驶都存在好奇心，可以在虚拟的环境中给予乘客体验的机会。

交互性

虚拟驾驶中，可在虚拟环境中操控车辆，并通过各仪表盘及时反馈车组状态，给司机一个真实的可交互环境。维护人员可在虚拟的环境中进行各维护部位的熟悉，并使用合适的合适工具拆装车组部件。乘客可以根据各自的需要去操作了解各关心的位置和注意事项，或驾驶情况，以便达到满足个性化的需求。车站、车组的管理可以通过虚拟现实环境实现，培养发现管理漏洞。模拟在车组和车站公共场合危险的应急处理，锻炼人员应急措施及意识。

构想性

乘客可以根据虚拟环境的体验对于高铁的运行、车站的运行、各地方的安全规定有更明确的理解，从而减少安全事故的发生。司机通过虚拟真实的驾驶环境，不断增加操作经验，理解车辆的工作原理，可以更好的遵循安全作业规范进行安全驾驶。维护人员通过虚拟环境的操作与练习，掌握维护流程，提高维护效率。

VR技术应用的核心技术

虚拟现实场景的实现离不开如下VR核心技术的实现：

动态环境建模技术：虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。

实时场景生成技术：三维图的生成技术已经成熟，但“实时”生成是关键点。

立体显示和传感器技术：虚拟现实的交互能力依托于立体显示和传感器技术的发展。

系统开发工具：使用合适的系统工具搭建完善的使用使用场合和对象。

系统集成技术：虚拟现实中大量的感知信息和模型，集成技术也是关键。

4结束语

VR技在工业设计、产品运用方面的应用处于方兴未艾的时期，尤其在轨交行业更是如此。虽然文章中只提到了部分的虚拟现实的应用场合，但虚拟技术的逐步的成熟运用定会给现实行业带来巨大的推动力，节约成本，缩短设计周期，加速技术进步，降低培训成本，让我们翘首以VR新技术在轨交行业的应用兴起。

作者简介：作者姓名：陶福君（1982年出生）、性别：男，民族：汉族，籍贯：山东临沂，现供职单位：青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，学历：本科 职称：高级工程师，研究方向：VR技术在轨交行业的发展与应用