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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展
（作者未知） 2011/6/22
摘要:虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是一個(gè)正在發(fā)展的高新技術(shù),它允許用戶在一個(gè)采用計(jì)算機(jī)生成的三維的動(dòng)態(tài)的虛擬環(huán)境中活動(dòng)或與之相互作用。本文主要介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征及關(guān)鍵技術(shù)、分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)(VR);虛擬環(huán)境人機(jī)交互
一、引言
在信息技術(shù)發(fā)展的今天,人們的交流越來越多的依靠網(wǎng)絡(luò)、廣播、電視等媒體得到相關(guān)的信息資料,但是這些媒體提供的信息往往是經(jīng)過抽象的,在很大程度上人們不能及時(shí)有效的進(jìn)行理解吸收,解決這一問題人們只能借助于實(shí)物模型,但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使得人與計(jì)算機(jī)的交互成為可能,虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)就是借助于這個(gè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互,操作者可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等工具與計(jì)算機(jī)間的交互,真正成為虛擬環(huán)境中的一員,較真實(shí)的感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象,達(dá)到理解和掌握知識(shí)、為生產(chǎn)生活服務(wù)的目的。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介
虛擬現(xiàn)實(shí)(簡稱VR),又稱靈境技術(shù), 是以浸沒感、交互性和構(gòu)想為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面,是迅速發(fā)展的一項(xiàng)綜合性計(jì)算機(jī)、圖形交互技術(shù)。它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù),模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能,使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中,并能夠通過語言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制,感受到在真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展為我們提供了許多解決問題的新方法。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展也同樣如此,目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀主要涉及到三個(gè)研究領(lǐng)域:依靠計(jì)算機(jī)圖形方式建立實(shí)時(shí)的三維視覺效果、構(gòu)建對(duì)虛擬世界的觀察界面和使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)其在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征及其系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
從本質(zhì)上說,虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口,它通過給用戶同時(shí)提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作,從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)、提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下四個(gè)重要特征。
（一）多感知性
所謂多感知性就是指導(dǎo)包括視覺感知外, 還包括聽覺、力覺、觸覺和運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。
（二）存在感
又稱臨場(chǎng)感,它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。
（三）交互性
它是指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。我們借助與我們8的感覺器官,在虛擬的環(huán)境中體驗(yàn)真實(shí)的環(huán)境。
（四）自主性
是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律進(jìn)行動(dòng)作的程度。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要由動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具和系統(tǒng)集成技術(shù)等五個(gè)方面組成。其中動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是根據(jù)應(yīng)用的需要獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù), 并利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。而三維圖形的生成技術(shù)關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成。立體顯示和傳感器技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)施交互能力的關(guān)鍵。
四、當(dāng)今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。目前在娛樂、教育及藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)主流,其次是軍事與航空、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,機(jī)器人和商業(yè)領(lǐng)域都占有一定比例,另外在可視化計(jì)算、制造業(yè)等領(lǐng)域也有相當(dāng)?shù)谋戎亍Ｏ旅婧喴榻B其部分應(yīng)用。
（一）娛樂、藝術(shù)與教育領(lǐng)域
豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得VR 成為理想的視頻游戲工具。如Chicago(芝加哥) 開放了關(guān)于3025 年的一場(chǎng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂系統(tǒng);1992年的一臺(tái)稱為“LegealQust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能,使計(jì)算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能,大大增強(qiáng)了趣味性及難度,使該系統(tǒng)獲該年度VR 產(chǎn)品獎(jiǎng)。
作為傳輸顯示信息的媒體,VR所具有的臨場(chǎng)參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù),提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力。
（二）軍事與航天工業(yè)領(lǐng)域
模擬與練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題,這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIM NET的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng),以提供坦克協(xié)同訓(xùn)練,該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺(tái)模擬器。另外利用（未完，下一頁）
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