史上最全虚拟现实VR(视景仿真/系统仿真/可视化)工作站硬件配置方案

主要内容

第一章 虚拟现实(视景仿真、系统仿真、可视化)系统介绍

第二章 虚拟现实系统对硬件技术要求

第三章 行业应用VR工作站配置方案

         VR应用1-视景仿真与训练工作站配置方案

       VR应用2-基础设施与建筑虚拟现实工作站配置方案

       VR应用3-地球物理可视化工作站配置方案

     VR应用4-虚拟设计与制造仿真工作站配置方案

    VR应用5-基于VR-GIS应用工作站配置方案

   VR应用6-全景视频实时拼接工作站配置方案

第一章 虚拟现实VR(视景仿真、虚拟仿真)系统介绍

在行业应用领域，虚拟现实技术有着广阔的市场需求，如工业产品设计、基础设施三维可视设计、三维虚拟装配、宇宙与地球探索、分子原子结构研究、数字影像测量与处理、飞行视景仿真模拟、地质灾害、3D视频后期/现场处理、医学研究等，VR为人类提供研究、分析与解决问题最佳工具。

市场上热闹的众多穿戴式VR头盔商家、显卡厂家、VR系统集成商介绍其产品如何先进、如何黑科技，介绍图形工作站硬件重要性稀少或放在极不重要位置，对其硬件配置介绍含糊不清，给使用者造成严重误导。

 (一) 什么是虚拟现实VR（视景仿真、虚拟仿真）

虚拟现实（VR）从应用角度讲，是利用计算机图形生成技术从空间和位置上以交互方式虚拟出三维场景 (视觉)、声音(听觉)、触觉甚至是嗅觉的感受，从而达到身临其境的效果。

从技术角度讲，是由高性能计算机系统（单机或机群）、显示输出设备（视觉）、位置和触觉跟踪采集输入设备（触觉）、软件引擎系统等组成，以交互方式，通过输入设备手工操控计算机，由软件引擎生成三维场景，在输出设备上显示出一种沉浸式三维视景的技术。

(二) 虚拟现实系统介绍

虚拟现实系统似乎就是一个穿戴式VR眼镜+电脑或手机，其实它是由计算机硬件、操作系统、软件引擎组成的，3D头戴式眼镜+手机+视频组成的VR仅仅看看视频，更多的VR行业应用，需要大量的图形生成计算，手机图形计算性能和电脑速度无法相比，此外头戴式显示器也有很大的局限，无法满足更高分辨率的场景需要。

2.1 VR硬件部分

NO

类别

主要设备

功能介绍

1

图形生成设备

图形生成系统

由单台或多台图形工作站组成

2

输出设备

（视觉）

头戴式VR显示器

基于双眼视差Binocular Parallax原理，通过计算机技术和显示成像技术对左右眼分别提供一组视角不同的画面，提供一个双眼视差的环境，从而让人感觉到立体画面

如HTC Vive、Occlus Rift、视觉3d+头部跟踪+手持设备跟踪

三维显示器，投影机，

3D立体显示技术主要依靠投影技术和显示器技术来实现的

裸眼3D显示器

3

输入设备（触觉）

力反馈设备

利用高精度机械马达的反作用力和各种传感器配合完成

动作捕捉或位置跟踪

利用红外光学实时反射或陀螺仪传感器或超声波传感器对人体动作的捕捉完成

数据手套或手势跟踪控制

眼动追踪，脸部跟踪

体感设备，座椅等

Xbox，索尼的体感

4

输入设备（听觉）

立体声道，环绕，

5.1以上声道音响设备

5

输入设备（嗅觉）

2.2 VR软件支撑环境

（1）操作系统：Linux，Windows

（2）软件开发引擎：

商业平台：如Vega Prime、Virtools、UniGine、Eon Reality、Unity3D，Unreal，Cry Engine等。

开源平台：如ORGE、OSG、OpenGVS、Vtree、Blink 3D、DX Studio等。

（2）各种数据库：地形地貌、地理信息、图象纹理、气动数据、武器性能参数、导航数据、气象数据、背景干扰及通用模型等。

2.3 虚拟现实系统显示方式

（1）头戴式虚拟现实系统（单机单屏）

典型系统配置：

（1）图形生成设备：UltraLAB H350或H480极速工作站

（2）输出、输入、位置跟踪设备：如HTCvive

（3）开发引擎：Unity,Unreal…

主要应用：

CAD的方案可视化设计或虚拟装配、虚拟样机

单人技术模拟培训

人体医学内部结构研究分析

建筑设计、展现

汽车设计、体验

太空领域探索

分子、原子结构研究分析

（2）沉浸式（CAVE）虚拟现实系统（单机多屏）

典型系统设备：

（1）图形生成设备： UltraLAB H350或H480工作站，数量1台或4台

（2）输出设备：投影机，数量4个以上

（3）输入、位置跟踪设备：投影器

（4）开发引擎：VegaPrime，Unigine，OSG，ORGE等

典型应用：

飞行驾驶模拟培训

航海驾驶模拟训练

电力系统仿真模拟

材料模拟分析

（3）分布式机群虚拟现实系统（多机多屏）

这种图形集群系统，通常场景宽阔、复杂、超高分辨率，计算量巨大，单机无法胜任，需要多台图形工作站分工同步实时计算完成。

典型VR系统组成：

（1）    图形生成设备：图形工作站，数量≥4

IG：推荐H350，主机：推荐H480或GX480P

（2）输出设备：投影机，数量≥4

（3）输入、位置跟踪设备

（4）网络设备：低延迟高带宽交换机

（5）开发引擎：Vegaprime, Unigine

典型应用：

军事指挥模拟系统

太空领域视景仿真系统

超高分辨率GIS应用系统

地球物理可视化应用系统

(三) 行业应用VR工作站系统硬件配置参考

NO

应用分类

高性能计算机

输出设备

定位输入设备

音响系统

操作系统

引擎平台

1

军事模拟训练

单cpu，4~10核

头戴式设备，立体显示

有

7.1

Win

Unity3D等

2

建筑可视化设计

单cpu

4~10核

头戴式设备，立体现实

有

2.1

Win

3

360度全景视频合成

单cpu，6核以上

头戴式设备

无

7.1

Win

专业视频合成软件

4

教学VR类

单cpu 4核，

高速存储

头戴式设备，立体显示

有

2.1

Win

5

航测遥感数据处理

单cpu4核，高速存储

立体显示器+3d眼镜

有

无

Win

6

分子结构可视化

单cpu，4核

立体显示器+3d眼镜

有

无

Win或Linux

7

虚拟装配可视化

单cpu，4~8核，图卡

单3d显示器或多屏显示器+3D眼镜

有

无

Win或Linux

8

飞行视景仿真系统

4~10核，单cpu，图卡，低延迟高速存储

三屏显示器+3D眼镜

有

7.1

Linux

9

地震资料解释可视化

海量高速高带宽存储，10核，图卡

多屏显示器+3D眼镜

有

无

Linux

第二章 虚拟现实硬件系统技术要求与机型推荐

虚拟现实展现并不是一项单一的技术，而是通过多种技术集成后产生的，其核心技术是：三维建模与图形生成技术、立体显示技术、传感器技术、系统开发引擎技术、低延迟实时响应技术等

2.1 图形工作站是VR性能最关键因素

网上几乎都是3D VR头盔或立体显示器如何，对三维图形实时生成的计算机硬件配置要求很少谈及，显示器仅仅是一个输出设备，当然显示延迟也非常重要，但图形生成的精度和帧率，主要是由图形工作站完成，通常虚拟现实系统主要由下面设备组成：

（1）图形工作站（图形生成设备）

（2）立体显示设备（输出设备）

（3）传感器设备（输入设备）

（4）整个系统的实时响应要求

由于立体成像需要图形工作站实时同步生成两副图像，一个是左眼一个是右眼，这样计算量比常规图形显示高一倍，另外图形场景的复杂度、精度和分辨率，以及帧率，实时成像、实时显示，造成图形生成的计算量巨大，对计算机几何顶点计算与图形生成速度、整机系统延迟要求极高。VR视景生成系统通常采用高性能图形工作站（单机）或多机分布式集群系统。

虚拟现实工作站的计算特点

真实场景再现的虚拟现实体验所需的图形处理性能比传统3D游戏和图形应用所要求高的多，即要支持两个同时图像（一只眼睛观察一个）以90帧每秒(fps)的帧速率进行传输，画面能流畅，延迟极低，视觉才能感觉不错。

 （1）显示器刷新频率140Hz以上，左右眼至少70Hz。

（2）图形生成的画面，每秒帧数90帧以上。

因此，图形工作站硬件配置方面

CPU：承担图形的几何顶点计算（单核计算模式）和物理模拟计算（多核计算模式），数据库资料解码计算等，CPU频率越高越好和核数要足够多，实时要求极高，否则，画面卡顿。

GPU：承担几何三角形生成、图形着色（Shader）、纹理贴图、部分物理模拟计算，实时要求高。

内存：保证实时图形场景数据足够空间。

硬盘：大量数据库资料，供引擎实时调入内存用，低延迟高带宽要求。

2.2 系统延迟的技术要求

虚拟现实对电脑的CPU和图形显卡的要求高外，系统延迟非常重要，否则会导致帧数不够，造成卡顿引起的晕动症。

VR交互图形生成经过下面几个阶段:

NO

主要操作

相关硬件设备

延迟要求

1

传感器（手势跟踪、力反馈、）采集使用者移动的相应数据

输入设备