虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

張宇航

摘 要

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是使用計算機(jī)對現(xiàn)實世界進(jìn)行逼真模擬的技術(shù)，是近年來研究的熱點(diǎn)具有廣闊的應(yīng)用前景。文章主要介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程以及應(yīng)用現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實 計算機(jī)仿真 發(fā)展 應(yīng)用

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)是計算機(jī)仿真技術(shù)與計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體傳感技術(shù)以及移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對計算機(jī)虛擬環(huán)境下的感知行為進(jìn)行高度逼真的模擬，使人有身臨其境的感覺。近年來結(jié)合移動互聯(lián)技術(shù)，移動智能終端、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機(jī)圖形技術(shù)，立體顯示技術(shù)，對使用者的肢體跟蹤技術(shù)，以及聲光電的觸覺反饋、移動數(shù)據(jù)傳輸、多種形式的數(shù)據(jù)交互等技術(shù)。作為近幾年應(yīng)用的熱點(diǎn)的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下幾點(diǎn)顯著的特點(diǎn)。

2.1 逼真性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過對物體的幾何形態(tài)進(jìn)行處理，使計算機(jī)呈現(xiàn)的物體具有更加逼真的形象。使用計算機(jī)三維成像技術(shù)，就像處于真實的世界一樣可以對虛擬環(huán)境進(jìn)行控制和操作。

2.2 可模擬性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可模擬性主要體現(xiàn)在它可以對物體的的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行模擬，可以形象的模擬物體的運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動形態(tài)。

2.3 可操作性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠按照操控者的意愿控制虛擬世界的物體進(jìn)行移動，從而實現(xiàn)操控者控制虛擬世界。

2.4 可通信性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程交互，不同地方的人可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)如同面對面的進(jìn)行會談。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展

虛擬現(xiàn)實技術(shù)技術(shù)的發(fā)展主要有以下三個階段：

3.1 探索階段

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在20世紀(jì)50到70年代起源于美國。1962年由美國人Morton Heiling設(shè)計的“全傳感仿真器”問世，同年Like Lider教授首次提出了交互計算的思想，并得到了應(yīng)用。而虛擬現(xiàn)實的思想是Ivan E.Sutherland在1965年的終極現(xiàn)實的文章中首次提出。

3.2 實用階段

這一階段主要是虛擬現(xiàn)實技術(shù)從實驗室和理論走向?qū)嵱玫倪^程。先是“媒體研究室”的創(chuàng)建，這個研究室開發(fā)了一種集成的媒體技術(shù)，即計算機(jī)和聽覺、視覺、廣播與網(wǎng)絡(luò)的一體化。然后是虛擬可視環(huán)境頭盔系統(tǒng)（VIVEDHMD）的開發(fā)，至此虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)開始逐漸的被呈現(xiàn)出來。

3.3 快速發(fā)展階段

這一時期主要是20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初這一階段。在航天領(lǐng)域，宇航員利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)模擬太空中從運(yùn)輸艙取出望遠(yuǎn)鏡等物品的空間操作；在飛機(jī)制造領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在波音777飛機(jī)設(shè)計過程中發(fā)揮了重要作用。特別是英國超景公司，該公司開發(fā)了在電腦屏幕可以游覽的“超級城市”立體圖像，這個系統(tǒng)可以真實模擬生活環(huán)境和場景。到目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)藥、工業(yè)、設(shè)計等領(lǐng)域都有廣泛而深入的應(yīng)用。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

4.1 工業(yè)應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用主要是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與概念設(shè)計結(jié)合起來，簡稱為虛擬概念技術(shù)。傳統(tǒng)的概念設(shè)計需要花費(fèi)大量的人力和物力，嚴(yán)重影響了企業(yè)的競爭力。現(xiàn)在國外很多公司已經(jīng)開始在產(chǎn)品的設(shè)計作過程中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)品的成本、性能和質(zhì)量主要是在概念設(shè)計方面就被確定下來，從而大幅節(jié)省設(shè)計成本。

4.2 軍事應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)近幾年在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以讓士兵在虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，這種虛擬環(huán)境類似于真實的戰(zhàn)場；戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練模擬器能夠為士兵提供真實的戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練；利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以模擬真實的軍事演練，提高士兵的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

4.3 航空應(yīng)用

航空應(yīng)用領(lǐng)域主要是提供逼真的模擬訓(xùn)練環(huán)境。飛行員可以利用飛行仿真器進(jìn)行飛行控制訓(xùn)練，宇航員可以進(jìn)行太空行走訓(xùn)練。這種環(huán)境無疑要比真實的訓(xùn)練環(huán)境安全很多，同時還兼?zhèn)湔鎸嵏小?/p>

4.4 通信應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可通信性決定了它在通信行業(yè)也有十分廣泛的應(yīng)用。利用這一技術(shù)處于不同環(huán)境和空間的辦公人員可以實現(xiàn)逼真的交流和指揮。“虛擬會議室”系統(tǒng)就是一個典型的應(yīng)用，與會人員不受地點(diǎn)限制的同時，遠(yuǎn)程逼真交流還可以提高會議效率。

4.5 醫(yī)學(xué)教學(xué)應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在醫(yī)學(xué)教學(xué)和訓(xùn)練中，研究人員和學(xué)生能夠使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對虛擬人體模型來進(jìn)行操作。在虛擬環(huán)境下，學(xué)生可以對虛擬人體模型的組織器官和結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時三維觀察，甚至可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬手術(shù)室，學(xué)生可以對虛擬人體組織進(jìn)行逼真手術(shù)操作。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能夠使操作者體驗真實的人體結(jié)構(gòu)，預(yù)測手術(shù)結(jié)果。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以實現(xiàn)專家遠(yuǎn)程實時會診和手術(shù)。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)及教學(xué)中具有重要的現(xiàn)實意義。

4.6 教育和娛樂應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ畹膴蕵泛徒逃矫嫱瑯討?yīng)用廣泛。這些領(lǐng)域與人們的生活息息相關(guān)，人們可以觀賞虛擬現(xiàn)實電影，或者去看場虛擬舞臺劇；還可以在虛擬教室里聽老師講課，模擬真實的物理實驗室等等。有些游戲公司還推出了虛擬現(xiàn)實游戲。這種游戲可以讓人在虛擬環(huán)境下直接與對手對決，真實感與刺激性兼?zhèn)浞浅Ｊ芡婕覛g迎，收到非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語

總而言之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)近年來的快速發(fā)展，在許多領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用且前景廣闊。我們相信在不久的將來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入虛擬現(xiàn)實技術(shù)會為人們帶來更加震撼的體驗，甚至改變?nèi)藗兊纳罘绞剑瑸樯a(chǎn)生活創(chuàng)造更大的社會價值。

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