用于油田和天然氣勘探的虛擬現(xiàn)實及沉浸環(huán)境

    你知道目前什么沉浸環(huán)境能夠提供數(shù)據(jù)分析和解釋嗎？來自Barco演示與仿真部門的Wim Maes及Ken Hunter的這本指南提供了你想要的東西。

    虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展成為一類被地球?qū)W家、工程師及其它資源團隊用來增強并加速石油和天然氣勘探、鉆井及生產(chǎn)的虛擬化工具。新的即將形成的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以被裁減成適合于各種用途的解決方案，從而為從鉆井工地到辦公室以及從辦公室到辦公室的所有資源團隊提供運作集成。

    一種合理的預(yù)期就是：大規(guī)模的可視化能力可以把項目的成本及現(xiàn)場差錯減少5-10%。投資回報期通常小于1年。虛擬現(xiàn)實及沉浸環(huán)境把先進技術(shù)與團隊交流結(jié)合起來，以分析復(fù)雜的問題并做出快速和正確的決策。虛擬現(xiàn)實及沉浸環(huán)境的功能非常強大，應(yīng)用范圍從大規(guī)模的三維協(xié)作到講解員沉浸在數(shù)據(jù)中的完全沉浸空間，其中的大規(guī)模三維協(xié)作是建立在可重定位及便攜式環(huán)境之上的觀看室。

    這些大屏幕虛擬顯示系統(tǒng)在大型的扁平或彎曲的屏幕上顯示大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量通常為250-400萬像素。它允許多達20個觀眾的多學科團隊在3D環(huán)境有效地想象和評估油氣勘探和生產(chǎn)的地球物理學數(shù)據(jù)。全球一流的石油和天然氣公司的應(yīng)用包括：實時可視化、數(shù)據(jù)分析、地震數(shù)據(jù)的決策、復(fù)雜的水庫模型、鉆井日志、地質(zhì)截面顯示等等。大多數(shù)的系統(tǒng)經(jīng)裁剪可以滿足屏幕尺寸的特殊需要，系統(tǒng)深度以及為提供優(yōu)化的顯示解決方案所特別確定的投影機的數(shù)量和類型。作為一種標準，它們提供有立體的可視化系統(tǒng)，還包含互動白板及完整的視頻會議系統(tǒng)。

    大型的演示環(huán)境通常價格不菲，但能夠提供最大的投資回報。許多全球一流的石油和天然氣公司在它們的總部及其全球重要的分支機構(gòu)中就采用了這種系統(tǒng)。最新的高分辨率三芯片LCD投影機提供1920×1080像素，因此，僅用兩臺投影機就能構(gòu)建一個有立體的大屏幕顯示系統(tǒng)。在大多數(shù)先進的網(wǎng)絡(luò)中心的概念中，甚至包含內(nèi)建的、強大的、可升級的顯示服務(wù)器，公司的所有可用信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)檢索，并在大型虛擬現(xiàn)實工作間的屏幕上多個視窗中顯示出來。這些來自網(wǎng)絡(luò)且?guī)в袉温暤阑蛄Ⅲw聲音頻或來自不同的外部信號源(視頻或數(shù)據(jù))，可在大屏幕中以畫中畫的形式的在任意位置顯示和縮放。視頻會議視窗也可以被加入，并且若干會場可以以可視的方式鏈接起來，以實現(xiàn)有效的協(xié)作。

    用于解釋地球物理數(shù)據(jù)的大型三維協(xié)作觀看室。

    屏幕上可顯示多達四個外部視頻或數(shù)據(jù)源，每個畫中畫可以在屏幕任意位置顯示和縮放。

    常用內(nèi)容可以被存儲在投影機的硬盤上，需要時可隨時檢索。

    通過類似于視窗XP的桌面界面的方便而直觀的操作，所有的團隊成員都能夠訪問所有的數(shù)據(jù)源并簡單地通過無線鼠標及鍵盤控制所有的內(nèi)容。通過添加光學跟蹤和鼠標仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實工作間容許與數(shù)據(jù)進行直接的無線互動。

    把若干網(wǎng)絡(luò)中心的虛擬現(xiàn)實工作間連接到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，使各公司能夠在視覺上把多個國內(nèi)外設(shè)備連接起來，從而節(jié)省了寶貴的差旅時間并提高工作效率。所有信息都可以在遠端的一個大型顯示屏上共享。這種在大型顯示屏上對所有信息的直接訪問以及協(xié)作觀看，可形成正確的分析和快速的決策。聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實工作間本身就能集中管理，以確保對投資的優(yōu)化利用。

    便攜式環(huán)境

    當今的系統(tǒng)都可以被調(diào)整為即插即用的獨立單元，它們常常用于主動立體觀看或做成更大的便于安裝和配置的產(chǎn)品，以便跟被動立體投影結(jié)合起來使用。獨立單元，如Barco公司的TRACE系統(tǒng)可提供主動立體觀看，該系統(tǒng)外形尺寸小，能方便地穿過任何常規(guī)的門，不必改變房間或擴建房間。并列的多個單元讓用戶能夠把單一配置改變?yōu)槎嗤ǖ琅渲�，從而根�?jù)應(yīng)用要求改變視野。主動立體觀看給予極佳的深度感覺，但是，這要犧牲光效率。要達到正常照明條件下觀看的亮度，就需要采用高亮度的DLP投影機，以雙倍的幀速率傳輸數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生立體圖像。獨立的顯示器通過為資源團隊提供支持大量數(shù)據(jù)的立體顯示，不必高投入就能夠提供高端觀看室的功能。

    為被動立體觀看而配備的便攜式解決方案外形尺寸比較大，因為它們必須配備兩臺投影機：一臺顯示左眼的圖像，另一臺顯示右眼的圖像。這種模塊化設(shè)置還結(jié)合了前反射鏡面，以折疊光線路徑，從而降低系統(tǒng)的占位空間。如果配備一種主動到被動的立體轉(zhuǎn)換單元，便攜式系統(tǒng)也可接受提供主動立體圖像信號的計算機數(shù)據(jù)源。因為這種系統(tǒng)要由人攜帶著從一個地點到另一個地點使用，所以，要采用堅固的機械結(jié)構(gòu)，以便安裝經(jīng)工廠預(yù)先調(diào)校的兩臺投影機，從而極大地縮短在每次變更地點之后的安裝時間。為了得到良好的立體顯示結(jié)果，偏光的立體眼鏡應(yīng)該完全匹配投影機的偏光角，如果來自相同的品牌就更好。因為數(shù)據(jù)分析需要觀看者轉(zhuǎn)動頭，因此，圓形極化對于維持立體的分離以及從各個角度進行深度觀看是必不可少的。

    虛擬立方體

    在加拿大西南部卡爾加里大學的三維虛擬現(xiàn)實實驗室中安裝的MoVE是一種可編程觸摸面板，它容許對扁平、L形、450及立方體沉浸空間結(jié)構(gòu)進行直接、精確和快速電動定位。系統(tǒng)采用三臺Barco公司的Galaxy三芯片DLP投影機，在3m×2.4m的屏幕模塊上顯示高分辨率圖像。第四臺投影機則在地板上顯示圖像。一臺跟蹤系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的多個結(jié)構(gòu)中跟蹤整個中央地板的環(huán)境。圖片由卡爾加里[加拿大西南部城市]大學提供。

    在德國波恩的高級歐洲學習和研究中心設(shè)計的“4合1”多段虛擬環(huán)境。四種結(jié)構(gòu)類型分別是：一個兩段的m寬立體CAD墻；一個4段的L形或Holobench添加在兩個板段上；一個5段立方體寬立體環(huán)境添加在側(cè)墻；一個用于最高沉浸的5面沉浸I-Space房間一樣的環(huán)境。圖片由Barco公司提供。

    這一技術(shù)的典型品牌包括：CAVE、I-Space和Holospace。在這些環(huán)境中，分析師完全被立方體內(nèi)部的虛擬圖像所包圍，立方體至少有三面，最多有6面。這些應(yīng)用大部分用于在大學和研究中心，因為在大學和研究中心，虛擬環(huán)境常常由各個學科共享，不僅僅是地球科學，還有醫(yī)療培訓、外科仿真、分子建模等等。研究人員與工業(yè)及其它學科的同事攜手工作時就要采用大型的立體觀看設(shè)備。根據(jù)所需分辨率、亮度和尺寸的不同，CRT、LCD或DLP投影要分別與主動或被動立體顯示系統(tǒng)配合。由于采用圖像背投技術(shù)以及在各個角落能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、無縫的圖像顯示，從而可以在虛擬環(huán)境中可以創(chuàng)建一種完全身臨其境的幻覺。要讓幾個用戶能夠同時沉浸在相同的虛擬環(huán)境中，則寬視角的屏幕變得非常重要了。地板上的屏幕必須足夠結(jié)實以便能站幾個人，然而，地板上的屏幕還要薄到足以防止產(chǎn)生重影。當空間有限時，需要使用反射鏡折疊背投光路。當緊急按鈕被按下時，安全門機制要能自動地打開。通過仔細地定位跟蹤器件，沉浸的效果就能得到增強，計算機就能夠根據(jù)頭和身體的運動改變圖像的景深。

    多用途虛擬現(xiàn)實環(huán)境

    Barco公司的電動多用途虛擬環(huán)境(MoVE)就是一個實例，它說明當今的技術(shù)是如何提供各種各樣的空間結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)從少數(shù)觀看者到眾多觀看者的需要。該系統(tǒng)通常在三面墻壁及地板上配備了背投屏幕，正因為如此，它滿足了各種視覺需要。在卡爾加里大學的創(chuàng)新技術(shù)中心(CCIT)的一個應(yīng)用中，系統(tǒng)采用三種預(yù)先確定的結(jié)構(gòu)。在平面位置(180°)，它為演示用途提供沉浸的觀眾屏幕；其45°的翼型配置能夠在部分沉浸影院中滿足大約20位觀眾的需求。整個封閉的結(jié)構(gòu)提供接近完全沉浸的環(huán)境，使多達5個人構(gòu)成的多學科團隊能夠攜手研究。