Система виртуального моделирования 3D LED-дисплея: университетское авиационное образование и исследования

Виртуальная реальность вышла за рамки традиционных иммерсивных опытов, превратившись в «умную интерактивную систему». Благодаря цифровым двойникам, метавселенной и интеграции искусственного интеллекта эта технология теперь используется в сфере образования.

Объединив технологии цифровых двойников в реальном времени, инструменты многомодального взаимодействия и облачные платформы для совместной работы, мы создали вычислимую, интерактивную и отслеживаемую виртуальную среду обучения. Ниже компания Doitvision представит вам комплексное решение для 3D-светодиодных дисплеев.

Анализ требований

Сверхвысокоточная иммерсивная виртуально-реальная среда слияния

• Система отображения поддерживает сверхвысокое разрешение 8K + HDR10 + широкий цветовой охват.
• Он позволяет добиться бесшовной визуальной интеграции между виртуальными сценами и реальными средами с визуальным погружением ≥120°.
• Поддерживает круглосуточную автономную работу с интеллектуальной самодиагностикой неисправностей, такой как резервное резервирование и горячее переключение питания.
• Это может устранить необходимость периодической замены расходных материалов, а годовой уровень отказов составит ≤0.5%;
• Адаптивная регулировка яркости (0–1000 нит) позволяет адаптироваться к различным сценариям освещения, например, для дневного обучения и ночных научных исследований.
• Благодаря отклонению цветопередачи <2ΔE он может удовлетворить потребности в детальном отображении авиационной краски, различий в цвете компонентов и т. д.

Обзор полного процесса прототипа цифрового двойника

• Поддерживает импорт моделей в реальном времени и облегченную обработку из основных программ САПР, таких как CATIA V6R и SolidWorks.
• Он может сохранять структуру дерева проекта и ассоциации параметров;
• Предоставляет инструмент для полного обзора процесса, включающий в себя: пошаговое руководство – измерение – аннотацию – секционирование – обнаружение помех
• В режиме пошагового прохождения добавлены пользовательские режимы, такие как «вид из кабины от первого лица» и «следование по пути разборки компонентов».
• Точность измерений достигает ±0.1 мм, что отвечает требованиям многомерной проверки на этапах создания прототипа, образца и окончательной доработки самолета.

Мультимодальный интерактивный опыт от первого лица

• Объединяет в себе мультимодальное взаимодействие: отслеживание взгляда, тактильную обратную связь и голосовое управление. Отслеживание взгляда позволяет осуществлять «выбор по фокусу взгляда», а тактильные ручки имитируют физическую обратную связь, например, момент затяжки болтов и сопротивление при установке/извлечении кабеля. Голосовые команды поддерживают такие операции, как «увеличение обшивки крыла» и «скрытие гидравлических линий».
• Модуль редактирования сцены поддерживает «параметрическую настройку в реальном времени», такую ​​как изменение материала сидений кабины и регулировка углов лопаток двигателя,
• Он может автоматически генерировать записи корректировок, упрощая итерационные схемы обучения.

Высокоточная виртуальная сборка и обслуживание самолетов:

Создаёт виртуальную кабину самолёта в масштабе 1:1. Поддерживается полноценный сценарий «разборка и сборка компонентов – моделирование неисправностей – оценка процесса обслуживания», например, моделирование поиска и устранения неисправностей двигателя, вызванных помпажом, и обслуживания гидравлической системы шасси.

Моделирование мультифизической связи гибкого тела:

• Прорывает ограничения традиционного моделирования отдельных механических объектов.
• Он может реализовать мультифизическое моделирование сопряжения «гибкие кабели + жидкость + температура», например, моделирование изгибающей деформации кабелей в условиях большой высоты и низких температур, а также воздействие потока гидравлического масла на трубные соединения;
• Поддерживает обнаружение столкновений вогнутых и выпуклых многоугольников в реальном времени (время отклика <1 мс)
• Точность взаимодействия кабелей достигает 0.5 мм, что позволяет удовлетворить строгие требования к проектированию проводки в самолете и защите жгутов проводов.

Совместный кросс-терминальный просмотр и отображение

• Разрушение ограничений традиционной «единой точки зрения».
• поддерживает совместную работу нескольких устройств: «светодиодный экран + VR-гарнитура + планшетный терминал».
• Например, четыре преподавателя и ученика могут совместно собирать оборудование удаленно, используя гарнитуры, в то время как зрители могут просматривать «глобальный вид от третьего лица» или «вид от первого лица с любой гарнитуры» в режиме реального времени на светодиодном экране;
• Совместный процесс поддерживает «иерархические разрешения на операции».
• Он может автоматически записывать совместный процесс для удобства просмотра после занятия.

Разработка и расширение открытых приложений

Предоставляет интерфейсы API, которые могут подключаться к «облачной платформе обучения техническому обслуживанию воздушных судов» Администрации гражданской авиации.

Он может обеспечить интеграцию данных виртуального обучения с кредитной системой и системой сертификации навыков;

Встроенная поддержка стандартизированных учебных модулей, таких как

• осмотр кольца
• Техническое обслуживание шасси
• Резервирует пространство для разработки расширенных сценариев, таких как «инспекция с помощью дронов» и «симуляция сортировки багажа в аэропорту».

Строительство светодиодной дисплейной системы

Этот проект основан на технической архитектуре «Цифровой двойник + Виртуально-реальное слияние». Он разделён на 6 основных подсистем.

Имя подсистемы	Основная функция	Ключевое оборудование/технические моменты
Система светодиодных дисплеев с малым шагом	Вывод изображения с эффектом присутствия Ultra-HD, поддержка переключения режимов 3D/2D	Шаг пикселя 0.9375, разрешение 7680×2880, новая технология улучшения изображений на базе искусственного интеллекта
Система генерации графики	Многоузловой совместный рендеринг, поддержка 8K ultra-HD + моделирование многофизических полей	Процессор: Xeon W-3495, Видеокарта: RTX A6000, Память: 128 ГБ DDR5
Система отслеживания местоположения	Высокоточное отслеживание, поддерживает одновременное позиционирование нескольких целей	Точность отслеживания 0.1 мм, задержка <5 мс, поддерживает 30 целей одновременно
Система совместного отображения	Межтерминальное взаимодействие, позволяющее объединить «большой экран + шлем + планшет»	Новая технология отслеживания движения глаз + частота обновления 120 Гц в сочетании с Vive Tracker 3.0
Звуковая система	3D пространственные звуковые эффекты, воспроизводят звуки окружающей среды в кабине (например, шум двигателя, звуки радиосвязи)	Поддерживает Bluetooth 5.3, новую функцию шумоподавления окружающей среды
Программное обеспечение для управления графикой	Полная поддержка процессов импорта моделей, виртуального взаимодействия и управления данными	Новая облегченная модель ИИ, функция соединения с цифровыми двойниками данных

Светодиодный дисплей системы

Исходя из целей «практичности, надежности и прогресса» внесены следующие дополнения:

Интеллект: поддерживает самооптимизацию качества изображения на базе ИИ и интеллектуальное управление энергопотреблением;

Схема конструкции системы отображения

Основные параметры:

• Шаг пикселя: 0.9375;

• Размер дисплея: 7.2 м (Ш) × 2.7 м (В);

• Площадь дисплея: приблизительно 20 м2;

• Физическое разрешение: 7680 × 2880;

• Яркость: ≥0-1000 нит;

• Коэффициент контрастности: ≥10000:1;

• Цветовой охват: ≥99% DCI-P3;

• Степень защиты: ≥IP54. 3.2.4 Ключевые технологии светодиодной дисплейной системы

Мини-светодиод или COB-светодиод + технология улучшения изображения на основе ИИ

Использует светодиоды Mini LED или COB LED для управления яркостью на уровне пикселей, что улучшает воспроизведение деталей в темных сценах.

Встроенный чип качества изображения на базе ИИ поддерживает «динамическую оптимизацию контрастности» и «адаптивную насыщенность цвета», такие как автоматическое улучшение металлической текстуры обшивки самолета и текстуры лопаток двигателей.

Конструкция с двойным резервированием

Резервирование питания: 

Переключение двух источников питания с горячим резервированием; время переключения <10 мс в случае отказа одного источника питания, что гарантирует отсутствие черного экрана;

Избыточность сигнала:

 Использует двойные каналы; автоматическое переключение в случае прерывания сигнала обеспечивает бесперебойный совместный просмотр;

Точечная коррекция яркости и цвета с помощью ИИ

Традиционная точечная коррекция требует ручного управления. После обновления, благодаря использованию «видеокамеры с ИИ и алгоритма автоматической коррекции», время коррекции для экрана 20 м² сократилось с 8 до 1 часа с точностью коррекции ±0.5ΔE, что обеспечивает общую однородность цвета экрана более 98%.

Оптимизация для низкой яркости и высокого уровня серого:

Благодаря технологии управления частотой кадров поддерживается цветовая гамма 16384 даже при снижении яркости до 100 нит, что позволяет избежать «цветных полос» в ночных сценах и обеспечивает более тонкие градиентные эффекты для индикаторов на приборной панели.

Улучшения в области пылезащиты и антистатичности:

Печатная плата имеет наноконформное покрытие, степень защиты от пыли IP54 и антистатические свойства: контактный разряд ±8 кВ и воздушный разряд ±15 кВ. Подходит для использования в сухих условиях северных регионов.

Схема топологии системы 3D-дисплея

Выделенный сервер 3D-воспроизведения:

•  Сервер GPU с поддержкой вывода 3D-сигнала 8K 120 Гц;
• Процессор сшивки 3D-видео: поддерживает передачу сигналов 8K без потерь;
• Контроллер сигнала 3D-светодиода: поддерживает переключение двух 3D-режимов «активный затвор + поляризация», адаптируется к различным типам очков.

Принципы решения системы 3D-дисплея

Добавлена ​​функция «Синхронизация отслеживания взгляда»: благодаря отслеживанию взгляда поле зрения 3D-экрана корректируется в реальном времени, чтобы избежать «усталости глаз»;

Расширение источника 3D-сигнала:

Поддерживает двойной ввод данных: «3D-съемка реальных сцен, например, видео испытательных полетов самолетов, + 3D-модели, созданные с помощью ИИ, например, виртуальные сцены неисправностей», что позволяет удовлетворить различные потребности в обучении и научных исследованиях. Основные параметры системы отображения

Компьютерная и сетевая система

№	Параметр	Параметры
1	Частота обновления кадра монокуляра	120Hz
2	Частота обновления кадра на весь экран	240Hz
3	Частота обновления монокуляра	7680Hz
4	3D технологии	Активный затвор + поляризованный двойной режим
5	Технология синхронизации	Стандартный Wi-Fi 6E (задержка < 2 мс)
6	Визуальные особенности	Очки с отслеживанием движения глаз и инфракрасной зарядкой
7	Эффективное 3D-расстояние	1.5-15m
8	Диапазон углов обзора 3D	Г:170°; В:170°
9	Цветной Гамут	99% DCI-P3
10	Поддержка HDR	HDR10 +

Графическая рабочая станция

• Модель: Процессор: Intel Xeon W-3495 (36 ядер, 72 потока);
• Видеокарта: NVIDIA RTX A6000 (48 ГБ GDDR6);
• Память: 128 ГБ DDR5-5600;
• Жесткий диск: 2 ТБ NVMe SSD + 8 ТБ HDD; Карта синхронизации: NVIDIA Quadro Sync III; Поддержка одновременной работы 16 рабочих станций;
• Операционная система: Windows 11.

Преимущества:

• Одна рабочая станция может плавно визуализировать 8K 3D-сцены;
• Задержка многоузлового совместного рендеринга составляет <5 мс.
• Он способен удовлетворить требования к взаимодействию в реальном времени со сложными моделями самолетов.

Система отслеживания местоположения

Модернизация основного оборудования

Камера слежения:

Инфракрасное разрешение 2448×2048, частота кадров 240 кадров в секунду, точность отслеживания 0.1 мм, поддерживает одновременное отслеживание 30 целей;

Интерактивная ручка: добавлена ​​тактильная обратная связь, 6 программируемых кнопок, срок службы батареи 12 часов;

Отслеживаемая цель: легкая, вес <5 г, поддерживает отслеживание нескольких частей, таких как голова, руки, ноги и компоненты самолета;

Программного обеспечения:

Поддерживает компенсацию окклюзии ИИ: когда цель закрыта, отслеживание продолжается с помощью алгоритмов прогнозирования, чтобы избежать прерываний.

Расположение камеры

Четыре камеры ARTtrack6 распределены по четырем углам демонстрационной зоны, расширяя зону покрытия до 10 м × 8 м, гарантируя отсутствие слепых зон слежения во «всей зоне кабины + станции технического обслуживания»;

Добавлена ​​новая «нижняя камера», которая решает проблему помех при «смотре вниз для управления деталями», например, при отслеживании положения руки при разборке или сборке шасси.

Аудио системы

Оптимизация звуковых эффектов

№	Название оборудования	Параметры
1	Полнодиапазонный динамик	Частотная характеристика: 50 Гц–20 кГц, Чувствительность: 98 дБ, Мощность: 1500 Вт
2	Усилитель мощности	1500 Вт при 4 Ом, КПД: 92%
3	Аудио-микшер	32-канальный вход, поддержка Bluetooth 5.3, встроенный процессор эффектов
4	балансир	Отношение сигнал/шум > 100 дБ, Диапазон частот: 20 Гц–20 кГц
5	Проводной микрофон	С переключателем, более сильная защита от помех
6	Беспроводной микрофон	Диапазон УВЧ, дальность передачи: 100 м, помехоустойчивость (аналогично)

Добавлен «3D пространственный звуковой эффект»:

Создаёт «звуковое поле объёмного салона» с помощью 8 динамиков. Воссоздаёт шум двигателя, уборки и выпуска шасси, звуки радиопереговоров и т. д., усиливая эффект погружения;

Поддерживает «Предустановленные звуковые эффекты для сцен», такие как «Сцена технического обслуживания», «Сцена проверки».

Программное обеспечение для графического управления

Дополнения и оптимизации основных функций

Облегчение модели на основе ИИ:

Автоматически определяет ключевые детали сложных моделей, таких как лопатки двигателя, упрощает некритические конструкции, уменьшает размер модели на 70% при сохранении точности и загрузке менее чем за 30 с;

Интеграция данных цифрового двойника:

Поддерживает интеграцию с данными о работе воздушного судна в реальном времени, такими как расход топлива и частота вращения двигателя, синхронно отображая реальное состояние в виртуальной модели для удовлетворения потребностей в проверке научных исследований;

Совместимость с несколькими CAD-программами:

Добавляет поддержку последних версий SolidWorks 2025, CATIA V6R2025 и UG NX 2312, сохраняя дерево проектирования и связь параметров;

Виртуальная система оценки технического обслуживания:

Встроенный банк вопросов стандарта CCAR-145, автоматически подсчитывает баллы и создает отчеты об оценке;

Облачное сотрудничество:

Поддерживает удаленные группы, получающие доступ через браузер для совместного просмотра моделей, с задержкой <100 мс (на основе 5G/периферийных вычислений).

Система совместного отображения 

Гарнитура виртуальной реальности: разрешение 2448×2448 на каждый глаз, частота обновления 120 Гц, поддержка отслеживания глаз (точность 0.5°), отслеживание лица, время работы от аккумулятора 2.5 ч;

Tracker:

вес 35 г, можно прикрепить к частям самолета (например, моделям двигателей) для достижения точного совмещения «виртуальных частей и реальных жестов»;

Программное обеспечение для совместной работы:

Поддерживает одновременную совместную работу 4 человек, может обмениваться аннотациями 3D-моделей, записывать процесс совместной работы и экспортировать обзорные видеоролики в формате MP4.

Источник бесперебойного питания

Модель:

Три входа и три выхода, КПД 96%, поддержка «горячей» замены;

Аккумулятор:

 Литиевая батарея LiFePO4 12 В-100 Ач, срок службы 10 лет, поддерживает интеллектуальное управление зарядкой и разрядкой;

Время резервного копирования:

1 час при полной нагрузке, что соответствует требованиям по сохранению данных и нормальному завершению работы системы при отключении электроэнергии;

Интеллектуальные функции:

 Поддерживает удаленный мониторинг и автоматическое определение состояния аккумулятора.

Режимы применения системы

Интерактивный дисплей и презентация сверхвысокой четкости с эффектом погружения

Пользователи попадают в «виртуальное поле/кабину» через шлем, а система отслеживания взгляда позволяет «фокусироваться на взгляде для детального просмотра». Тактильные ручки позволяют пользователям «прикасаться» к деталям самолёта и ощущать их текстуру.

Светодиодный экран одновременно отображает «глобальную перспективу от третьего лица», а зрители могут переключиться на «перспективу любого пользователя от первого лица» с помощью планшетного терминала, что значительно повышает интерактивность.

Интеллектуальный обзор прототипов цифровых двойников

После импорта последней модели конструкции самолета ИИ автоматически генерирует «контрольный список проверки».

Удаленное сотрудничество нескольких команд:

Команда проектировщиков получает доступ к облаку и сотрудничает с преподавателями и студентами кампуса, чтобы аннотировать «предложения по оптимизации толщины обшивки крыла», причем аннотации синхронизируются со всеми терминалами в режиме реального времени.

Высокоточное виртуальное обучение сборке и обслуживанию

Имитирует ремонт неисправностей двигателя самолета:

 Реализован весь процесс: от выключения питания до разборки обтекателя, проверки датчиков, замены компонентов и тестирования при включении. При возникновении ошибок активируются голосовые подсказки.

После обучения создается «Отчет о возможностях технического обслуживания», включающий время работы, точность выполнения шагов и ключевые точки ошибок, и интегрируется с системой сертификации навыков технического обслуживания гражданской авиации.

Моделирование мультифизической связи гибких тел

Имитирует деформацию авиационных кабелей в условиях «большой высоты, низкой температуры (-50 ℃) + воздействия воздушного потока»:

Угол изгиба и натяжение кабеля рассчитываются в реальном времени, а также визуализируется «касание кабеля с высокотемпературными компонентами», что служит основой для проектирования проводки.

Совместная презентация и отчетность между терминалами

 Четыре преподавателя и ученика совместно выполняют задание «Сборка шасси самолета»:

1 человек отвечает за установку кронштейна, 2 человека отвечают за подключение гидравлических линий и 1 человек отвечает за испытания;

«Глобальный ход сборки» отображается на светодиодном экране, а зрители могут увеличить масштаб «Детали установки гидравлических соединений» на планшете. Преподаватели могут поставить на паузу и отметить «Неправильную последовательность установки» в конце.

Открытая разработка приложений

Интеграция с «облачной платформой интеллектуального обучения» Администрации гражданской авиации:

 Данные об обучении, пройденном студентами в виртуальной системе, автоматически синхронизируются с облачной платформой и используются в качестве основы для признания кредитов;

 Разработка модуля расширения «Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) для инспекции аэропортов»:

Доступ к имитационным моделям БПЛА через интерфейс API для достижения комплексного обучения «виртуальный БПЛА + реальная светодиодная сцена».

Графический дизайн-рендеринг

Требования к дизайну интерьера.

Условия окружающей среды

Температура: 18–25 °C, регулируется автоматически системой контроля температуры; Влажность: 40–60 % отн. вл., без конденсации; Чистота

Качество воздуха: класс ISO 8, частицы ≥0.5 мкм ≤100 000 на кубический метр, оборудован очистителем воздуха;

Период адаптации оборудования: 72 часа до монтажа для сокращения цикла строительства. 6.2 Требования к грунту:

Грузоподъемность: ≥300 кг/м2, подходит для тяжелого оборудования, такого как рабочие станции и шкафы с батареями ИБП;

Антистатический пол: толщина ≥30 мм, сопротивление 10^6-10^9 Ом, под полом проложен кабельный лоток «оптоволокно 25 Гбит/с + гигабитный сетевой кабель» для удобства обслуживания.

Требования к освещению:

• Используйте «светодиодные светильники с зональной регулировкой яркости»: яркость ≤50 люкс в зоне опыта (чтобы не влиять на 3D-эффект), яркость ≥300 люкс в рабочей зоне;
• Окна оборудованы «электрическими шторами-затемнителями + антибликовой пленкой», время срабатывания <10 с. 6.4 Электроснабжение и электропроводка
• Электропитание: двухконтурное 380 В/220 В, общая пиковая потребляемая мощность около 8 кВт;
• Расстояние между кабелями: расстояние между силовыми и низковольтными кабелями должно быть ≥80 см, чтобы избежать помех;
• Сигнальные кабели: оптоволоконные кабели для обеспечения передачи сигналов 8K без потерь.

Теплогенерация и охлаждение оборудования

Расчет выработки тепла:

Согласно формуле «Выработка тепла (БТЕ) ​​= Мощность оборудования (Вт) × 3.41», общая выработка тепла составляет приблизительно 27500 БТЕ;

Охлаждение: использует «канальное кондиционирование + локальное воздушное охлаждение», избегая прямого потока воздуха на светодиодный экран и автоматически регулируя поток воздуха посредством контроля температуры.

Список бюджета проекта:

№	Описание продукта и услуги	Модель/Конфигурация	Количество	Цена за единицу (¥)	Итого (¥)
I. Компьютерная система
1	Система графической рабочей станции	Xeon W-3495, RTX A6000, 128 ГБ DDR5, 2 ТБ NVMe + 8 ТБ HDD (с NVIDIA Quadro Sync III)	10
II. Светодиодная система отображения
2	Светодиодный экран	P0.9375 (7.2м×2.7м, 20㎡, 7680×2880)	1
3	Активное стереостекло		40
4	Активный стереоизлучатель		10
III. Звуковая система
5	Полнодиапазонный динамик		4
6	Усилитель мощности		2
7	Аудио-микшер		1
8	балансир		1
9	Проводной микрофон		4
10	Беспроводной микрофон		2
11	Кабельные принадлежности		1
IV. Программное обеспечение для управления графикой
12	MakeReal3D VSP 6.0		1
V. Система взаимодействия
13	Камера слежения		4
14	Контроллер УВД + программное обеспечение DTrack4.0		1
15	Ручка взаимодействия		1
16	Пассивное отслеживание цели		1
17	Гарантия и аксессуары	Гарантия 3 года, монтажные принадлежности	1
VI. Система совместного отображения
18	Стекло виртуальной реальности		4
19	Совместная рабочая станция	i9-14900K, RTX 4090, 64 ГБ DDR5, 2 ТБ NVMe	4
VII. Источник бесперебойного питания
20	В комплекте: аккумулятор LiFePO4 12 В, 100 А·ч (16 шт.), батарейный шкаф, соединительные кабели		1
VIII. Часть «Разработка контента»
21	Индивидуальная разработка кругового осмотра + виртуальная разборка + гибкая проводка		1
22	Стереодисплей для моделирования полета с поддержкой вывода сигнала 8K		1
23	Модель стереодисплея Облегчение модели + Разработка взаимодействия		1
Общая стоимость проекта