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駕駛艙人機工效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

ErgoVR駕駛艙光環(huán)境人機工效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（天空光環(huán)境虛擬仿真平臺、ErgoHMI駕駛艙人機交互虛擬現(xiàn)實評估系統(tǒng)）

ErgoVR駕駛艙光環(huán)境人機工效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括符合CIE國際標準的ErgoVR天空光環(huán)境虛擬仿真平臺、各類型駕駛艙三維數(shù)據(jù)庫、仿真艙室光環(huán)境管理系統(tǒng)、ErgoHMI人機交互界面仿真與測試評估系統(tǒng)、飛行員仿真操控系統(tǒng)以及駕駛艙照明效果人機工效評估體系等。　

系統(tǒng)通過光環(huán)境模擬仿真軟件模擬天空背景光和太陽直射光，模擬在不同經(jīng)緯度下不同年份、天氣類型和時間的外界光環(huán)境，根據(jù)明視覺、暗視覺下人眼對不同顏色，亮度，對比度，色彩飽和敏感度和人眼眩光等人眼工作屬性的生理數(shù)據(jù)，仿真出人眼真實視覺觀察圖像，通過光環(huán)境模擬仿真軟件搭建駕駛艙照明系統(tǒng)，同時結(jié)合投影屏幕和操作桿讓飛行員更好的實時模擬各種飛行任務，結(jié)合ErgoLAB人機環(huán)境測試與人機工效主客觀評估系統(tǒng)進行定量的人機交互測試與人機工效評估。

該系統(tǒng)成功建立后，將形成涵蓋國內(nèi)外各種飛機駕駛艙艙室主照明及輔助照明效果仿真設計評估能力，形成功能完善的眩光、雜散光、照明死角暗區(qū)等查找評估能力，并能通過人眼視覺仿真結(jié)果給出整體照明近乎真實的視覺照明效果。同時形成座艙人機交互界面效果仿真設計、座艙人機工效評估能力，形成功能完善的智能座艙人機工效主客觀定量分析評價。降低研制成本、縮短研制周期、減少技術(shù)風險。

二、需求分析：

1、雖然我國照明技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)擁有飛機航空多種類型照明產(chǎn)品和具備了一定的研究基礎，但仍處于滿足單個設備功能性需求階段，主要受到國內(nèi)系統(tǒng)性光學設計、測試設備、仿真軟件等的限制和設計經(jīng)驗的不足，照明系統(tǒng)的性能和質(zhì)量仍落后于世界*先水平。

2、在顯示及視覺工效研究上，美國等發(fā)達國家在人機工效研究上起步較早，在人機工效評價指標定義和選擇、評價模型建立、算法評價等多個方面均處于*先地位。國內(nèi)在這方面研究起步較晚，對于飛機駕駛艙工效評價，基本還處于基礎研究階段。

3、近些年來，國內(nèi)企業(yè)和研究所已經(jīng)重視該方面研究，并取得了相當快的進步。在航空照明中，單純的光度學不能滿足飛機飛行和作戰(zhàn)要求，進而向視覺工效研究提升，減少視覺信息強度、避免有害光干擾，滿足高機動性、長航時、復雜氣象環(huán)境下，飛行員視覺需求。

4、如今采用虛擬現(xiàn)實手段進行工業(yè)產(chǎn)品的虛擬設計日益成為決定產(chǎn)品能否成功的重要因素。為了滿足工業(yè)設計研究者不斷快速變化的需求，設計評估人員需要使用專門的工具在短時間內(nèi)開發(fā)和交流生產(chǎn)出色的設計產(chǎn)品，同時還要在整個設計流程中進行靈活的修改。而可視化可幫助理解創(chuàng)意，將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)環(huán)境是設計師用以進行可用性評價、評估設計方案、聽取各方反應、交流意圖和分析概念的重要技術(shù)手段。

三、技術(shù)特點：　

ErgoVR駕駛艙光環(huán)境人機工效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)核心模塊采用津發(fā)科技自主研發(fā)的ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺以及符合CIE國際標準的ErgoVR天空光環(huán)境虛擬仿真平臺，生成的VR虛擬現(xiàn)實環(huán)境*兼容CATIA、UG（NX）、Creo Parametric（pro/E）和Spaceclaim等國際標準的CAD平臺，強大的解決方案提供*美的可視化光學系統(tǒng)和直觀的人機交互平臺，其仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛用于航空、航天、、汽車、軌道交通、通用照明等工業(yè)領域的研究機構(gòu)、公司。

　　津發(fā)公司的ErgoVR虛擬現(xiàn)實人因設計解決方案主要是基于CAD數(shù)字樣機虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人-機-環(huán)境數(shù)據(jù)同步測試的人機交互和人因工效分析應用方案，系統(tǒng)方案可以將通用CAD數(shù)字樣機虛擬現(xiàn)實3D桌面工作流程同步輸出至一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境，并提供實時的3D渲染和人機交互機制以及1:1的沉浸式視覺體驗，為三維人因設計內(nèi)容提供一個實時的、1：1的設計評審和量化人機工效評估虛擬仿真環(huán)境。用戶不需要進行邏輯編程，不需要進行任何3D模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，無論是3D模型、過程還是設計結(jié)果，都是原始的數(shù)據(jù)，3D工作過程和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)人機交互和工效學分析應用同步，無縫對接，3D虛擬現(xiàn)實應用變得所見即所得。
系統(tǒng)解決方案功能特性：
- 真三維的立體視覺顯示體驗
- 實時交互，保護主流交互設備的無縫接入
- 支持多通道沉浸式三維顯示環(huán)境，如多通道柱面投影、平面投影、CAVE洞穴式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等
- 基于人機環(huán)境同步技術(shù)的主客觀人機工效評估

四、其他解決方案：

ErgoSIM復雜光環(huán)境工效學模擬艙以開展裝備人機工效光環(huán)境試驗測試評估為出發(fā)點，搭建物理環(huán)境模擬艙室環(huán)境，可以適合不同的裝備進行光環(huán)境模擬人機工效實驗測試。系統(tǒng)包括ErgoSIM光環(huán)境模擬艙室、含一般照明模擬、局部照明模擬、太陽光模擬、月亮光模擬、云層\環(huán)境反射光模擬、云霧/閃電模擬、光學屬性采集、環(huán)境模擬控制系統(tǒng)、光環(huán)境監(jiān)測與測試系統(tǒng)、結(jié)合光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)和ErgoLAB人機環(huán)境同步平臺可以進行人機工效分析、視覺工效學評估、ErgoVR光環(huán)境虛擬現(xiàn)實評估。

ErgoSIM光環(huán)境模擬工效學實驗室在整個裝備全生命周期貫徹“人因設計"，通過SPEOS光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)為核心搭建環(huán)境模擬艙，主要承擔著不同天氣環(huán)境下的自然采光和照明方案驗證和載人座艙、艦船艙室或建筑室內(nèi)視覺工效評估，具有各種天氣情況和場景的模擬功能。因此，從實驗室方案設計上，可以根據(jù)不同研究方向設計解決方案滿足一般天空模擬、日/月光模擬、夜環(huán)境模擬（城市光環(huán)境、夜視環(huán)境）、特殊場景模擬（海面，不同天空背景等）并結(jié)合ErgoLAB人機環(huán)境測試云平臺進行人機交互任務模擬與評估、主客觀人因設計與測評、人機工效分析和評價。

三、系統(tǒng)特點

視覺工效學評估系統(tǒng)：主要通過對比表盤圖像信息，文字信息或照明區(qū)域亮度與背景場景亮度，同時測取相關(guān)被觀察體的顏色，觀察面大小等信息用于量化分析被觀察體，如表盤圖像，表盤文字信息，駕駛艙眩光可被人眼感知的可能性，具體結(jié)果除了可以以函數(shù)曲線量化表達外，該模塊能夠自動測量與背景相比的標志、字母或發(fā)光區(qū)域的視覺對比度，結(jié)果提供了清晰可見/限制能見度/不可見狀態(tài)三種基于標準計算下的定性分析?？梢曅阅K可幫助設計人員在優(yōu)化重要圖像信息的可視性，同時減少如眩光等有害反射的可視性。

對于汽車、飛機、高鐵等駕駛艙室內(nèi)飾工業(yè)設計、駕駛艙室環(huán)境設計、駕駛艙室人為因素審定評估等方面，建立能夠模擬接近真實人眼視覺色彩環(huán)境的仿真平臺，利用先進的仿真評估技術(shù)實現(xiàn)駕駛艙室視覺工效分析的光學一體化虛擬設計，進一步改善人機工效分析，使得駕駛艙室在概念設計階段就能被預見其實體的整體效果，以及消除不必要的光學安全隱患。

新特性包括:

●不舒適眩光分析：內(nèi)部視覺環(huán)境直接影響內(nèi)飾設計的舒適性與安全性，眩光在內(nèi)部視覺環(huán)境中表現(xiàn)極為重要，主要是指在駕駛員可視視野中，由于強光直射或者反射引起的不適宜亮度分布，造成*端的亮度對比，使視野內(nèi)產(chǎn)生人眼無法適應之光亮感覺，或者由于發(fā)光器件在使用過程中，特別是對汽車、飛機、軌道交通等駕駛艙室，發(fā)光顯示器件的大量應用，復雜的光學環(huán)境極易引起各種有害光的出現(xiàn)，在駕駛員視野范圍內(nèi)形成的反射投影，影響駕駛員操作安全和視野環(huán)境，而引起視覺疲勞，均屬于眩光考察范圍之內(nèi)。

●1、汽車內(nèi)部眩光分析：汽車內(nèi)部視覺環(huán)境是汽車內(nèi)飾部分最主要的人機界面，隨著汽車駕駛室的人性化設計要求越來越高，舒適性與安全性的照明設計越來越重要,駕駛員的駕駛感受與體驗受到極大重視，對汽車內(nèi)飾視覺環(huán)境下的眩光要求被提到新的高度，車內(nèi)的光學干擾：　

●2、飛機內(nèi)部眩光分析：飛機艙內(nèi)飾光學問題近來一直受到各飛機研制廠商的關(guān)注，駕駛艙視覺工效的模擬仿真，應該包括：　

●3、軌道交通內(nèi)部眩光分析：現(xiàn)代動車駕駛艙設計中，對消除眩光風險均非常關(guān)注，對于內(nèi)飾環(huán)境的眩光仿真正逐漸受到廣大研究人員的青睞。軌道交通高鐵、地鐵等合理的駕駛艙總體結(jié)構(gòu)設計，包括駕駛艙前窗及側(cè)窗的位置、形狀、尺寸，操縱臺儀表面板，照明設備的形狀、尺寸、朝向以及與操縱臺的相對位置等，都能影響駕駛艙視覺效果，SPEOS 光學軟件可以通過模擬仿真定位眩光區(qū)域，分析駕駛艙內(nèi)部儀表或材料產(chǎn)生的眩光原因，不僅可以在設計前期實現(xiàn)防眩光設計，也可以在設計后期進行標準對比驗證，促進軌道交通駕駛艙光環(huán)境設計。

●環(huán)境照明眩光分析：環(huán)境照明主要包括家庭住宅、辦公樓、寫字樓、商店、工廠等室內(nèi)外的照明建設，室內(nèi)照明眩光一般在人眼視野內(nèi)由于光的亮度分布或者照明范圍不適當，在空間上形成亮度對比懸殊，以致引起眼睛不舒適或者觀察能力下降，使人感受到眩光，因此室內(nèi)照明對人眼范圍內(nèi)的燈具眩光分析極為重要。SPEOS眩光分析功能提供專業(yè)的UGR評價，通過仿真燈具的眩光指數(shù)和眩光評價標準對比，分析燈具產(chǎn)生眩光的原因，從而更改設計、照明燈具或光學材料控制消除眩光。

●汽車內(nèi)部照明模擬分析：汽車內(nèi)照明燈是為了在夜間上下車安全及行駛時使用，汽車內(nèi)照明系統(tǒng)主要包括室內(nèi)燈、車內(nèi)閱讀燈、后席閱讀燈、門燈、踏步燈、氛圍燈等，滿足車內(nèi)照明的同時，同時對照明效果要求溫暖、放松、舒適。

●汽車外部照明模擬分析：SPEOS針對汽車外部照明燈的有專業(yè)的設計和分析功能，主要針對汽車頭燈（包括遠光燈和近光燈），霧燈，示寬燈，倒車燈，高位剎車燈等燈具設計和分析，結(jié)合ECE和SAE設計標準，在燈具設計模擬仿真過程中提供參考設計值。

●飛機駕駛艙照明模擬分析：座艙照明是飛機內(nèi)部照明系統(tǒng)的重要組成部分，能夠給飛行人員提供精準的照明指示信息，特別是在不同的外界環(huán)境下，座艙機內(nèi)照明起到非常重要的作用，飛機座艙的照明質(zhì)量不僅影響飛機的照明環(huán)境，更重要的是影響駕駛員和飛機信息傳遞。駕駛艙照明模擬分析，是在基本的座艙三維數(shù)模的基礎上，設置主照明和輔助照明的參數(shù)，包括：顯示器信息裝置，導光板儀表信息，座艙內(nèi)泛光照明系統(tǒng)，通過虛擬設計平臺，可協(xié)助設計人員，設計照明區(qū)域，設計燈具尺寸，發(fā)光角度，安裝位置高度，實現(xiàn)照明與結(jié)構(gòu)設計一體化，模擬仿真精準的照度、亮度和色度水平，幫助設計人員調(diào)整照明設計，控制重點照明區(qū)域，照明陰影面積及其發(fā)生區(qū)域，最大限度的保證飛行員的飛行視覺工作環(huán)境的安全性。

●飛機客艙照明模擬與分析：光學成像系統(tǒng)模擬與分析客艙內(nèi)部照明系統(tǒng)的布局設計：客艙內(nèi)部照明包括閱讀燈、行李架照明、安全通知照明等，主要涉及照明燈具的安裝位置、角度、數(shù)量等布局設計。客艙內(nèi)部照明系統(tǒng)的照明分析（是否滿足能量指標要求）：客艙照明需要滿足的基本照明能量，不同的光色配比實現(xiàn)多種情景照明模式，長期處于無自然光照明環(huán)境和特定場所的照明需求模擬與分析。 

駕駛艙人機工效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)