虛擬現實技術與應用

楊 洋

（沈陽職業技術學院,沈陽 110045）

虛擬現實技術與應用

楊 洋

（沈陽職業技術學院,沈陽 110045）

隨著21世紀科技的飛速發展，虛擬現實技術迅速興起，很多科研人員對這項技術充滿了熱情，越來越多的科研人員投身這個科學研究領域，致力于虛擬現實技術的研究、開發及應用推廣，成為當今世界的一個熱門話題。虛擬現實技術給人視覺上的娛樂享受，現在還廣泛應用于一些工程項目預演、人員培訓。

虛擬現實；三維建模；視景仿真

1 虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR），又稱為靈境技術，主要通過對虛擬環境的數字化建立，給人的視覺構造一個虛擬的“真實場景”，讓人能有超強的沉浸感，通過一些輸入設備，檢測人體運動的關鍵動作，作為指令，與虛擬環境時時的互動，讓人有種身臨其境的感覺。

虛擬現實技術還有一項重要的學術名稱，叫視景仿真技術，視景仿真采用計算機圖形圖像技術，根據仿真的目的，構造仿真對象的三維模型或再現真實的環境，達到非常逼真的仿真效果，實現用戶與該環境直接進行自然交互。從而達到工程預演、人員培訓的目的，，讓所有的工程項目可以未卜先知，有方向有條理的進行，同時也廣泛應用于娛樂與游戲行業。

2 虛擬現實關鍵技術

虛擬現實是在計算機圖形學，圖像處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感技術、語音處理與音響技術、網絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統等信息技術的基礎上發展起來的，是這些技術更高層次的集成和滲透。主要的技術包括：

（1）動態環境建模技術。它是虛擬現實技術一個核心部分，利用動態建模技術獲取現實環境的三維數據，并根據實際的需要，建立相應的虛擬環境模型。

（2）實時三維圖像生成技術。為了達到實時的目的，在不降低圖像的質量的前提下，提高刷新頻率是技術的關鍵，必須保證圖像的刷新頻率不低于每秒15幀，最好高于30幀。

（3）立體顯示和傳感器技術。這是實現人機交互的一個必不可少的條件、傳輸介質。虛擬現實技術主要依賴于立體顯示和傳感器技術，立體顯示技術涉及到人眼原來技術以及在計算機深度線索技術。現有的立體顯示物理設備如頭盔顯示器、單目鏡及可移動視覺顯示器、光學顯示器，還存在很多的缺陷；傳感器設備安全性、可靠性、精確性等相關的性能有待提高。

（4）應用系統開發工具。為了提高虛擬現實技術的開發時間，必須要面向應用，研究相應的開發工具。目前，常用的虛擬現實開發工具VRT，是個可視化平臺具有較高的交互性和網絡出了能力；CG2公司的VTree是實時三維圖形開發軟件包可以實現仿真、實時場景生成等應用。

（5）多種系統集成技術。虛擬現實技術最終集成是必然的，包含大量表達信息模型，必須根據設計意圖合理組合。集成技術主要包括信息的同步、數據轉換、模式識別與合成等技術。

3 虛擬現實技術發展簡介

（1）VR技術的發展大致分為3個階段：①20世紀50年代到70年代末，是VR 技術的探索階段；②20世紀80年代初期到80年代中期，是VR技術系統化、從實驗室走向實用的階段；③20世紀80年代末期到達21世紀初，是VR技術高速發展的階段。

（2）國外研究現狀：1）美國是VR技術的發源地。美國VR研究技術的水平基本上就代表國際VR技術發展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面；2）英國在VR技術的研究與開發的某些方面，如分布式并行處理、輔助設備（觸覺反聵設備等）設計、應用研究等方面，在歐洲是領先的；3）在德國，主要從事虛擬世界的感知、虛擬環境的控制和顯示、機器人遠程控制、VR在空間領域的應用、宇航員的訓練、分子結構的模擬研究等；3）日本主要致力于建立大規模VR知識庫的研究，另外在VR游戲方面的研究也做了很多的工作 。

（3）國內研究現狀：1）清華大學對虛擬現實及其臨場感等方面進行了大量的研究；2）北京科技大學成功開發出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統；3）北京航空航天大學開發了直升飛機虛擬仿真器、坦克虛擬住仿真器、虛擬戰場環境觀察器、計算機兵力生成器。

4 虛擬現實技術的主要應用領域

（1）虛擬現實技術一個主要應用時用于軍事方面的聯合演習，包括對各個兵種培訓，能夠在短時間提升軍隊整體協調性，并且節省大量軍費開支，具體的應用實例：虛擬戰場模擬，多軍種培訓與聯合演習，指揮軍官的策略的培訓。

（2）礦井的關鍵大型設備的模擬加工與制造，對于礦井人員的培訓，礦井等方面多發事故場所模擬等等方面也逐漸有了應用。因為礦井屬于災難多發區，對于技術人員和相關設備具有很高的要求，并且一定要對施工項目進行預先的模擬與判斷，盡量減少事故的發生，具有非常重要的意義，具體應用實例：礦井設備礦井設備的虛擬設計和制造與模擬采礦，礦井的安全隱患的模擬，礦井作業的預演與相關人員的培訓。

（3）再就是在娛樂與游戲中的應用，是虛擬現實技術應用最熱門的領域，人們在追求物質生活的同時，對這種娛樂的感官享受越來越追求，所以在游戲和娛樂中的虛擬現實技術，是以后發展的重要方向，也是主流方向。現在一些虛擬現實技術的應用的實例：杭州大學開發的虛擬故官游玩系統，日本松下公司的“虛擬餐廳”。

5 結語

虛擬現實技術，簡單的說就是給你的眼睛建立了一個虛擬的世界，通過一些傳感器將你肢體互動的動作，輸入到虛擬的世界中，實現你在虛擬場景中的各項操作。虛擬現實技術，應用在各行各業，都有一個突出的優點，就是能夠簡便的對各種事件的模擬，盡量減少實際操作的失誤，對于裝備制造，大型工程項目的施工，具有很強的實際意義。在娛樂與游戲方面，虛擬現實技術，實現了人與游戲，實景的真實互動，讓你有種身臨其境的感覺，是虛擬現實技術發展的一個非常迅速與熱門的方向。

[1]朱方文,龔振邦.虛擬現實技術及其主要產品[J].機電一體化,1998(02).

[2]魏鋒.虛擬現實技術及其在煤礦中的應用[J].山西科技,2005(04).

[3]李紅巖,張忠華.虛擬現實技術在Web課件中的應用[J].中國醫學教育技術,2005(06).

楊洋（1982—），女，碩士研究生，講師。