虚拟现实CAVE系统中的光学跟踪技术，1:1呈现CAD模型沉浸式交互

基于ART光学运动跟踪系统的精确和可靠的结果，学生和研究人员现在可在沉浸式CAVE系统中实时以1:1比例与CAD模型进行更真实的互动。

在柏林Wedding区的中心，柏林技术学院(BHT)和ART的合作伙伴WE are XR GmbH 和more3D GmbH & Co. KG 创造了一个安静而有影响力的实验室空间：一个四面CAVE系统(有三面墙和地板投影的虚拟环境)，折让学生和研究人员可以走进虚拟空间规划工厂，检查变速箱，甚至模拟生产马苏里拉奶酪的过程。

这个装置看起来很前卫。然而，它的使用是基于非常实际的目标：实现支持工程实践教育，使耗时或危险的实验更容易完成，并最终实现跨学科的有意义的合作。

从机械实验室到数字孪生

CAVE位于CAE和模拟实验室，为机械工程、工艺工程和事件技术专业的学生提供服务。随着时间的推移，它已经成为更广泛研究的中心——特别是在MINT-VR-Labs项目下，这是德国促进STEM教育的国家政策的一部分(MINT代表数学，信息学，自然科学和技术)。

该项目的一个核心思想是使用VR来支持和补充传统教学。CAD模型和模拟结果可以在洞穴中虚拟体验。这为一些学生提供了一种不同的、更直观的理解方式。这也适用于生物技术实验室实验的模拟，因为这些试验很难在正常上课时间进行——如马苏里拉奶酪制作实验。BHT的工程师兼实验室工作人员Philippe Wesberg说：“通常，这个过程对于标准的实验室时间表来说太长或太复杂，因此才被取消了。有了虚拟现实，学生可以贯穿整个过程，并专注于原则。”此外，它节省了相当多准备实验和事后清理试验现场的时间，同时也使所需的资源更少。

更重要的是，该CAVE系统使得在物理环境中难以探索的概念得到了验证。这是一个突出的例子：建立一个虚拟的无障碍工厂，允许对可访问性、人体工程学和布局进行详细的分析，不需要建立一个物理原型。

在虚拟实验室中，生物技术专业的学生学习如何制作马苏里拉奶酪。Villa Hirschberg Online GmbH的Hans-Georg Reimer为MINT-VR项目开发了该应用程序。MINT-VR项目将VR应用带到了柏林BHT的教学中。

解决方案

跟踪身体、手部等

BHT CAVE的主要优势在于它整合了ART运动跟踪系统。随着ART动作捕捉和MANUS MANUS VR手套的加入，用户可以在虚拟环境中自然地互动。这为人体工程学研究、沉浸式训练和行为模拟打开了大门。

“运动跟踪提供了重要的价值”，韦斯伯格说。“你可以分析姿势、手部互动、空间运动——这为米兰平台研究生产设置或用户体验增加了新的研究方向。”

不同的工具满足不同的需求，Manus手套允许在创意模拟中进行直观的交互，如游戏般的逃生室场景，而技术CAD应用程序更多地受益于ART Flystick控制器的精度，非常适合测量、对象操纵或系统导航等任务。

为了在各种应用程序中实现所有这些功能，BHT使用了more 3D的moreVizdde，这是一个轻量级但功能强大的VR软件，可以实时可视化来自Solid Edge、Technomatix、Autodesk、ANSYS、Creo等软件的CAD数据。

与许多需要复杂数据转换或依赖重型中间件的VR解决方案不同，moreViz直接运行在原生软件输出上。像实时测量、虚拟现实中的注释和硬件兼容性(包括支持Manus手套)这样的内置工具使它可以在各种用例中使用。

“米兰平台所感到满意的是，它没有超载的功能，”韦斯伯格解释到。“它高效、实惠，并且可与米兰平台的跟踪系统(包括手套和运动服)一起可靠地工作。”

该系统还受益于响应式支持：“米兰平台有了一个对系统了如指掌的合作伙伴，当出现问题时，他们可以快速响应。这非常有价值。”

BHT还开始使用moreUnity，more3D的Unity集成模块，将定制的模拟引入到CAVE中，直接与more3D合作，为他们的特定环境优化性能。

结果和好处

安装一个虚拟现实CAVE需要详细的规划、硬件配置和软件集成。但是更大的挑战通常在安装之后开始：操作、维护和入职。

“米兰平台每周仅在管理、维护和用户支持方面就投入了大约10到15个小时，”韦斯伯格估计。“当新员工或讲师开始使用该系统时，你需要结构化的入职培训。一个敬业的人或团队真的很重要。”许多教师需要首先体验VR/CAVE技术的好处，因为它需要额外的练习。

一个有价值的教训是：与已经运营CAVE的机构合作非常有帮助——不仅有利于技术知识共享，也有利于收集真实世界的反馈和避免常见的错误。

那么，VR是否改变了BHT的教学应用？不完全是。CAVE不会取代物理实验室或工作室，但它增加了一个灵活、可扩展的实验、可视化和探索层。

它帮助学生和研究人员更好地了解复杂过程的细节，查看真实规模的模拟，并进行实验，因为这些实验将过于危险、耗时或昂贵。