仿真實驗室駕駛艙人機工效虛擬現實系統
一、產品概述
ErgoVR駕駛艙光環境人機工效虛擬現實系統（天空光環境虛擬仿真平臺、ErgoHMI駕駛艙人機交互虛擬現實評估系統）
ErgoVR駕駛艙光環境人機工效虛擬現實系統包括符合CIE國際標準的ErgoVR天空光環境虛擬仿真平臺、各類型駕駛艙三維數據庫、仿真艙室光環境管理系統、ErgoHMI人機交互界面仿真與測試評估系統、飛行員仿真操控系統以及駕駛艙照明效果人機工效評估體系等。
系統通過光環境模擬仿真軟件模擬天空背景光和太陽直射光，模擬在不同經緯度下不同年份、天氣類型和時間的外界光環境，根據明視覺、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據，仿真出人眼真實視覺觀察圖像，通過光環境模擬仿真軟件搭建駕駛艙照明系統，同時結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，結合ErgoLAB人機環境測試與人機工效主客觀評估系統進行定量的人機交互測試與人機工效評估。
該系統成功建立后，將形成涵蓋國內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、照明死角暗區等查找評估能力，并能通過人眼視覺仿真結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、減少技術風險。
二、需求分析：
1、雖然我國照明技術經過多年的發展，已經擁有飛機航空多種類型照明產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，主要受到國內系統性光學設計、測試設備、仿真軟件等的限制和設計經驗的不足，照明系統的性能和質量仍落后于世界*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，國內企業和研究所已經重視該方面研究，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、復雜氣象環境下，飛行員視覺需求。
4、如今采用虛擬現實手段進行工業產品的虛擬設計日益成為決定產品能否成功的重要因素。為了滿足工業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開發和交流生產出色的設計產品，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意，將創意變為現實。虛擬現實系統環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手段。
三、技術特點：
ErgoVR駕駛艙光環境人機工效虛擬現實系統核心模塊采用津發科技自主研發的ErgoLAB人機環境同步平臺以及符合CIE國際標準的ErgoVR天空光環境虛擬仿真平臺，生成的VR虛擬現實環境*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和直觀的人機交互平臺，其仿真技術已經廣泛用于航空、航天、、汽車、軌道交通、通用照明等工業領域的研究機構、公司。
津發公司的ErgoVR虛擬現實人因設計解決方案主要是基于CAD數字樣機虛擬現實技術的人-機-環境數據同步測試的人機交互和人因工效分析應用方案，系統方案可以將通用CAD數字樣機虛擬現實3D桌面工作流程同步輸出至一個虛擬現實環境，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境。用戶不需要進行邏輯編程，不需要進行任何3D模型數據的轉換，無論是3D模型、過程還是設計結果，都是原始的數據，3D工作過程和虛擬現實系統人機交互和工效學分析應用同步，無縫對接，3D虛擬現實應用變得所見即所得。
系統解決方案功能特性：
- 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境，如多通道柱面投影、平面投影、CAVE洞穴式虛擬現實系統等
- 基于人機環境同步技術的主客觀人機工效評估
四、其他解決方案：
ErgoSIM復雜光環境工效學模擬艙以開展裝備人機工效光環境試驗測試評估為出發點，搭建物理環境模擬艙室環境，可以適合不同的裝備進行光環境模擬人機工效實驗測試。系統包括ErgoSIM光環境模擬艙室、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\環境反射光模擬、云霧/閃電模擬、光學屬性采集、環境模擬控制系統、光環境監測與測試系統、結合光環境模擬仿真系統和ErgoLAB人機環境同步平臺可以進行人機工效分析、視覺工效學評估、ErgoVR光環境虛擬現實評估。
ErgoSIM光環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光環境模擬仿真系統為核心搭建環境模擬艙，主要承擔著不同天氣環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、夜環境模擬（城市光環境、夜視環境）、特殊場景模擬（海面，不同天空背景等）并結合ErgoLAB人機環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、系統特點
視覺工效學評估系統：主要通過對比表盤圖像信息，文字信息或照明區域亮度與背景場景亮度，同時測取相關被觀察體的顏色，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，具體結果除了可以以函數曲線量化表達外，該模塊能夠自動測量與背景相比的標志、字母或發光區域的視覺對比度，結果提供了清晰可見/限制能見度/不可見狀態三種基于標準計算下的定性分析。可視性模塊可幫助設計人員在優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、高鐵等駕駛艙室內飾工業設計、駕駛艙室環境設計、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境的仿真平臺，利用先進的仿真評估技術實現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：內部視覺環境直接影響內飾設計的舒適性與安全性，眩光在內部視覺環境中表現極為重要，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，使視野內產生人眼無法適應之光亮感覺，或者由于發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，發光顯示器件的大量應用，復雜的光學環境極易引起各種有害光的出現，在駕駛員視野范圍內形成的反射投影，影響駕駛員操作安全和視野環境，而引起視覺疲勞，均屬于眩光考察范圍之內。
●1、汽車內部眩光分析：汽車內部視覺環境是汽車內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，對汽車內飾視覺環境下的眩光要求被提到新的高度，車內的光學干擾：
●2、飛機內部眩光分析：飛機艙內飾光學問題近來一直受到各飛機研制廠商的關注，駕駛艙視覺工效的模擬仿真，應該包括：
●3、軌道交通內部眩光分析：現代動車駕駛艙設計中，對消除眩光風險均非常關注，對于內飾環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構設計，包括駕駛艙前窗及側窗的位置、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域，分析駕駛艙內部儀表或材料產生的眩光原因，不僅可以在設計前期實現防眩光設計，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境設計。
●環境照明眩光分析：環境照明主要包括家庭住宅、辦公樓、寫字樓、商店、工廠等室內外的照明建設，室內照明眩光一般在人眼視野內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，因此室內照明對人眼范圍內的燈具眩光分析極為重要。SPEOS眩光分析功能提供專業的UGR評價，通過仿真燈具的眩光指數和眩光評價標準對比，分析燈具產生眩光的原因，從而更改設計、照明燈具或光學材料控制消除眩光。
●汽車內部照明模擬分析：汽車內照明燈是為了在夜間上下車安全及行駛時使用，汽車內照明系統主要包括室內燈、車內閱讀燈、后席閱讀燈、門燈、踏步燈、氛圍燈等，滿足車內照明的同時，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：座艙照明是飛機內部照明系統的重要組成部分，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境下，座艙機內照明起到非常重要的作用，飛機座艙的照明質量不僅影響飛機的照明環境，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模的基礎上，設置主照明和輔助照明的參數，包括：顯示器信息裝置，導光板儀表信息，座艙內泛光照明系統，通過虛擬設計平臺，可協助設計人員，設計照明區域，設計燈具尺寸，發光角度，安裝位置高度，實現照明與結構設計一體化，模擬仿真精準的照度、亮度和色度水平，幫助設計人員調整照明設計，控制重點照明區域，照明陰影面積及其發生區域，最大限度的保證飛行員的飛行視覺工作環境的安全性。
●飛機客艙照明模擬與分析：光學成像系統模擬與分析客艙內部照明系統的布局設計：客艙內部照明包括閱讀燈、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、數量等布局設計。客艙內部照明系統的照明分析（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多種情景照明模式，長期處于無自然光照明環境和特定場所的照明需求模擬與分析。
雖然我國照明技術經過多年的發展，已經擁有飛機航空多種類型照明產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，主要受到國內系統性光學設計、測試設備、仿真軟件等的限制和設計經驗的不足，照明系統的性能和質量仍落后于世界*先水平。在顯示及視覺工效研究上，美國等發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。
近些年來，國內企業和研究所已經重視該方面研究，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、復雜氣象環境下，飛行員視覺需求。
ErgoSIM駕駛艙光環境人機工效虛擬現實系統包括符合CIE國際標準的天空光環境模擬與虛擬仿真平臺、各類型駕駛艙三維數據庫、仿真艙室光環境管理系統、ErgoHMI人機交互界面仿真測試評估系統、飛行員仿真操控系統以及駕駛艙照明效果人機工效評估體系等。系統通過光環境模擬仿真軟件模擬天空背景光和太陽直射光，模擬在不同經緯度下不同年份、天氣類型和時間的外界光環境，根據明視覺、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據，仿真出人眼真實視覺觀察圖像，通過光環境模擬仿真軟件搭建駕駛艙照明系統，同時結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，結合ErgoLAB人機環境測試與人機工效主客觀評估系統進行定量的人機交互測試與人機工效評估。
該系統成功建立后，將形成涵蓋國內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、照明死角暗區等查找評估能力，并能通過人眼視覺仿真結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、減少技術風險。
駕駛艙人機工效虛擬現實系統
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