計算機虛擬現實技術的關鍵點及其應用研究

◆陳正球

(常熟理工學院 江蘇 215500)

隨著當前社會科技的高速發展，人們在生活的過程中越來越依靠于信息化技術進行日常的活動。如今人們在生活中所接受的信息主要是通過網絡資源、廣播信號、電視傳媒等途徑獲取相應的信息，但是獲取的這些信息往往是通過二次加工所生成的抽象性信息。如果人們不對這些信息進行及時有效的吸收理解，那么在一定程度上便很難去理解這些信息所包含的真正意思。但是通過計算機虛擬現實技術，便可以直接將人類與計算機進行交互，使用者只要通過相應的數據頭盔、數據手套、計算機等相關的設備就可以直接進入由計算機所構建的虛擬環境中，在虛擬世界中使用者可以通過較為真實的情感體驗和身體感知來享受到現實生活中無法通過直觀渠道來獲取的信息。通過由計算機所構造出來的虛擬世界，便可以更好地幫助使用者對知識進行理解和掌握，從而達到促進生產服務的目的。

1 計算機虛擬現實技術的基本概括

計算機虛擬現實技術在西方又被稱之為臨境技術，該項技術是通過計算機來營造出一個三維立體的虛擬世界，給虛擬世界賦予相應的沉浸感、交互性體系的特征，同時再通過計算機高級人機界面所形成的虛擬圖像來帶給用戶宛如真實世界的情境體驗，目前該項技術在發展的過程中需要強大的綜合計算機性能和相應的圖形交互技術進行支撐。

計算機虛擬現實技術在應用過程中主要利用了計算機圖形學、計算機仿真技術、多媒體應用技術、人工智能技術、計算機進行處理技術、計算機多傳感器技術、多媒體技術、人工仿真技術等，從而實現通過計算機中的綜合性能來幫助用戶模擬出相應的視覺感受、聽覺感受和觸覺感受，這樣就可以讓用戶沉浸在由計算機所生成的三維立體虛擬世界中。介紹系統還可以將用戶在虛擬世界中的相應手勢和語言進行準確的識別，然后由后臺系統將用戶所做出的手勢和語言進行分析，再通過計算機與用戶進行實時的交互，這樣就可以給用戶創造一種真實性的多維信息空間，說讓用戶在三維虛擬世界中的感受就像真實世界中的物理逼真性，同時用戶在由計算機所構成的三維虛擬世界中，還可以進一步地突破時空、地域的客觀因素的限制，從而享受到真實世界中無法體驗的經歷。

2 計算機虛擬現實技術的關鍵點

（1）計算機虛擬現實技術中的存在感

計算機虛擬現實技術的存在感又被稱之為臨場感，指計算機通過后臺模擬器給用戶模擬出宛如真實世界中的三維立體空間，從而讓用戶在模擬的空間中無法識別模擬環境的真假。

（2）計算機虛擬現實技術中的交互性

計算機虛擬現實技術中的交互性，主要是指通過計算機技術，將用戶在模擬環境中的相應手勢和語言進行收集，通過后臺數據對用戶的這些手勢和語言進行信息分析。然后再通過計算機與用戶產生交互，從而給予用戶一種認為虛擬環境中的物體是可以操作的體驗感，讓用戶在借助自身的感覺器官中，來對虛擬世界中的真實環境進行體驗。

（3）計算機虛擬現實技術中的自主性

計算機虛擬現實技術的自主性，裝飾紙再由計算機所模擬出的三維立體虛擬空間中，所有的事物都是需要根據現實世界中的物理定律進行運作。同時在虛擬世界中，還需要通過動態環境建模技術來構建出具備動態的相應虛擬環境；通過實時三維圖形生成技術來構建出立體的三維虛擬環境；通過立體顯示和傳感器給用戶帶來虛擬世界中的相關身體體驗，此外還需要通過應用系統開發工具和系統集成工具的輔助來構建出實際環境中的三維數據，通過這些數據用計算機來構建出虛擬環境的模型，然后將虛擬環境中的模型由立體顯示和傳感技術進行實時生成。

3 現階段計算機虛擬現實技術的具體應用

（1）計算機虛擬現實技術在娛樂藝術和教育領域中的應用

由于計算機虛擬現實技術可以給用戶帶來豐富的感官體驗，所以該項技術已經成為當下社會中較為流行的視頻游戲工具。例如，美國芝加哥便在2002年開發了關于未來世界戰爭的綜合大型虛擬娛樂系統，該套娛樂系統可以一次性給多人提供VR娛樂。同時計算機虛擬現實技術在教育領域中也有所應用，在我國的鄭州大學便在教學過程中，給班級中的多媒體設備增加了人工智能功能，讓多媒體設備具備了相應的自學功能，這樣就大大增加了教學過程中的趣味性，同時這套功能還能給予學生豐富的臨場感和參與感，這樣便可以大大提高學生的學習效率。目前我國的藝術傳媒領域主要是進行信息的傳輸和顯示，因此通過VR技術便可以將傳統的靜態藝術轉化成動態藝術，這樣就可以讓觀賞者更直觀的欣賞藝術家們的思想藝術，從而大幅度提高了藝術的表現能力。

（2）計算機虛擬現實技術在軍事與航天工業領域中的應用

計算機虛擬現實技術在軍事航空工業領域中的應用，主要是通過虛擬技術來模擬太空中的零重力環境，這樣就可以對相應的專業人員進行軍事化的訓練和培養。例如，美國的國防部高級研究計劃局早在二十世紀八十年代起，就一直深入的研究未來戰爭中的虛擬戰場系統，通過這套系統并可以將幾百套模擬訓練器進行連接，然后讓相應的軍事人員通VR設備進入虛擬戰場系統進行模擬作戰，甚至該套系統還可以給作戰人員提供相應的坦克協同訓練、炮火協同訓練。同時美國航空局也利用計算機虛擬現實技術，來模擬太空中的零重力環境，來替代傳統宇航員培養過程中的水下訓練法。

（3）計算機虛擬現實技術在醫學領域中的應用

計算機虛擬現實技術在當前醫學領域中具有廣泛的應用，同時該項技術在一些領域中還具有重要的現實意義。醫學工作者通過計算機虛擬現實技術，并可以創造出類似于人體結構的虛擬人體模型，然后借助相應的感覺手套、HMD虛擬設備等并可以更好幫助醫學工作者來了解人體內部的各器官結構，從而幫助科學工作者進行醫療科研工作。例如，我國在90年代初期便建立了首個外科模擬手術訓練，該套模擬訓練器主要應用于腸胃科的外部手術訓練，在訓練過程中醫學工作者們可以通過虛擬世界中的手術燈和手術臺，以及相應的虛擬外科工具對人體模型和器官進行治療。同時在目前遠距離外科手術的遙控過程中，通過計算機虛擬現實技術還可以更好的模擬和預測術后患者的身體健康情況。此外通過計算機虛擬現實技術還可以進行新藥物的研制工作，從而促進我國當前醫療體系的發展。

4 結束語

目前虛擬現實技術是一項正在研究過程中的高新技術，用戶通過虛擬現實技術便可以在由計算機所構建出的三維動態虛擬環境中與計算機進行相互交流。因此，當前對虛擬現實技術進行大力發展和研究，在未來必然可以更好地廣泛應用于人們的生活工作中。