四通道主动式立体CAVE(洞穴)视景仿真系统

艾朵儿

  CAVE是CAVE Automatic Virtual Environment（洞穴式虚拟现实展示系统）的缩写，是一种先进的房间尺寸的可视化工具，它整合了高清晰度、立体投影和3D电脑绘图等特性，可营造出完全置身于虚幻环境中的完美体验 。

    CAVE系统的构想是于1992年提出,最初的开发动机是为了获得一种全新的科学数据可视化手段. 然而，当时处理大量的可视化数据并实时生成立体影像需要在大型UNIX图形工作站(Graphics workstation)的支持下才能完成,这就使得整个系统的造价十分昂贵。当时这类大型专业UNIX图形工作站(Graphics workstation)(可视化系统)的价位约在几十万到百万美金，这使得CAVE系统的使用范围局限在大型的研究所或学术单位中。
   


    因为投影面几能够覆盖用户的所有视野,所以CAVE系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感受。 基于系统这种完全沉浸式显示环境特性，CAVE为科学家带来了种伟大而创新的思考方式，扩展了人类的思维。科学家能直接看到他们的创意和研究对象。比如：大气学家能“钻进”飓风的中心观看空气复杂而混乱无序的结构；生物学家能检查DNA规则排列的染色体链对结构，并虚拟拆开基因染色体进行科学研究；理化学家能深入到物质的微细结构或广袤环境中进行试验探索，可以说，CAVE可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域，是一种全新的、高级的科学数据可视化手段。



    Tcorn CAVE系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境，该系统可提供一个房间 大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助相应虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等），从而获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。


    在图形显示方面使用投影系统，围绕着观察者具有多个图像画面的虚拟现实系统，多个投影面组成一个虚拟空间。理论上CAVE是基于计算机图形学把高分辨率的立体投影技术和三维计算机图形技术、音响技术、传感器技术等综合在一起，产生一个供多人使用的完全沉浸的虚拟环境。
    近年来,高性能图形工作站(Graphics workstation)在计算能力和图形处理能力已经能够逐渐接近甚至超越专业UNIX图形工作站(Graphics workstation).以多台具有较高性能价格比的高性能图形工作站(Graphics workstation)作为图形处理核心代替CAVE系统中的大型专业UNIX图形工作站(Graphics workstation)无疑是一个非常好的构思。


    视科创新所推出的基于高性能图形工作站(Graphics workstation)架构的CAVE系统正是在此背景下开发的。 基于高性能图形工作站(Graphics workstation)架构的CAVE系统既能保持高性能的图形处理能力,又能够大幅度降低成本, 无疑为CAVE系统的更广泛应用扫清了障碍。
    Tcorn Cave系统是以4台或6台高性能连网图形工作站(Graphics workstation)作为一个并行计算集群系统来替代传统CAVE配置中昂贵的UNIX图形工作站(Graphics workstation)，采用高性能的主动或被动式立体显示技术，每台图形工作站(Graphics workstation)工作站分别负责CAVE系统中一个投影面的立体影像绘制工作. 并通过网络同步控制技术和变形矫正算法，使每台工作站绘制的场景分别同步无失真地显示输出，并投射在相应的立方体投影面上。从而产生一个完全沉浸的虚拟仿真可视协同环境。


    CAVE是世界上首项可允许多人同时融入同一虚拟环境的虚拟现实技术。如今，CAVE产品已经成为全世界可视化设备中最为常用的沉浸式空间展示系统。CAVE的增强选项包括建筑用精美过粱横带、室内架宽棚架、全开闭式门系统、轨道照明灯，以及室内工作台和工作区。
    全球应用最为广泛的完全沉浸式原创可视化系统
    CAVE是一款房间大小的高级可视化设备，它结合了高分辨率、立体投影、和三维计算机图形，可营造出逼真的虚拟环境融入感。


    多个用户同时体验的虚拟环境
    CAVE是全球第一款可允许多名用户同时体验虚拟环境的虚拟现实技术。目前为止，CAVE在世界各地的可视化应用场所得到广泛采用，比其它空间沉浸显示系统更为普及。洞穴虚拟现实系统分为四投影面（三个墙壁和一个地板）、五投影面、和全封闭六投影面三种配置，可实现完全虚拟沉浸效果。
    可扩展分辨率，可达100万像素以上
    CAVE可以通过在每面投影墙上使用多个投影仪来增大洞穴虚拟现实系统的分辨率。标准洞穴虚拟现实系统在每面投影墙可显示大约100万像素。CAVE可达到每面投影墙1600万像素。


    视科创新Tcorn Cave仿真系统适合领域：
    工业仿真： 虚拟样机、虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配
    培训教学：模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等



    虚拟医疗：虚拟生物医学工程（虚拟手术/医学分析；基因/遗传/分子结构研究）
    地质勘测：地质、矿产、石油 航空航天、科学可视化
    军事仿真：军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗
    数字城市：地形地貌、地理信息系统（GIS、 建筑视景与城市规划、地震及消防演练仿真。

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