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研究生: 許嘉宏
Shia-Hung Hsu
論文名稱: 虛擬實境技術於工程教育訓練之應用-以橋梁工法為例
Application of VR for Engineering Training and Education-A Case Study of Bridge.
指導教授: 陳鴻銘
Hung-Ming Chen
口試委員: 張大鵬
Ta-Peng Chang
謝佑明
Y-M Hsieh
呂守陞
Sou-Sen Leu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 教育訓練工法虛擬實境
外文關鍵詞: VR, Bridge
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橋樑施工之各種工法,時間上有多項程序,空間上亦有人員、機具、材料等相關之多項工作同時進行,故其之教育訓練使用傳統之文字與圖片來做說明,並不易具體化;現地參觀或使用現地實作之影片亦難以同時兼顧各種細節,並缺乏互動性。使用虛擬實境之技術,則可提供受訓人員一個可融入的虛擬工地場景,除讓受訓人員可有親臨現場的體驗外,更可讓受訓人員自由地於時間、空間中遊走。此一以虛擬實境技術所建構之融入式與互動式的學習環境,將具有最佳的教育訓練效果,應為未來發展的趨勢。
故本研究以3DS MAX為場景建置工具,製作出虛擬場景中之物件模型,並以OpenGL開發虛擬場景之編輯環境與互動式平台,配合投射式立體顯示設備,建置了沉浸式與互動式的虛擬橋樑工法教育訓練環境。藉由擬真的場景視覺化模擬不同橋樑工法施工時機具間的安排與其運作,透過控制系統的時間軸,觀察各施工細節,可清楚了解到橋樑建造時機具隨時間不同的相互配置。學習者透過展示系統的播放觀察各時間點機具間的互動,在播放的過程中受訓人員可隨意改變觀看的位置來觀察不同的角度,對於較無法理解的部份經由重播、慢速播放等功能達到學習之目的,本系統充份將虛擬實境的特點:融入感(Immersion)、互動性(Interaction)及想像力(Imagination)用以此訓練模擬系統,不僅提高受訓者的學習效果,系統之遊戲性與互動性,更提升了學習的意願。


目錄 論文摘要 I 誌謝 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2研究目的 2 1.3研究方法 2 1.4論文架構 3 第二章 背景說明 5 2.1文獻回顧 5 2.2系統開發相關技術簡介 8 2.2.1虛擬實境 8 2.2.1.1虛擬實境的特性 8 2.2.1.2虛擬實境的種類 10 2.2.1.3虛擬實境應用範圍 13 2.2.2 OpenGL 3D電腦繪圖技術 15 2.2.2.1當前轉換矩陣(Current Transformation Matrix,CTM) 16 2.2.2.2觀點轉換(Viewing Transformations) 16 2.2.2.3投射矩陣(Projection Matrix) 17 2.2.2.4修飾(Render) 18 2.2.3立體顯示原理 19 2.2.3.1 OpenGL立體顯示相關設定 20 2.2.3.2相關硬體需求 24 2.3工程教育訓練之定義 25 2.3.1工程教育訓練之目標 25 2.3.2工程教育訓練之需求 26 2.4系統表現之橋樑工法簡介 28 2.4.1橋梁場鑄節塊懸臂工法 28 2.4.2支撐先進工法 29 第三章 教育訓練環境之規劃與建置 30 3.1環境功能需求分析 30 3.1.1提供VR身歷其境之感受 30 3.1.1.1虛擬教育訓練的融入感 30 3.1.1.2虛擬教育訓練的互動性 31 3.1.1.3虛擬教育訓練的想像力 31 3.1.2場景之建構與編輯需有彈性 32 3.1.3整合各種VR設備 33 3.1.4整合現有商用建模軟體工具 33 3.1.5保持未來與其它虛擬實境相關應用整合之發展空間 34 3.2環境建置 34 3.2.1系統核心平台 36 3.2.1.1核心主機 37 3.2.1.2核心系統 37 3.2.2虛擬實境教育訓練編輯與個人使用環境 38 3.2.2.1頭盔式顯示器(Head Mounted Display,HMD) 39 3.2.2.2裸眼立體LCD螢幕(Stereo LCD) 39 3.2.2.3主動式液晶立體眼鏡(Shutter glasses) 40 3.2.3虛擬實境教育訓練展示環境 41 3.2.3.1展示空間 41 3.2.3.2投射式立體影像系統(Passive VR Projector System) 41 3.2.4系統操控設備 42 第四章 核心系統程式-MPVRE 44 4.1前言 44 4.2系統架構 44 4.2.1 GUI Class 45 4.2.1.1 ViewingHandler Class 47 4.2.1.2 SceneHandler Class 47 4.2.1.3 ModelDrawer Class 48 4.2.1.4 Listener 48 4.2.1.5 Menu 49 4.2.1.5.1燈光屬性面板(Lights Panel) 51 4.2.1.5.2檔案載入面板(Load_File Panel) 52 4.2.1.5.3觀察點模式選擇面板(Camera_mode Panel) 53 4.2.1.5.4觀察模式選擇面板(View_mode Panel) 54 4.2.1.5.5播放控制面板(Play_control Panel) 56 4.2.1.5.6立體影像參數調整面板(Stereo_Parameter Panel) 57 4.2.1.5.7彈出式選單(Pop-up Menu) 57 4.2.2 Scene Class 58 4.2.3 Model Class 60 4.2.3.1 ModelObject Class 63 4.2.3.2 ModelControl Class 67 4.2.4 Viewer Class 68 4.2.5 FileManager Class 70 第五章 使用範例 74 5.1前言 74 5.2編輯模式 74 5.3展示模式 78 第六章 結論與建議 81 6.1總結 81 6.2建議 82 6.2.1場景模型精細程度建議 83 6.2.2場景建置之方法與程序建議 84 參考文獻 86 附錄 89 A.1投射式立體影像設備設定步驟: 89 作者簡介 92

參考文獻
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