虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用

楊 洋

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,沈陽 110045）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用

楊 洋

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,沈陽 110045）

隨著21世紀(jì)科技的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)迅速興起，很多科研人員對這項(xiàng)技術(shù)充滿了熱情，越來越多的科研人員投身這個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域，致力于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究、開發(fā)及應(yīng)用推廣，成為當(dāng)今世界的一個(gè)熱門話題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給人視覺上的娛樂享受，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于一些工程項(xiàng)目預(yù)演、人員培訓(xùn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)；三維建模；視景仿真

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR），又稱為靈境技術(shù)，主要通過對虛擬環(huán)境的數(shù)字化建立，給人的視覺構(gòu)造一個(gè)虛擬的“真實(shí)場景”，讓人能有超強(qiáng)的沉浸感，通過一些輸入設(shè)備，檢測人體運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵動(dòng)作，作為指令，與虛擬環(huán)境時(shí)時(shí)的互動(dòng)，讓人有種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還有一項(xiàng)重要的學(xué)術(shù)名稱，叫視景仿真技術(shù)，視景仿真采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)，根據(jù)仿真的目的，構(gòu)造仿真對象的三維模型或再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，達(dá)到非常逼真的仿真效果，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。從而達(dá)到工程預(yù)演、人員培訓(xùn)的目的，，讓所有的工程項(xiàng)目可以未卜先知，有方向有條理的進(jìn)行，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于娛樂與游戲行業(yè)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，圖像處理與模式識別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是這些技術(shù)更高層次的集成和滲透。主要的技術(shù)包括：

（1）動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。它是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一個(gè)核心部分，利用動(dòng)態(tài)建模技術(shù)獲取現(xiàn)實(shí)環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際的需要，建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

（2）實(shí)時(shí)三維圖像生成技術(shù)。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，在不降低圖像的質(zhì)量的前提下，提高刷新頻率是技術(shù)的關(guān)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(shù)。這是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的一個(gè)必不可少的條件、傳輸介質(zhì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)，立體顯示技術(shù)涉及到人眼原來技術(shù)以及在計(jì)算機(jī)深度線索技術(shù)。現(xiàn)有的立體顯示物理設(shè)備如頭盔顯示器、單目鏡及可移動(dòng)視覺顯示器、光學(xué)顯示器，還存在很多的缺陷；傳感器設(shè)備安全性、可靠性、精確性等相關(guān)的性能有待提高。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。為了提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)時(shí)間，必須要面向應(yīng)用，研究相應(yīng)的開發(fā)工具。目前，常用的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具VRT，是個(gè)可視化平臺具有較高的交互性和網(wǎng)絡(luò)出了能力；CG2公司的VTree是實(shí)時(shí)三維圖形開發(fā)軟件包可以實(shí)現(xiàn)仿真、實(shí)時(shí)場景生成等應(yīng)用。

（5）多種系統(tǒng)集成技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最終集成是必然的，包含大量表達(dá)信息模型，必須根據(jù)設(shè)計(jì)意圖合理組合。集成技術(shù)主要包括信息的同步、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、模式識別與合成等技術(shù)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展簡介

（1）VR技術(shù)的發(fā)展大致分為3個(gè)階段：①20世紀(jì)50年代到70年代末，是VR 技術(shù)的探索階段；②20世紀(jì)80年代初期到80年代中期，是VR技術(shù)系統(tǒng)化、從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱玫碾A段；③20世紀(jì)80年代末期到達(dá)21世紀(jì)初，是VR技術(shù)高速發(fā)展的階段。

（2）國外研究現(xiàn)狀：1）美國是VR技術(shù)的發(fā)源地。美國VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國際VR技術(shù)發(fā)展的水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個(gè)方面；2）英國在VR技術(shù)的研究與開發(fā)的某些方面，如分布式并行處理、輔助設(shè)備（觸覺反聵設(shè)備等）設(shè)計(jì)、應(yīng)用研究等方面，在歐洲是領(lǐng)先的；3）在德國，主要從事虛擬世界的感知、虛擬環(huán)境的控制和顯示、機(jī)器人遠(yuǎn)程控制、VR在空間領(lǐng)域的應(yīng)用、宇航員的訓(xùn)練、分子結(jié)構(gòu)的模擬研究等；3）日本主要致力于建立大規(guī)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(nèi)研究現(xiàn)狀：1）清華大學(xué)對虛擬現(xiàn)實(shí)及其臨場感等方面進(jìn)行了大量的研究；2）北京科技大學(xué)成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)；3）北京航空航天大學(xué)開發(fā)了直升飛機(jī)虛擬仿真器、坦克虛擬住仿真器、虛擬戰(zhàn)場環(huán)境觀察器、計(jì)算機(jī)兵力生成器。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一個(gè)主要應(yīng)用時(shí)用于軍事方面的聯(lián)合演習(xí)，包括對各個(gè)兵種培訓(xùn)，能夠在短時(shí)間提升軍隊(duì)整體協(xié)調(diào)性，并且節(jié)省大量軍費(fèi)開支，具體的應(yīng)用實(shí)例：虛擬戰(zhàn)場模擬，多軍種培訓(xùn)與聯(lián)合演習(xí)，指揮軍官的策略的培訓(xùn)。

（2）礦井的關(guān)鍵大型設(shè)備的模擬加工與制造，對于礦井人員的培訓(xùn)，礦井等方面多發(fā)事故場所模擬等等方面也逐漸有了應(yīng)用。因?yàn)榈V井屬于災(zāi)難多發(fā)區(qū)，對于技術(shù)人員和相關(guān)設(shè)備具有很高的要求，并且一定要對施工項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)先的模擬與判斷，盡量減少事故的發(fā)生，具有非常重要的意義，具體應(yīng)用實(shí)例：礦井設(shè)備礦井設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)和制造與模擬采礦，礦井的安全隱患的模擬，礦井作業(yè)的預(yù)演與相關(guān)人員的培訓(xùn)。

（3）再就是在娛樂與游戲中的應(yīng)用，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用最熱門的領(lǐng)域，人們在追求物質(zhì)生活的同時(shí)，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(xiàn)實(shí)技術(shù)，是以后發(fā)展的重要方向，也是主流方向。現(xiàn)在一些虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用的實(shí)例：杭州大學(xué)開發(fā)的虛擬故官游玩系統(tǒng)，日本松下公司的“虛擬餐廳”。

5 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，簡單的說就是給你的眼睛建立了一個(gè)虛擬的世界，通過一些傳感器將你肢體互動(dòng)的動(dòng)作，輸入到虛擬的世界中，實(shí)現(xiàn)你在虛擬場景中的各項(xiàng)操作。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，應(yīng)用在各行各業(yè)，都有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠簡便的對各種事件的模擬，盡量減少實(shí)際操作的失誤，對于裝備制造，大型工程項(xiàng)目的施工，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。在娛樂與游戲方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人與游戲，實(shí)景的真實(shí)互動(dòng)，讓你有種身臨其境的感覺，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)非常迅速與熱門的方向。

[1]朱方文,龔振邦.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其主要產(chǎn)品[J].機(jī)電一體化,1998(02).

[2]魏鋒.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在煤礦中的應(yīng)用[J].山西科技,2005(04).

[3]李紅巖,張忠華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在Web課件中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2005(06).

楊洋（1982—），女，碩士研究生，講師。