淺議計算機虛擬現實技術發展及應用

摘 要：計算機行業的迅猛發展，促使虛擬現實技術也得到了較為明顯的發展與進步，虛擬現實技術作為當今時代發展過程中較為先進的一項技術，能夠真正實現數字化人機交互，其最為顯著的特征則是以交互性、沉浸性以及構想性為主，能夠給人一種身臨其境之感。為了能夠更好地對計算機虛擬現實技術進行研究，本文從虛擬現實技術概念著手，就其在各個行業以及領域之中的應用現狀進行了分析，然后提出了該技術今后發展的重要趨勢，希望能夠以此來最大化這一技術的價值。

關鍵詞：計算機；虛擬現實技術；游戲行業；軍事航天

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0091-03

Development and Application of Computer Virtual Reality Technology

ZONG Xinghuan

（Liaoning Normal University Haihua College，Shenyang 110167，China）

Abstract：With the rapid development of computer industry，virtual reality technology has also been developed and progressed obviously. As a relatively advanced technology in the development process of today’s era，virtual reality technology can truly realize digital human-computer interaction. Its most prominent feature is interaction，immersion and conception，which can give people a sense of immersion. In order to better study the technology of computer virtual reality，this paper starts with the concept of virtual reality technology，analyses its application status in various industries and fields，and then puts forward the important trend of future development of this technology，hoping to maximize the value of this technology.

Keywords：computer；virtual reality technology；game industry；military space

0 引 言

虛擬現實技術英文名全拼為Virtual Reality，簡稱之為VR技術，這一技術主要是借助于電腦生成的三維虛擬空間，使用這一技術的人其能夠從中獲得聽覺、視覺以及觸覺等多方面感官模擬，以此來產生一種身臨其境之感。這一技術是現如今社會上較為先進的一種技術，集成了計算機仿真技術、顯示技術、計算機圖形技術、人工智能、傳感技術等多項技術成果。我國早在上世紀90年代就已經開始對虛擬現實技術進行研究，那個時候因為受到技術以及成本等多方面因素的影響，在應用范圍上主要是以商用或者是軍用為主，在社會不斷發展過程中，計算機軟硬件技術也得到了更為顯著的發展，虛擬現實技術因此而得到了進一步的發展與完善，開始逐漸進入到大眾市場，應用范圍也變得越來越普遍。

1 虛擬現實技術相關概述

1.1 虛擬現實技術概念

VR技術是社會信息計算機技術不斷發展過程中而衍生的一種高新技術，一般情況下我們也可以將其稱之為靈境技術或者是人工環境。VR技術在實際應用過程中，主要是借助于計算機來模擬一個三維的虛擬世界，使用者能夠借助于多種虛擬現實交互設備來沉浸到虛擬現實環境之中，這樣使用者就能在這一環境中直接與虛擬現實場景事物展開交互，同時按照自身需求來對三維空間事物進行瀏覽，這樣能使用戶在虛擬體驗中獲得較為真實的感受。虛擬現實技術的存在從某些方面來說為人機交互界面的發展提供了一個全新的研究領域，這一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，本身就是將計算機技術作為核心，然后以此來生成一個逼真的視、聽、觸一體化環境，而使用者則能夠在這一過程中獲得較為直接的感官感受。VR技術的存在直接改善了人們利用計算機進行多工程數據處理的方式，特別是在對大量抽象數據進行處理的過程中應用這一技術能夠起到更好的效果，不同領域以及企業應用這一技術還能因此而獲得較為顯著的經濟效益。總而言之，虛擬現實技術屬于一項綜合集成技術，涉及到多個領域，也因其自身所獨有的特征而讓人能夠自然的體驗虛擬世界，并且因此而獲得身臨其境之感。

1.2 虛擬現實技術特征

虛擬現實技術本身就是以計算機技術為平臺而展開的一項技術，這一項技術借助于虛擬軟件以及硬件資源，能夠有效地實現人與計算機之間的有效溝通。計算機虛擬現實技術有其自身所獨有的特征，主要表現為沉浸感、多干執行、構想性、交互性、強大的網絡功能、多媒體功能、創建三維立體造型與場景、人工智能等多方面，而在這其中核心的特征則是以下兩點：

（1）沉浸感。沉浸感是計算機虛擬現實技術的重要特征之一，其主要指的是一種主觀感知，即人對于計算機系統模擬的虛擬環境所產生的認識以及感知，以及對于虛擬環境真實程度的考究等等。沉浸感這一特征的存在，能夠做到虛擬環境的“以假亂真”，這樣用戶就能全身心的投入到計算機所創設的虛擬環境之中，并且因此而獲得較為良好的體驗。總之，計算機虛擬現實技術沉浸感這一特征可以說是該技術所追求的基本目標，而創造出具有較強沉浸感的虛擬環境則需要借助于各種技術的綜合使用，在這其中顯示技術則是實現這一特征的關鍵技術。

（2）交互性。在計算機虛擬現實技術之中，交互性是該技術的另一特征，該技術主要指的是用戶對于模擬環境內物體的可操作程度，以及從環境到反饋的自然程度。虛擬現實技術之中存在的人機交互界面可以說是遠遠超過了鍵盤、鼠標等傳統模式，其能夠借助于數字手套、頭盔等較為復雜的傳感器設備，以及三維交互技術之中的語言輸入與識別等技術來有效的實現人機交互。

2 虛擬現實技術在行業之中的應用

2.1 虛擬現實技術在游戲行業中的應用

虛擬現實技術在游戲行業之中的應用也是現如今時代發展的重要特征之一，將這一技術應用到游戲場景設計之中，就能夠呈現出360°且具有三維立體感的場景，而且再加上觸覺、聲覺以及嗅覺等多方面一體化的帶入，就能讓用戶在游戲過程中產生更為強烈的身臨其境之感。近年來，我國游戲事業可以說是得到了較為顯著的發展，尤其是手機游戲更是呈現出高速發展的態勢，虛擬現實技術在游戲行業之中的應用，能夠為客戶端游戲以及手游來帶全新的發展契機，促使游戲行業得到進一步的發展與進步。

2.2 虛擬現實技術在教育行業中的應用

虛擬現實技術在教育行業之中也有所涉及，這一技術在教育行業之中的應用，突破了傳統教育手段所存在的限制，使教學知識變得更加的形象。教師在對學生進行教育工作的時候，就可以借助于虛擬現實技術來推進體驗式教學，讓學生在體驗之中感受到學習的魅力，從而有效的提高學生學習知識的積極性以及主動性，進一步推進教育工作的有序實施。除此之外，虛擬現實技術在教育行業之中的有效應用，還直接突破了傳統教育所存在的時空限制，這樣教育資源分配也能因此而變得更加的合理，進而有效的促進教育事業的發展。由此可見，計算機虛擬現實技術在教育行業之中的應用，也是現如今時代發展的重要趨勢之一。

2.3 虛擬現實技術在醫學行業中的應用

計算機虛擬現實技術在醫學行業之中也有所涉及，在這一行業之中應用虛擬現實技術，就能夠借助于HMD、跟蹤球、感覺手套等技術來更好地了解人體內部結構，這樣臨床醫生在對患者進行治療與診斷的過程中，就能更好地了解患者的身體情況。除此之外，外科醫生在進行手術之前，也可以應用這一技術在顯示器上進行模擬的手術，以此來找出最佳的手術治療方案，從而有效的降低手術風險，在促進患者康復的同時減少護患糾紛事件的發生率，最終促進醫學行業的健康穩定發展。

2.4 虛擬現實技術在軍事航天中的應用

計算機虛擬現實技術除了在上述領域之中得到了應用，在軍事航天之中也得到了較為廣泛的應用。在軍事航天事業之中，模擬以及練習一直都是該事業發展的關鍵，而將虛擬現實技術應用到這一領域之中就能為其發展提供較為良好的前景。具體而言，在軍事訓練過程中應用計算機虛擬現實技術能夠有效地為訓練員構建出虛擬的戰場環境，這樣參照人員就能夠借助于相關設備和虛擬環境之中的對象進行交互作用與影響，從而產生沉浸式的體驗與感受；另外，在軍事單兵訓練過程中，還可以讓士兵穿上數據服、戴上頭盔顯示器以及數據手套，借助于傳感器的操作來選擇不一樣的戰爭背景、輸入處理方案，這樣士兵就能體驗不同的作戰場景以及效果，使士兵能夠在這一過程中提高自身的戰術水平、心理承受能力等。除此之外，虛擬現實技術在航天事業之中也得到了有效應用，航天設備本身就屬于耗費較大的現代化工具，再加上航天工作的開展本身就具有較強的危險性，而應用計算機虛擬現實技術，則能模擬各種航空器有可能會遇到的環境，這樣不僅能夠節約成本，還能降低危險；另外，還能有效的實現對零重力的模擬，這樣就能有效的替代宇航員的訓練方式。

除了上述所提到的這些領域，計算機虛擬現實技術在動作捕捉、房地產開發、室內設計、文物保護、工業仿真、應急演練等領域也有得到了有效的應用。

3 虛擬現實技術的發展現狀分析

計算機虛擬現實技術最開始是由美國人所提出的一個理念，之后被美國宇航局應用到航天事業之中，以此展開了對于成本較低的虛擬現實系統的研制，從某些方面來說這對于虛擬現實技術的硬件發展具有一定的推動作用。虛擬現實技術現如今雖然已經得到了較為明顯的發展和進步，可是就實際發展現狀來看，依然還是處于初級研究階段。就現如今計算機虛擬現實技術的研究現狀來分析的話，其主要是研究感知、硬件、后臺軟件以及用戶界面這幾個方面，而就當前研究現狀來分析的話，場館虛擬漫游可以說是研究過程中較為困難的一個方面。一般情況下，在進行建模與繪制的過程中，都會在繪制速度與模型精細度上選擇一個較為恰當的平衡點，這樣不僅能夠有效地保障繪制的質量，還能夠提高用戶的體驗感。現如今世界上已經具有較多的計算機虛擬現實技術開發商，而且也已經開發出了一些虛擬現實軟件的平臺，像是VRT、Robotics、Deneb等等，而這些平臺的存在在很大程度上也促進了虛擬現實技術應用效果的提升。但是，就總體開發現狀來看，依然還是存在較多的問題，特別是因為自主知識產權保護等原因，導致我們對于核心技術不夠了解，這個時候也就自然而然會影響到計算機虛擬現實技術價值的實現。

4 虛擬現實技術的發展趨勢

虛擬現實技術屬于高集成技術，涵蓋了計算機軟件、傳感器等技術，在整體上具有先進性。因此，虛擬現實技術在當前社會中具有良好的應用前景，能滿足多種工作環境的要求。未來虛擬現實技術將會朝著以下方向進一步發展。

4.1 動態環境建立技術

計算機虛擬現實技術在實際應用過程中，最為關鍵的還是對于虛擬環境的創建，而對于這一部分內容，動態環境建立技術則是實現虛擬環境創建的關鍵。動態環境建立技術的發展能夠獲得更為真實的環境數據，從而也就能夠創設出更為良好的虛擬環境模型。

4.2 實時三維圖像生成與顯示

三維圖形生成技術現如今可以說是已經步入了成熟階段，而今后發展方向則是在于如何生成與顯示，尤其如何在不降低圖像質量與復雜程度的基礎上實現對頻率的刷新可以說是今后發展過程中較為重點的研究內容。除此之外，虛擬現實技術的發展本身就依賴于傳感器與立體顯示器，所以在今后研究過程中還需要對三維圖像生成與顯示技術進行進一步的研究與開發，這樣才能更好地滿足系統需求，真正有效地發揮出計算機虛擬現實技術的價值，將其有效的應用到各個領域之中。

4.3 加強對新型交互設備的研制

虛擬現實技術在實際應用過程中要想有效的實現人能夠自由的和虛擬世界內的對象進行交互，并且從中獲得一種身臨其境之感，必然需要借助于主要的輸出、輸入設備，以及數據手套、三維聲音產生器、頭盔顯示器、三維位置傳感器、數據衣服等一系列交互設備。而為了能夠進一步促進計算機虛擬現實技術的發展與進步，今后在對計算機虛擬現實技術進行研究的過程中，必然要加強對這些交互設備的研究，盡量研制出價格低廉、耐用性較高的新型交互設備，從而進一步發揮出其對于各個領域的促進作用。由此可見，計算機虛擬現實技術今后發展的趨勢之一就包含了加強新型交互設備研制這一點，我國在研究過程中就可以以此來展開研究與分析，進一步促進計算機虛擬現實技術的發展與進步，讓其能夠促進各個領域的發展。

4.4 智能語音虛擬建模

計算機虛擬現實技術今后的發展趨勢還表現在智能語音虛擬建模這一方面，這一項工作本身就十分的復雜，在實際操作過程中需要花費較多的時間以及精力，如果在進行研究的過程中能夠將語音識別、智能識別等技術和虛擬現實技術有效的結合在一起，就能更好地解決這一問題。具體而言，在發展過程中，我們可以對于模型本身的屬性、方法以及特點進行描述，借助于語音識別技術來對建模數據進行有效的轉化，同時借助于計算機的圖像處理技術、人工智能技術來對其進行有效的設計與評價，這樣就能將模型使用對象表示出來，同時還能按邏輯讓各個模型都能夠進行靜態與動態的有效銜接，創造出具有高價值的系統模型。在建模工作完成之后，我們還需要對其進行有效的評價，借助于有效的評價來進一步發揮出其價值，并且由人工語言來進行再次編輯與確認，從而也就能夠進一步促進計算機虛擬現實技術的發展與進步。

4.5 積極使用大型分布式網絡虛擬現實

存在于虛擬現實基礎之中的分布式網絡，主要的任務就是將零散的虛擬現實系統、仿真器借助于網絡有效的銜接在一起，在這一過程中相關人員需要使用統一的標準、數據庫、結構以及協議來創建出一個在時間、空間等多方面有效聯系的虛擬合成系統，而使用者則可以在這一過程中進行自由且有效的交互，從而最大程度發揮出計算機虛擬現實技術的價值。就目前分布式虛擬現實交互現狀來看，其已經成為了國際上研究熱點之一，所以在今后發展過程中，積極使用大型分布式網絡虛擬現實可以說是較為重要的趨勢之一，畢竟大型分布式虛擬現實在航天事業上有著較為顯著的價值，借助于這一技術研究能夠有效地減少不必要的成本與經費，同時還能有效的減少相關人員的不適感，進一步發揮出計算機虛擬現實技術對于軍事航天領域的促進作用。

5 結 論

綜上所述，虛擬現實技術作為一項先進的高新技術，本身就具有較為良好的發展前景，將其應用到現實生活中不僅具有較為廣泛的應用范圍，還能發揮出較為顯著的價值，可是在實際應用過程中依然還是無法避免會出現各種各樣的問題，而這也是計算機虛擬現實技術在今后發展中需要應對的問題。為了能夠進一步促進計算機虛擬現實技術的發展與應用，本文從該技術應用現狀著手，對其今后發展趨勢與實際應用進行了具體的論述，希望能夠借助于這一項技術促進各個領域的發展與進步。

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作者簡介：宗興寰（1998.02-），男，漢族，遼寧蓋州人，本科在讀，研究方向：計算機科學與技術。