- 相關(guān)推薦
探析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展
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(lái)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(guò)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(wèn)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(guò)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(jiǎn)介
虛擬現(xiàn)實(shí)(簡(jiǎn)稱VR),又稱靈境技術(shù), 是以浸沒(méi)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(guò)語(yǔ)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(guò)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(wú)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(wèn)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(shuō),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(guò)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。
�。ㄒ唬┒喔兄�
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。
�。ㄈ┙换バ�
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。
�。ㄋ模┳灾餍�
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(lè)、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?jiǎn)要介紹其部分應(yīng)用。
�。ㄒ唬⿰蕵�(lè)、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(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂(lè)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。
�。ǘ┸娛屡c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(guó)國(guó)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VR技術(shù),可模擬零重力環(huán)境,以代替現(xiàn)在非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。
（三） 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中,可以建立虛擬的人體模型,借助于跟蹤球、HMD、感覺手套,學(xué)員們可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu),這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。
Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個(gè)SGI工作站建立了一個(gè)虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器,用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈,虛擬的外科工具(如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等),虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套,使用者可以對(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。
另外,在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù),復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排,手術(shù)過(guò)程的信息指導(dǎo),手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生恬狀況,乃至新型藥物的研制等方面,VR技術(shù)都有十分重要的意義。
�。ㄋ模┕芾砉こ填I(lǐng)域
VR 在管理工程方面也顯示出了無(wú)與倫比的優(yōu)越性。如設(shè)計(jì)一新型建筑物時(shí),可以在建筑物動(dòng)工之前用VR技術(shù)顯示一下;當(dāng)財(cái)政發(fā)生危機(jī)時(shí),可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數(shù)據(jù)以尋找對(duì)策等等。
以上僅列出虛擬現(xiàn)實(shí)的部分應(yīng)用前景,可以預(yù)見,在不久的將來(lái),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)影響甚至改變我們的觀念與習(xí)慣, 并將深入到人們的日常工作與生活。
五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步展望
虛擬現(xiàn)實(shí)從其萌芽到今天的日漸成熟已經(jīng)走過(guò)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段風(fēng)雨歷程。目前它的研究?jī)?nèi)容涉及到多項(xiàng)學(xué)科領(lǐng)域。我們同時(shí)也認(rèn)識(shí)到,這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。
客觀而論,目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的內(nèi)容還僅僅限于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力和剛剛涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合作用問(wèn)題,還根本未涉及“人在實(shí)踐中得到的感覺信息是怎樣在人的大腦中存儲(chǔ)和加工處理成為人對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)”這一重要過(guò)程。只有當(dāng)真正開始涉及并找到對(duì)這些問(wèn)題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí),人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底的克服了。我們期待這有朝一日,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)成為一種對(duì)多維信息處理的強(qiáng)大系統(tǒng),成為人進(jìn)行思維和創(chuàng)造的助手和對(duì)人們已有的概念進(jìn)行深化和獲取新概念的有力工具。
我們相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)3D運(yùn)算
【探析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展】相關(guān)文章：
探析光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)03-19
探析多媒體技術(shù)應(yīng)用與遠(yuǎn)程教育的發(fā)展03-19
計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用探析12-05
淺析計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展12-06
探析虛擬現(xiàn)實(shí)在英語(yǔ)教學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用03-19
研究火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)03-19
探析無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與發(fā)展03-19
園林管理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探析03-18