基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架

王妍 黃曉延 張宇飛

摘要：汽車造型評審是整車研發流程的重要控制節點，評審的進度和質量將直接影響整車開發進度。傳統汽車造型評審主要采用制作油泥模型的方式，研發和時間成本高。近年來，隨著虛擬現實技術的發展，CAVE逐漸在汽車造型設計評審中得以應用。本文提出一種基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架，其相比傳統裝置具有方便移動、快速布置與收納等特點，有助于虛擬現實技術在整車研發領域的推廣應用。

Abstract： Automobile modeling review is an important control node of the whole vehicle R & D process. The progress and quality of the review will directly affect the development progress of the whole vehicle model. The traditional automobile modeling evaluation in automobile enterprises mainly adopts the way of making sludge model， which has high R & D and time cost. In recent years， With the development of virtual reality technology， CAVE is gradually applied in the review of automotive styling design. In this paper， a surround cave technology display framework based on sealed mobile structure is proposed. Compared with traditional display devices， it has the characteristics of convenient movement， rapid layout and storage， which contribute to the promotion and application of virtual reality technology in the field of vehicle research and development.

關鍵詞：CAVE;虛擬現實;汽車研發設計

Key words： CAVE;virtual reality;automobile R & D design

中圖分類號：U463.62?????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0234-02

0? 引言

汽車造型評審是整車研發流程的重要控制節點，評審的進度和質量將直接影響整個車型的開發進度。傳統汽車造型評審階段主要采用制作不同比例的油泥模型，制作周期長且投入成本高。近年來，虛擬現實作為融合計算機圖形學、數字圖像處理等的綜合性技術，逐漸引入到整車開發階段，以滿足車企縮短研發周期和降低研發成本的迫切需求。CAVE作為一種高度沉浸式虛擬現實系統，配合虛擬引擎模型，可以讓實在整車造型在沉浸化環境中交互評審。但傳統CAVE系統由于結構復雜、裝調難度大、投入成本高等問題，難以實現大規模推廣和應用。本文提出一種基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架，具有方便移動、快速布置與收納等特點，對于虛擬現實技術在汽車研發設計階段的應用發展具有一定的實際意義。

1? 虛擬現實技術

虛擬現實技術是一項融合計算機圖形學、數字圖像處理等的綜合性高新實用技術[1]，其發展始于20世紀發展起來的一項全新的實用技術。2016年至今，我國政府和各部門發布了諸多專項行動、創新規劃等，為虛擬現實技術在文化娛樂、信息通信、教育教學、醫療健康等領域的落地應用提供政策保障[2]。

對于傳統汽車行業，隨著軟件技術和硬件產品成熟度的提高，虛擬現實逐漸貫穿從汽車研發、生產制造、宣傳銷售及售后維修等汽車產品的全過程，以滿足車企縮短研發周期和降低研發成本的迫切需求。

2? CAVE技術

虛擬現實系統一般分為三種類型，即頭盔式虛擬現實系統、單屏式虛擬現實系統和洞穴式虛擬現實系統。其中洞穴式虛擬現實系統（Cave Automotic Virtual Environment，CAVE）是一種基于投影的高度沉浸式系統，其特點是分辨率高、沉浸感強、交互性好。CAVE系統通常由三個及以上投影面組成，形成立方體投影空間，多名參與者配合VR眼鏡則可以完全沉浸在虛擬仿真環境中[3]。國外主機廠較早將CAVE系統引入到了造型評審、空間評估、方案對比等汽車研發環節。如福特汽車、雷諾汽車、戴姆勒公司等[4]。

當前的CAVE顯示裝置多是基于投影儀，其結構復雜、體積巨大，一些技術方案中提出將投影顯示替換為LED顯示，以此大大減少系統的復雜性。然而，由于CAVE系統組成的立體顯示空間較大，因此LED顯示屏的面積也相應的較大，重量較重，這給CAVE顯示的快速布置和收納造成了難題，并且不方便移動，由此一定程度上限制了CAVE系統的推廣應用。

3? 基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架介紹

基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示安裝構架，包括底板，所述底板上設有密封式移動結構，所述密封式移動結構包括矩形腔、缺口、空腔、電機A、轉動通孔、延伸板、豁槽、螺紋通孔A、固定塊、滑輪A、螺桿A、凹槽A、電機B、轉動板、凹槽B、環形滑道、轉動槽、滑輪B、頂罩、支撐塊、側板、顯示屏、連接塊、螺紋槽、嵌裝槽、沉頭孔以及螺栓，所述矩形腔由底板側壁向內開入，所述缺口開在所述矩形腔內相對兩側壁，所述空腔開在所述底板內，所述顯示屏通過所述連接塊嵌裝在所述嵌裝槽內，所述螺栓穿過沉頭孔旋擰連接在所述螺紋槽內。其結構組成如圖1所示。

一種環視CAVE技術顯示安裝構架由設有密封式移動結構的底板（1）作為底層支撐。

密封式移動結構包括矩形腔（2）、缺口（3）、空腔（4）、電機A（5）、轉動通孔（6）、延伸板（7）、豁槽（8）、螺紋通孔A（9）、固定塊（10）、滑輪A（11）、螺桿A（12）、凹槽A（13）、電機B（14）、轉動板（15）、凹槽B（16）、環形滑道（17）、轉動槽（18）、滑輪B（19）、頂罩（20）、支撐塊（21）、側板（22）、顯示屏（23）、連接塊（24）、螺紋槽（25）、嵌裝槽（26）、沉頭孔（27）以及螺栓（28）。其中，矩形腔（2）由底板（1）側壁向內開入，缺口（3）開在矩形腔（2）內相對兩側壁，空腔（4）開在底板（1）內，轉動通孔（6）開在空腔（4）與矩形腔（2）之間且相連通，電機A（5）設置在空腔（4）內，延伸板（7）嵌裝在矩形腔（2）內，豁槽（8）開在延伸板（7）底面，螺紋通孔A（9）開在豁槽（8）內側壁，固定塊（10）設置在豁槽（8）底面，滑輪A（11）活動連接在固定塊（10）側壁，螺桿A（12）活動套裝在轉動通孔（6）內與電機A（5）相連接且一端旋擰連接在螺紋通孔A（9）內，凹槽A（13）開在底板（1）正面，凹槽B（16）開在轉動板（15）底面，電機B（14）設置在凹槽B（16）內，轉動板（15）通過凹槽B（16）與電機B（14）輸出端相連接，環形滑道（17）開在底板（1）正面，轉動槽（18）開在轉動板（15）底面，滾輪B活動連接在轉動槽（18）內，頂罩（20）設置在底板（1）正面，支撐塊（21）設置在延伸板（7）正面，側板（22）設置在支撐塊（21）頂面，連接塊（24）設置在顯示屏（23）側壁，螺紋槽（25）開在連接塊（24）側壁，嵌裝槽（26）分別開在側板（22）與頂罩（20）側壁，沉頭孔（27）分別開在頂罩（20）與側板（22）側壁且與嵌裝槽（26）相連通，顯示屏（23）通過連接塊（24）嵌裝在嵌裝槽（26）內，螺栓（28）穿過沉頭孔（27）旋擰連接在螺紋槽（25）內。所述底板（1）底面開有一對的讓位槽（29），所述延伸板（7）底面與所述讓位槽（29）內均設有萬向輪（30）。

4? 基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架使用方法

整體構架可以通過萬向輪進行移動，移動到展示地點后，轉動螺桿，使螺桿在螺紋通孔內轉動，使下端的頂塊接觸地面起到固定作用，然后啟動電機，電機輸出端帶動螺桿，使通過螺紋通孔連接在螺桿上的延伸板在矩形腔內向外移動，延伸板在移動過程中，豁槽內的滑輪能夠起到輔助滑動作用，移動到最大距離后，參觀的人員可以進入到頂罩內，然后再啟動電機將延伸板收回，參觀人員通過內部的四面顯示屏來體驗，頂部的通氣網孔透氣不透光，顯示屏的分辨率也高于投影效果，這樣能讓體驗效果更好，完全沉浸在之中，底板上表面的轉動桿也就是體驗人員站在的位置上，可以通過電機帶動進行轉動來配合體驗，轉動時底面的滑輪在環形滑道內輔助轉動，顯示屏通過連接塊與嵌裝槽處進行插裝，然后通過螺栓與螺紋槽來配合進行固定，這樣讓四個面的顯示屏之間的間隙更小。

基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架方便移動、布置和收納，且內部形成密封式，提高虛擬環境的體驗效果和沉浸感。圖2為三折式CAVE系統顯示方案，硬件設備結合交叉融合與拼接融合的技術，實現對汽車整車設計流程中的虛擬評審、虛擬裝配等環節的方案優化。

5? 結束語

汽車造型評審是整車研發流程的重要控制節點，評審的進度和質量將直接影響整個車型的開發進度。目前車企傳統研發流程中存在研發成本高、周期長、生產與研發脫節等痛點問題。CAVE作為一種高度沉浸式虛擬現實系統，可以為整車企業傳統造型設計評審提供多樣化的解決方案。本文提出的基于密封式移動結構的環視CAVE技術顯示構架，其相比傳統顯示裝置具有方便移動、快速布置與收納等特點，真正地高效地輔助汽車設計、縮短研發周期，有助于虛擬現實技術在整車研發領域的推廣應用。

參考文獻：

[1]胡小強.虛擬現實技術與應用[M].高等教育出版社，2004.

[2]2020年全國及各省市虛擬現實（VR）行業相關政策梳理 [EB/OL].http：//zhengce.chinabaogao.com/it/2020/0R151232H020.html，

2020.

[3]張善立，施芬.虛擬現實概論[M].北京：北京理工大小出版社，2017.

[4]唐輝，王國鋒，朱凌，等.汽車虛擬現實CAVE系統技術研究與應用[C]//第十五屆中國CAE工程分析技術年會.