基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架的設(shè)計(jì)與研究

徐慧靖，胡小梅，張 翼

(上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200072)

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)[1-3]與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4-6]逐步應(yīng)用于人們的生活、工作、學(xué)習(xí)當(dāng)中，隨之出現(xiàn)的虛擬仿真平臺(tái)與傳統(tǒng)的虛擬仿真平臺(tái)相比發(fā)生了較大的變化。目前的虛擬仿真平臺(tái)框架[7]已經(jīng)不能完全適用于現(xiàn)有的虛擬仿真平臺(tái)，為此，提出了一個(gè)具有通用性、多技術(shù)集成、可擴(kuò)展性的基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架。首先對(duì)所提出框架的相關(guān)工作進(jìn)行詳細(xì)描述；然后對(duì)框架的特征進(jìn)行介紹并基于語(yǔ)義將框架分為6個(gè)層次；再以相關(guān)案例對(duì)該框架進(jìn)行應(yīng)用和驗(yàn)證；最后得出相應(yīng)的結(jié)論。

1 相關(guān)工作

從20世紀(jì)90年代以來(lái)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬和仿真已經(jīng)成為科學(xué)和工程等眾多領(lǐng)域內(nèi)解決問(wèn)題的主流方法，與理論分析、實(shí)驗(yàn)研究一起成為科學(xué)研究的三大支柱方法之一[8]。虛擬仿真是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感設(shè)備等構(gòu)成的人工信息虛擬環(huán)境，可以在計(jì)算機(jī)中逼真地模擬出現(xiàn)實(shí)世界中存在的事物以及創(chuàng)造出現(xiàn)實(shí)世界中不存在的事物。虛擬仿真涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、可視化顯示技術(shù)、傳感技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。虛擬仿真的應(yīng)用可以極大地節(jié)約社會(huì)資源，縮短研究、生產(chǎn)等方面的周期。

虛擬仿真平臺(tái)是以虛擬仿真軟件為核心，結(jié)合相關(guān)的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)虛擬物體創(chuàng)建以及仿真的系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，建立虛擬仿真平臺(tái)所采用的技術(shù)方法有：

(1)基于美國(guó)NI公司圖形化編程語(yǔ)言的LabVIEW的動(dòng)態(tài)顯示功能和Matlab/Simulink仿真開(kāi)發(fā)工具構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)[9]。

(2)通過(guò).NET技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)，構(gòu)建基于Web的虛擬仿真平臺(tái)[10]。

(3)運(yùn)用VRML建模語(yǔ)言構(gòu)建具有動(dòng)態(tài)性、交互性的三維虛擬仿真場(chǎng)景的虛擬仿真平臺(tái)[11]。

近年來(lái)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高速發(fā)展，虛擬仿真平臺(tái)也隨著這些技術(shù)的發(fā)展而不斷產(chǎn)生新的應(yīng)用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景信息等疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的增強(qiáng)[12]?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛擬仿真平臺(tái)有：運(yùn)用谷歌公司的可穿戴式的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備—谷歌眼鏡(Google Glasses)，可與谷歌強(qiáng)大的分布式搜索引擎對(duì)接[13]，并借助谷歌提供的軟件開(kāi)發(fā)包，構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)；美國(guó)高通(Qualcomm)公司研發(fā)的Vuforia，是一套專業(yè)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件開(kāi)發(fā)包，通過(guò)與Unity 3D引擎結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)物理、化學(xué)、工程、醫(yī)療等多領(lǐng)域的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[14]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠利用計(jì)算機(jī)生成一種多源信息融合的、三維的、可交互的動(dòng)態(tài)實(shí)景，提供使用者視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多感官的模擬，給使用者身臨其境的體驗(yàn)[15]。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬仿真平臺(tái)有：日本的Sonoda等研制的模擬電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，提供了和真實(shí)場(chǎng)地同尺寸的虛擬空間，應(yīng)用三維立體顯示技術(shù)制作了大量三維模型和用戶界面，使得培訓(xùn)人員能夠像在真實(shí)環(huán)境中一樣完成操作培訓(xùn)[16]；法國(guó)標(biāo)致雪鐵龍(PSA)公司利用CAVE系統(tǒng)、被動(dòng)式單通道立體投影系統(tǒng)、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、力反饋系統(tǒng)等，構(gòu)建工業(yè)虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)行汽車(chē)設(shè)計(jì)的檢視、虛擬裝配等[17]。

2 基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架的設(shè)計(jì)與研究

2.1 基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架的特征

文中提出的基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架是一個(gè)虛擬仿真平臺(tái)的高層結(jié)構(gòu)，高度抽象，超越了算法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基本著眼點(diǎn)在于虛擬仿真平臺(tái)框架和需求與實(shí)現(xiàn)之間的交互，是一個(gè)用于理解系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)的框架結(jié)構(gòu)。該框架具有以下幾點(diǎn)特征：

(1)通用性：媒體類型上，框架能夠展示文本、圖形、圖像、聲音、觸覺(jué)等多媒體信息，對(duì)于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的信息基本上都可以使用，而非只能使用特定領(lǐng)域的信息。應(yīng)用對(duì)象上，該框架適用于大多虛擬仿真平臺(tái)，由于框架采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于傳統(tǒng)的虛擬仿真平臺(tái)、現(xiàn)階段較為流行的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)以及未來(lái)出現(xiàn)的虛擬仿真平臺(tái)都有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

(2)多技術(shù)集成：目前的虛擬仿真平臺(tái)使用的技術(shù)系統(tǒng)是多樣化的，單一技術(shù)系統(tǒng)的框架難以適用于當(dāng)前的發(fā)展。該框架集成多種技術(shù)系統(tǒng)，從用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)信息輸入操作到獲取計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息這一過(guò)程中，采用人機(jī)交互、協(xié)同、可視化顯示等多技術(shù)集成，共同搭建出一個(gè)通用的虛擬仿真平臺(tái)的框架。

(3)可擴(kuò)展性：在如今的信息化時(shí)代，虛擬仿真平臺(tái)的信息量逐漸增加，信息的展示方式也不盡相同，任何框架都無(wú)法預(yù)測(cè)到未來(lái)所有的變化。該框架具有可擴(kuò)展性，通過(guò)對(duì)每一層次增加新的構(gòu)件模塊，可以實(shí)現(xiàn)每一層次的功能與實(shí)現(xiàn)方式的可擴(kuò)展性，并且這種方式不會(huì)改變框架的整體結(jié)構(gòu)。

(4)個(gè)性化：虛擬仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)者可針對(duì)自身的具體需求，利用該框架搭建出不同的虛擬仿真平臺(tái)，以滿足特定領(lǐng)域的需求。

2.2 基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架的層次結(jié)構(gòu)

基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架是滿足各種不同類型的虛擬仿真平臺(tái)的系統(tǒng)集成框架，能夠支持圖、文、聲、觸感等不同類型媒體的通用信息的集合，并且通過(guò)擴(kuò)展方式不斷集成新的技術(shù)。根據(jù)以上要求，文中提出的框架如圖1所示。整個(gè)框架結(jié)構(gòu)根據(jù)語(yǔ)義分為6個(gè)層次，分別為應(yīng)用對(duì)象層、人機(jī)交互層、解釋層、語(yǔ)法層、映射層以及虛擬空間層，并通過(guò)語(yǔ)義模型逐層地提取語(yǔ)義信息。

圖1 基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架

2.2.1 應(yīng)用對(duì)象層

應(yīng)用對(duì)象層包含的是用戶，具體而言，是指虛擬仿真平臺(tái)的使用者。使用者日益增長(zhǎng)的新需求是推動(dòng)虛擬仿真平臺(tái)發(fā)展的根本動(dòng)力，任何虛擬仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與使用都必須滿足使用者的要求。在該框架中，用戶通過(guò)人機(jī)交互層實(shí)現(xiàn)與虛擬仿真平臺(tái)之間的交互，用戶的語(yǔ)義信息，如文字、手勢(shì)位姿、視點(diǎn)改變等通過(guò)人機(jī)交互層的輸入設(shè)備傳達(dá)給虛擬仿真平臺(tái)，通過(guò)輸出設(shè)備接受虛擬仿真平臺(tái)的語(yǔ)義信息，如圖像、圖形、文字、音頻、觸感等信息。

2.2.2 人機(jī)交互層

人機(jī)交互層包含輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備。輸入設(shè)備是用于獲取用戶語(yǔ)義信息，并將其傳輸?shù)浇忉寣舆M(jìn)行數(shù)據(jù)處理。輸出設(shè)備是為用戶提供計(jì)算機(jī)語(yǔ)義信息，能夠?qū)⒔?jīng)由解釋層中場(chǎng)景繪制的計(jì)算機(jī)語(yǔ)義以用戶便于獲取的方式提供給用戶。輸入和輸出設(shè)備大體上可分為接觸式和非接觸式兩類。

(1)接觸式設(shè)備。

接觸式輸入設(shè)備是人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展以來(lái)應(yīng)用最多、發(fā)展最久的人機(jī)交互設(shè)備。最常用的接觸式輸入設(shè)備有鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、手寫(xiě)板、控制桿等。隨著智能手機(jī)的普及以及大屏、多屏?xí)r代的到來(lái)，觸摸屏、光筆等也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐步的發(fā)展使得常規(guī)的接觸式輸入設(shè)備無(wú)法滿足相應(yīng)的需求，數(shù)據(jù)手套、磁定位跟蹤器等設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。

接觸式輸出設(shè)備較多地應(yīng)用在聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)上的計(jì)算機(jī)語(yǔ)義信息輸出。聽(tīng)覺(jué)上，接觸式輸出設(shè)備主要為耳麥、耳機(jī)等各種音頻輸出設(shè)備。觸覺(jué)上，接觸式輸出設(shè)備主要為觸覺(jué)、力反饋器，例如用觸覺(jué)、力反饋器獲取用戶的移動(dòng)語(yǔ)義來(lái)移動(dòng)虛擬環(huán)境中的虛擬物體時(shí)，當(dāng)碰到障礙物，觸覺(jué)、力反饋器會(huì)直接通過(guò)觸覺(jué)反饋出碰撞信息，實(shí)現(xiàn)真實(shí)、自然的人機(jī)交互。

(2)非接觸式設(shè)備。

非接觸式輸入設(shè)備在日常生活中也會(huì)經(jīng)常接觸到，常見(jiàn)的有話筒、攝像設(shè)備、掃描儀等。為了提高用戶語(yǔ)義的輸入效率以及考慮到部分殘障人士無(wú)法利用接觸式輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交互，眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng)近年來(lái)逐漸成為非接觸式輸入設(shè)備的研究熱點(diǎn)。伴隨著大場(chǎng)景下的虛擬仿真以及智能空間中實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，空間跟蹤定位系統(tǒng)等新一代的非接觸式輸入設(shè)備得到了極大的發(fā)展。

非接觸式輸出設(shè)備最常應(yīng)用于視覺(jué)以及聽(tīng)覺(jué)上的計(jì)算機(jī)語(yǔ)義信息輸出。聽(tīng)覺(jué)上，非接觸式輸出設(shè)備有音響、功放等各種音頻輸出設(shè)備。由于用戶通過(guò)視覺(jué)能夠獲取更多以及更直觀的信息，因此大多數(shù)研究者致力于研究視覺(jué)上的非接觸式輸出設(shè)備，關(guān)于此類的輸出設(shè)備有顯示器、移動(dòng)智能終端的顯示屏以及主、被動(dòng)投影儀等，硬件的集成化、多功能化、模塊化以及軟件的快速發(fā)展促進(jìn)了顯示內(nèi)容由以前的文字、二維圖形、圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S圖形、立體圖像等。

2.2.3 解釋層

解釋層是將用戶語(yǔ)義解釋為計(jì)算機(jī)語(yǔ)義或?qū)⒂?jì)算機(jī)語(yǔ)義解釋為用戶語(yǔ)義，包含數(shù)據(jù)提取、特征識(shí)別以及場(chǎng)景繪制，數(shù)據(jù)提取、特征識(shí)別用于將用戶語(yǔ)義轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語(yǔ)義，場(chǎng)景繪制用于將計(jì)算機(jī)語(yǔ)義轉(zhuǎn)換為用戶語(yǔ)義。

數(shù)據(jù)提取是對(duì)人機(jī)交互設(shè)備中輸入設(shè)備所獲取的原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選和提取，以此獲取有效的數(shù)據(jù)信息。例如，用戶用數(shù)據(jù)手套獲取的原始手勢(shì)數(shù)據(jù)信息中，即有抓取、移動(dòng)等有效的數(shù)據(jù)信息，也有大量的用戶無(wú)意識(shí)的數(shù)據(jù)信息。特征識(shí)別是對(duì)經(jīng)由數(shù)據(jù)提取后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和識(shí)別，提取出其中能夠表示信息本質(zhì)的特征。例如，先通過(guò)數(shù)據(jù)提取獲得抓取、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等有效信息，再進(jìn)行特征識(shí)別獲得在虛擬環(huán)境中虛擬物體的具體操作。數(shù)據(jù)提取和特征識(shí)別都是用于對(duì)原始數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理和歸納，從而加快虛擬仿真平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理速度，避免服務(wù)器對(duì)無(wú)用的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和運(yùn)算而占用過(guò)多的內(nèi)存。

場(chǎng)景繪制用于對(duì)映射層中進(jìn)行視圖映射和音頻映射的視圖對(duì)象和音頻對(duì)象實(shí)現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景內(nèi)的具體描述，通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備中的輸出設(shè)備傳達(dá)給用戶。場(chǎng)景繪制既可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前虛擬場(chǎng)景的修改，也可以實(shí)現(xiàn)新的虛擬場(chǎng)景的創(chuàng)建。

2.2.4 語(yǔ)法層

語(yǔ)法層是利用算法將解釋層中由數(shù)據(jù)提取和特征識(shí)別后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為能夠映射的模式和結(jié)構(gòu)。語(yǔ)法層是將用戶語(yǔ)義轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語(yǔ)義的核心步驟，主要包含交互算法以及協(xié)同算法。

(1)交互算法。

交互算法是人機(jī)交互技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容，任何人機(jī)交互操作都必須以交互算法為依托。如圖2所示，交互算法就是將用戶語(yǔ)義，例如移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語(yǔ)義，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真平臺(tái)中虛擬對(duì)象的移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等。優(yōu)化的交互算法能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與虛擬仿真平臺(tái)之間實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的、自然的交互。

圖2 交互算法演化

(2)協(xié)同算法。

協(xié)同算法是虛擬仿真平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同操作的關(guān)鍵技術(shù)。在虛擬仿真平臺(tái)中，運(yùn)用協(xié)同算法，能夠?qū)⒍嘤脩粲行У芈?lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)共同操作。如圖3所示，多用戶可以利用協(xié)同算法實(shí)現(xiàn)非交叉式的共同協(xié)作，當(dāng)某一用戶對(duì)虛擬仿真平臺(tái)中的某一模塊進(jìn)行操作時(shí)，其他用戶無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)同一模塊的操作，保證模塊的唯一操作性以及虛擬仿真平臺(tái)的安全性、有序性。

圖3 協(xié)同算法演化

2.2.5 映射層

映射層是用于將語(yǔ)法層處理后的屬性、結(jié)構(gòu)、模式等結(jié)合虛擬空間層中的底層數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視圖對(duì)象以及音頻對(duì)象的映射。映射層根據(jù)映射對(duì)象的不同，可以分為視圖映射和音頻映射。用戶語(yǔ)義經(jīng)過(guò)人機(jī)交互層、解釋層以及語(yǔ)法層處理后生成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)義通過(guò)映射，將虛擬空間中的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換。

2.2.6 虛擬空間層

虛擬空間層包含底層數(shù)據(jù)，是通過(guò)映射層實(shí)現(xiàn)映射的虛擬對(duì)象。底層數(shù)據(jù)一部分是虛擬仿真平臺(tái)所自帶的原始數(shù)據(jù)，另一部分是通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備中的輸入設(shè)備將底層數(shù)據(jù)輸入到虛擬仿真平臺(tái)中。底層數(shù)據(jù)是所有類型原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱，包含文本數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)等。底層數(shù)據(jù)是用戶的具體操作對(duì)象，是虛擬仿真平臺(tái)的重要載體。

3 應(yīng)用案例

按照文中提出的基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一款基于C/S架構(gòu)并采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)。該虛擬仿真平臺(tái)搭載于移動(dòng)智能終端中，如圖4所示。該平臺(tái)為用戶提供FANUC機(jī)器人的基本信息示教，例如，介紹基本參數(shù)信息、關(guān)鍵軸的運(yùn)動(dòng)、重要部件的拆分等功能。

圖4 FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)演示圖

在該虛擬仿真平臺(tái)中，依照提出的基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架，可以進(jìn)行以下分析：

應(yīng)用對(duì)象層中，用戶是指FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)的使用者。

人機(jī)交互層中，輸入設(shè)備是移動(dòng)智能終端的觸摸屏，用戶通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)虛擬仿真平臺(tái)具體功能的響應(yīng)。輸出設(shè)備是移動(dòng)智能終端，移動(dòng)智能終端的顯示屏可以顯示文字、圖形、圖像等數(shù)據(jù)信息，移動(dòng)智能終端的音響可以展示音頻信息。

解釋層中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)提取以及特征識(shí)別的有模型的尺寸大小、轉(zhuǎn)動(dòng)速度等，進(jìn)行場(chǎng)景繪制的是電機(jī)的拆分、機(jī)械腕的拆分、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、具體細(xì)節(jié)的音頻提醒等。

語(yǔ)法層中，所運(yùn)用的虛擬仿真平臺(tái)引擎為Unity引擎。語(yǔ)法層中的交互算法是通過(guò)在Unity引擎中編輯C#腳本實(shí)現(xiàn)按鈕響應(yīng)，并將交互算法封裝于FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)中。現(xiàn)階段設(shè)計(jì)的虛擬仿真平臺(tái)沒(méi)有涉及到協(xié)同部分，接下來(lái)的工作要實(shí)現(xiàn)人—機(jī)協(xié)同以及人—人協(xié)同。人—機(jī)協(xié)同是實(shí)現(xiàn)通過(guò)操作虛擬仿真平臺(tái)中模型的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)真實(shí)世界中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，人—人協(xié)同是實(shí)現(xiàn)多用戶通過(guò)多部移動(dòng)智能終端共同實(shí)現(xiàn)某一操作。

映射層中，需要對(duì)文字顯示、模型拆分等視圖信息進(jìn)行視圖映射，對(duì)音頻提示信息進(jìn)行音頻映射。

虛擬空間層中，底層數(shù)據(jù)包含Unity引擎中自帶的原始數(shù)據(jù)信息，例如字體的顏色、按鈕的形狀等；也包含導(dǎo)入U(xiǎn)nity引擎的數(shù)據(jù)信息，例如模型數(shù)據(jù)信息通過(guò)3ds Max軟件進(jìn)行繪制，再導(dǎo)入到Unity引擎中。底層數(shù)據(jù)通過(guò)Unity引擎封裝于FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬仿真平臺(tái)也在不斷發(fā)展，在虛擬仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)和使用中，都需要通用的虛擬仿真平臺(tái)框架。對(duì)基于語(yǔ)義的虛擬仿真平臺(tái)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，介紹分析了框架的特征，并將框架內(nèi)容分為6個(gè)層次，對(duì)所劃分的應(yīng)用對(duì)象層、人機(jī)交互層、解釋層、語(yǔ)法層、映射層以及虛擬空間層進(jìn)行詳細(xì)介紹。再以FANUC機(jī)器人示教虛擬仿真平臺(tái)這一案例對(duì)所提出的框架進(jìn)行驗(yàn)證。在該框架的基礎(chǔ)上，未來(lái)的研究重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)框架中各層次的特殊模塊，進(jìn)一步增強(qiáng)框架的通用性以及適應(yīng)性。