在2080年，三分之一的欧洲人口将到达65岁或更高年龄。对于工业4.0道路上的智能工厂来说，这意味着仅仅拥有一个“良好”的工作场所是不够的，其设计应该预见到维护操作员的身体健康安全。因此，现代制造业工作场所的工作环境必须考虑到最佳的生产率和质量输出，同时为工人提供一个安全的环境。
这也是为什么在工业设计过程中必须融入人为因素和人机工程学的主要原因，以创建符合人体工程学的工作站。其他用例可以从设计中人为因素的集成中受益，尤其是当您想要设计一个新产品或由人运行的生产线时。
虚拟现实是呈现精确的以人为中心的设计的最佳技术之一。但是，根据您的使用情况，现实中存在着不同的方法来重新创建人为因素。你应该跟踪一个真实操作者的动作，还是用算法模拟他们？在本文中，我们将为大家介绍什么是虚拟现实中的人为因素，并带领大家了解为什么应该依靠虚拟人体模型和/或将跟踪设备与VR技术相结合，以获得符合人体工程学的工作站。
良好的人体工程学和人的因素在设计过程中的重要性
在沉浸式虚拟现实的帮助下设计的制造工作场所为行业提供了几个优势:
l 节省成本，虚拟现实技术的投入使得你不再需要昂贵的物理原型
l 节省时间和资源，现在您可以测试许多不同的配置以节省时间和资源
然而，设计高效的工作站还有其他重要的要求。在三维模型或虚拟现实体验中分析身体姿势和行程是了解工人面临潜在风险的重要方式。一些错误的动作可能会对操作者的健康带来不利影响。因此工作站人机工程学需要整合人为因素，以减少工人的不适和疲劳。
人体工程学研究的目标是为操作者或消费者提供一个安全有效的操作环境。帮助它们调整处理工具、机器、环境和操作条件，并同时考虑操作中的人为因素。借助交互式虚拟现实工具，设计师现在可以在真实的环境中了解如何满足安全性和易用性的各种要求。
虚拟现实是一种计算机生成的环境，它为用户创建了一种完全沉浸式的体验，通常使用独立的VR头戴式设备或连接到强大计算机的巨幅显示器上。在工业环境中，虚拟体验旨在重建现实世界，并使用户能够与代表产品、机器或工厂的虚拟对象进行交互。在工作场所或大型产品的虚拟现实模拟中将帮助您：
l 管理机器或工作站设计的安全和健康要求
l 测试仪表板不同命令的可达性（对于汽车或飞机驾驶舱）
l 通过跟踪用户的身体来预测新产品的人体工程学
现在，有两种方法将人为因素整合在3D设计中。您可以使用算法和虚拟人体模型来完全模拟虚拟环境中的操作员，或者使用来自跟踪系统的真实数据并使用它来创建虚拟操作员。使这两种方法中的任意一种（或两者都用）将完全取决于您的用例.
使用虚拟人体模型进行人体工程学设计研究
在某些情况下，即使在虚拟世界中，结合虚拟现实系统和跟踪系统也不是非常有效。例如，可穿戴设备会限制或干扰工人的自然运动。因此，为了准确预测人体的三维姿态，您可以使用虚拟人体模型。
例如，使用TechViz虚拟人体模型，您可以:
l 直接在3D模型中可视化人体模型
l 定义虚拟角色的形态
l 使用手柄移动和操纵人体模型
l 限制操作员的移动以符合您的要求
l 快速配置和切换不同的基本姿势
因为TechViz虚拟人体模型不依赖于人工输入，所以它允许您自动测试任意多的配置。这意味着数据将只取决于使用的算法，而不是用户输入或使用的硬件（无论您的虚拟现实头戴式显示器是Oculus Rift、HTC Vive还是三星Gear VR）。
在受约束的环境（例如工厂）中，对于复杂的3D姿态，人体模型可能缺乏精确性。虚拟人体模型是理想的模拟“人机”交互的多种配置并将限制工效学评估的成本。它们允许您在不威胁操作员健康的情况下测试危险情况，这可能是身体跟踪系统所无法做到的。
监控身体姿势的跟踪系统
运动跟踪系统是一种旨在收集虚拟现实用户的活动信息的设备。在智能工厂的背景下，它们成为了测量人机工程学和人为因素的优秀评估工具。在实际应用中运动控制器会记录工人在生产和装配过程中的动作。然后工程师可以沉浸在他们的数据中通过使用虚拟现实技术从生产和人体工程学的角度对工人的动作进行分析以找到更适合工人操作的工作场所设置。
目前有几种可穿戴设备可以添加到增强和虚拟系统中，这取决于您想要监控的运动。最常见的跟踪技术有：
l 全身跟踪
l 手部跟踪
l 手指跟踪
l 眼球追踪
在工业环境中运动捕捉技术的集成是近些年才开始采用的技术。这些解决方案通常比较昂贵，并且需要细致和耗时的程序来设置。然而，运动追踪系统能够更为精确的记录操作员执行复杂且非重复性任务时的各种精细动作。工人的亲身经历和身体健康对于使用虚拟现实技术进行虚拟培训的运营商来说是必不可少的。这就是为什么身体跟踪设备和虚拟现实技术的结合将成为为工人创造健康工作环境的重要系统。
当然还有其他一些有趣的用例涉及到人体跟踪系统和虚拟现实技术，比如设计大型产品（如飞机发动机、船舶甲板等）。通过反映用户在虚拟现实中的动作，可操作性、组装和维护操作可以从产品概念的最早阶段开始测试，这将有助于工人有效避免因操作失误所带来的成本增加风险。
TechViz是一个面向工程师的增强、虚拟现实软件。非常适合处理CAD数据可视化和大型3D模型可视化项目。它兼容各种一体化HMD、独立虚拟现实头显，或任何基于投影的虚拟现实系统（如CAVE或PowerWall和虚拟现实眼镜等）。TechViz支持超过200种CAD应用程序。可用于搭配可穿戴技术运动追踪或传感显示器等设备，以增强用户的虚拟现实体验，比如TEA、ART、Xsens或Teslasuit等身体跟踪套装。此外TechViz软件还提供其他人体集成功能，如虚拟人体模型，以帮助您自动运行身体姿势模拟。
