關于虛擬現實技術的現狀及發展趨勢分析

李飛

摘 要：作為一項尖端科技，虛擬增強現實技術集成了計算機信息圖形處理技術、計算機圖像仿真技術、人工智能、傳感處理技術、顯示處理技術、網絡并行處理等多種技術的最新科學發展應用成果，是一種由智能計算機自動生成的高質量技術信息模擬系統。它和其它很多現代信息通訊技術一樣，當很多專家還未把它的基本理論和信息技術成果探討得十分清楚時，它已逐漸滲透到社會科學、技術、工程、醫學、文化、娛樂的各個領域，并因此受到極大的社會關注。鑒于此，本文就發展虛擬增強現實相關技術應用展開深入探討，以期為社會相關行業工作人員起到一些參考借鑒作用。

關鍵詞：虛擬現實技術的現狀;發展趨勢分析

一、概述

虛擬現實技術中文通常稱之為虛擬現實VR，又稱之為虛擬靈境技術，是20世紀90年代以來我國逐步興起的一種新型的較現代化的信息網絡集成技術。虛擬現實是指基于虛擬人的計算公式直接計算現實場景世界信息的一種沉浸型交互虛擬環境，具體而言就是通過整合各種數字信息來獲得逼真的視覺、聽覺、觸覺，生成一體化的特定現實世界信息范圍的虛擬環境。充分利用一些科學信息技術和一些虛擬電子設備，在實際當中的環境和其中的每個虛擬對象之間可以進行某種相互作用，從而可以使整個人類體會生成虛擬環境的某種體感和形成視覺上的體驗。由于其獨特的虛擬多媒體視覺感知性、沉浸感、相互性及專業技術創新自主性，虛擬實境強化現實影視電影成像技術廣泛應用于太空航天、軍事、醫療、教育、甚至涉及電子游戲機等諸多領域。通過充分利用并研究設計集成這種新型具有比較高性能的多維虛擬計算機軟硬件并同時能夠使之與各類先進的各種信息技術傳感器相相互動和聯接。人們才真正有可能做到自己創建一個使信息技術活動參與者和人能夠同時具有身臨其境的各種視覺感受沉浸感和完善的各種人機之間交互作用互動控制能力，并能同時得到技術幫助和提供易于同時啟發其他者進行設計構思的最合適的全人機和個性化的多維化和虛擬化的信息技術應用系統空間，需要創建一個比較完備的多維虛擬化和多維現實化的信息應用系統。

二、虛擬現實技術的現狀

虛擬現實技術已經成為了近幾年來國內外醫學科技界高度關注的一個技術熱點，它的迅速興起，為人機交互應用界面的不斷發展應用開創了新的科學研究應用領域，為各類科學工程的進行大規模測量數據采集可視化分析提供了新的數據描述分析方法。目前，虛擬增強現實應用技術已廣泛應用于工業虛擬現實頭套、藝術教育、生物力學、工業仿真等眾多專業領域。

2.1 跟蹤頭部運動的虛擬現實頭套

在目前傳統的各種現代數字計算機頭部運動圖形處理操作技術中，視場的頭部運動視覺改變通常來說是完全可以通過用戶移動它的鼠標或者特別是它在鍵盤上的移動來直接進行實現的，用戶的鼠標頭部運動視覺以及感知系統和它的視場運動頭部視覺以及感知圖形處理操作系統之間幾乎是可以完全分離的。而如果利用它的頭部運動跟蹤系統來直接改變一個圖像的運動視角，用戶的頭部視覺感知系統和它的運動視覺感知處理系統之間就完全可以直接聯系在一起來，感覺更逼真。另一個重要優點是，用戶不僅僅是可以通過利用雙目立體運動視覺系統去準確認識周圍環境，而且它還可以通過利用頭部的立體運動視覺去準確觀察周圍環境。

2.2 藝術教育中的應用

作為藝術顯示和傳輸藝術信息的一種媒體，虛擬增強現實在未來當代藝術應用領域所需要具有的潛在藝術應用開發能力也是絕對不可能被低估的。VR所需要具有的臨場視覺參與感與交互感受能力也是可以將一種靜態的美學藝術（即比如現代油畫、雕刻等）直接轉化而成為一種動態的，可以間接使藝術觀賞者更好地直接欣賞到創作者的美學思想觀和藝術。另外，VR還提高了舞蹈藝術演員表現動作能力，通過一種動作圖像捕捉技術系統可以采集藝術演員的各種舞蹈節奏動作和肢體表情，在使用電腦軟件輔助藝術編排下它還可以自動預演藝術演出現場效果，提高藝術編排演出效率。

2.3 生物力學方面的應用

生物力學虛擬現實技術就是應用力學過程原理和實驗方法并同時結合各種虛擬力學現實仿真技術，實現對構造生物體過程中的各種力學過程原理現象進行綜合虛擬現實分析與力學仿真技術研究。利用這種虛擬圖像仿真技術進行研究和虛擬表現專業生物運動力學，不但可以大大提高專業運動場中物體的圖像真實感，滿足專業運動物體生物力學研究專家的綜合計算能力要求，還可以大大幅度節約技術研發工作成本，降低技術數據采集分析工作難度，提高技術研發工作效率。這一創新技術現已廣泛應用于整形外科護理醫學、運動護理醫學、康復護理醫學、人體工學、創傷與術后防護與醫學等學科領域。

2.4 工業仿真中的應用

當今世界由于現代工業的發展非常迅速，已經開始發生了翻天覆地的變化?，F階段的整個現代中國工業經濟體的發展不再僅僅只是一場短期大規模的現代人海戰術，需要的是更先進的現代工業科學化和信息化等技術，特別是現代工業信息虛擬化和增強現實信息化等技術的廣泛應用正對整個現代中國工業經濟體的發展思維方式觀念進行著一場前所未有的巨大的新革命。虛擬現實技術目前已經被世界上一些大型的高科技化企業廣泛地作為研究對象并應用于各行業的各個環節，對逐步提高大型企業技術產品開發以及生產經營效率，加強大型企業經營數據采集、分析、處理以及綜合應用能力，減少大型企業經營決策過程中的技術失誤，降低大型企業經營風險管理成本等都起著重要的指導作用。

三、虛擬現實技術發展趨勢分析

基于以上介紹，虛擬現實在很多應用領域和實際應用推廣方向上已經解決了不少實際應用問題，取得了較好的實際應用推廣效果。為了更好滿足這些新技術需求，近年來，虛擬化和現實技術相關的在技術上的研究也已經取得了快速的發展，表現出一些新的技術特點和發展趨勢。主要特點表現在以下幾個方面：

3.1 計算平臺的普適化

隨著現代計算機設備制造工程技術的不斷發展，計算控制平臺已經逐步發展為了許多種類型。虛擬增強現實的繪制研究技術工作主要重點集中在繪制標準與技術產品、繪制技術體系中的結構和一些適合用于移動穿戴設備的物體模型表示和圖像繪制技術方面;

3.2 場景數據的規?；?/p>

在大型幾何應用中，各種大型幾何數學模型的統計數據量往往非常龐大。針對一些包含這種模型大數據量三維圖像模型復雜繪制場景的三維實時與逼真圖像表現，是目前國內研究三維繪制場景方法的一個研究熱點;

3.3 環境信息的綜合化

對于自然環境的建模，傳統的虛擬現實環境建模系統往往僅需要綜合考慮自然地形的紋理和幾何特征數據，對于大氣和空間電磁等的環境特征信息的開采，用比較簡化的方式進行處理，如地形紋理等的表現和方法。為了更真實地使其表現出虛擬環境的效果，還可能需要綜合考慮不同環境類型的幾何特征數據，如地理、大氣、海洋、空間電磁和生化等，并綜合使用不同的環境表現方式對其進行環境表現。

四、結束語

雖然目前虛擬現實的基礎技術在應用中已經取得了一定的進展和效果，在虛擬現實關鍵技術研究方面也已經取得了較大的突破和進展，并且不斷探索解決虛擬現實應用技術領域中新可能出現的實際關鍵技術問題，但是從國內外有關虛擬現實的關鍵技術研究現狀和發展趨勢上可以分析，該技術研究領域仍然存在一些亟待解決的關鍵研究技術問題，其中主要包括虛擬環境及其應用對象的建模、繪制的方法、人機交互的方式、虛擬現實的應用管理系統設計和構建的方法等諸多關鍵技術方面。

參考文獻：

[1]姜學智，李忠華.國內外虛擬現實技術的研究現狀[J].遼寧工程技術大學學報，2004，23（2）：238-240.

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