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龙源期刊网http://www.qikan.com.cn虚拟现实技术及其应用
作者：庞松鹤
来源：《电脑知识与技术》2009年第32期
摘要:虚拟现实技术是20世纪末发展起来的一门综合性的信息技术,该文对虚拟现实技术的概念、分类、特征和应用做了阐述,并对虚拟现实技术的发展应用进行展望。关键词:虚拟现实技术;分类;特征;应用
中图分类号:TP37文献标识码:A文章编号:1009-3044(200932-9069-02VirtualRealityTechnologyandItsApplicationPANGSong-he(GuangxiPolytechnicofConstruction,Nanning530003,ChinaAbstract:Virtualreality(VRtechnologyisacomprehensiveinformationtechnologydevelopedinthelate20thcentury,thepaperelaboratestheconcept,classification,characteristicsandapplicationsofvirtualrealitytechnology,andprospectsit’sdevelopmentandapplication.
Keywords:VR;classification;characteristy;application随着计算机技术的飞速发展,计算机应用已经普及社会的各个行业,并对我们的工作方式和生活方式带来前所未有的变化。以计算机技术为核心的虚拟现实技术,综合了计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术等多项高新技术。虚拟现实技术研究始于20世纪60年代,直到90年代初,才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。特别是近年来,随着普通台式机性能大幅度提高,使得该技术脱下高贵的外衣,广泛应用于与日常生活密切相关的各个领域。1虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术(VirualReality也称VR技术,是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术以及人机接口技术等高新技术,生成三维逼真的虚拟环境。虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text、图形(Graph、图像(Image、动画(Animation、声音(Audio、视频(Video等不同信息为一体的人机交互系统,营造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景,促使人们脑、眼、手、口等多种器官接受刺激,使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉[1]。

龙源期刊网http://www.qikan.com.cn虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text、图形(Graph、图像(Image、动画(Animation、声音(Audio、视频(Video等不同信息为一体的人机交互系统,营造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景,促使人们脑、眼、手、口等多种器官接受刺激,使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉[1]。2虚拟现实技术的分类2.1根据支持设备来分类[2]沉浸式:除计算机的标准设备外,还要增加一些特殊的外部设备,如三维立体显示器、数字手套、操纵杆等,体验者可以感知视觉、触觉、嗅觉、味觉等多种信息。沉浸式虚拟现实技术可以营造一种较理想的虚拟现实环境,使体验者有如亲临其境的感觉,但是外加的设备昂贵,不利于推广使用。
非沉浸式:只使用计算机的标准设备,只能感受视觉与听觉,尽量使用软件去模拟接近较理想的虚拟现实环境。效果虽然不如沉浸式理想,但是经济、方便,便于推广使用。2.2根据漫游的方式来分类
自动漫游:由制作者在制作时设定漫游的路径,计算机根据这一事先设定的路径从相应的角度和方位去展示虚拟场景。自动漫游作品一般以视频文件提供,通过视频播放器播放,体验者除了操作播放器按键外,不能与虚拟场景有任何交互。
交互式漫游:与自动漫游最大的不同,就是漫游的路径由体验者通过鼠标、键盘或其他特殊设备进行操控,可以由体验者任意从不同的角度和方位去观看虚拟场景。交互式漫游作品一般以可执行文件提供,可以直接运行。3虚拟现实技术的特征3.1多感知性(Multi-Sensory所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。但由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。3.2沉浸性(Immersion
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn沉浸性也称临场感,指体验者感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使体验者难以分辨真假,全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,如同在现实世界中的感觉一样。
3.3交互性(Interactivity交互性指体验者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性。用户可以通过三维交互设备直接操纵计算机所给出的虚拟世界中的对象,虚拟世界中的对象也能够实时地做出相应的反应。3.4构想性(Imagination构想性指体验者从虚拟现实环境中得到感性和理性的认识,深化对概念的理解,主动获取新的信息,并产生新的想法,进而解决实际应用问题。4虚拟现实技术的应用
虚拟现实技术的应用极为广泛,目前在娱乐、教育的应用占据主流,其次是军事、机械设计与制造,在建筑业的应用显示出广阔的前景。4.1娱乐游戏
通过虚拟现实技术创建的虚拟场景,使娱乐参与者有亲临其境的感觉,将自己作为娱乐主角的体验更加强烈,增强了娱乐的趣味性和难度。由于在娱乐方面对虚拟场景的真实感要求不是太高,因此,虚拟现实技术在娱乐方面的应用最为迅猛,虚拟现实技术也成为最理想的视频游戏工具。现在的绝大多数游戏都采用虚拟现实技术来设计。4.2教育培训
虚拟现实技术在教育行业的应用非常广泛,并且针对不同课程的特点,侧重点有所不同。演示设备的工作过程。包括机械设备、电子设备在内的许多设备,其工作过程是看不见的,传统的教学挂图又难以立体、连续地展示其工作过程,比如发动机的工作过程、网络交换机的工作过程等等,通过虚拟的场景较真实再现设备的工作过程(如有必要还可以进行分解,让学生更直观、形象地了解设备的结构和工作过程,进而理解设备的工作原理,可以达到实际实验难以实现的效果。
展示工程难以或不可展示的损坏现象。在各类工程施工中,都有因设计或施工不当引起施工事故的现象,而这些现象在实际教学中由于成本太高是不可能在实验室再现的,传统的方式只
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn看录像资料,但是这种方式又不能将事故现象、过程与事故原因联动。应用虚拟现实技术,就可以将不同事故原因和不同的事故现象、过程直观的展示出来。
虚拟现实技术在教育行业的应用还有很多,如在医学教学上通过创建虚拟人体让学生更直观的了解人体的构造和功能;在机动车驾驶员培训中,可以利用虚拟驾驶室,让学习者进行驾驶机动车的启动、换档、加减油门、方向盘控制和刹车、停车等各种操作;等等。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容,提高学生把握知识和技能的效率和积极性,达到优化教学过程、提高教学质量的目的。另一方面,将虚拟技术应用于教育,还可以节省成本、规避风险,打破空间、时间的限制[5]。4.3军事
利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。4.4机械设计与制造[4]虚拟技术较早就应用机械设计与制造领域。
在机械设计方面,通过虚拟技术,建立整机或零部件模型,采用运动、动力等方法进行分析,以三维模型及动画的形式实现内整机或零部件设计开发的过程。这种设计模式,可使用户直接参与产品设计,身临其境地测试产品性能和真实感受产品的使用性能,实现全局优化和一次性开发成功的目的,能有效提高设计效率,缩短周期,降低成本。
在机械制造方面,应用虚拟现实技术实现内燃机整机或零部件制造全过程的优化,以达到整机或零部件的开发周期和成本最小化、设计质量最优化,生产效率的最大化的目的。4.5建筑
虚拟现实技术在建筑的处理,与上述的几个方面有所不同,一是建筑物(包括园林景观的“面”很多,二是建筑(