【国运产权】_银行不良资产及社会非金融类不良资产、股权、债权和其他产权的专业处置平台

关注微信公众号

虚拟现实技术

发布人:国运编辑 浏览人气:551 更新时间:2017-04-25 17:05:40

关键词:


       虚拟现实技术(VirtualReality),又称灵境技术,是90年代为科学界和工程界所关注的技术。它的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域;为智能工程的应用提供了新的界面工具;为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的特点在于,计算机产生一种人为虚拟的环境,这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间,或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”,从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。这种技术的应用,改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式,尤其在需要对大量抽象数据进行处理时;同时,它在许多不同领域的应用,可以带来巨大的经济效益。


虚拟现实技术的发展概述

1965年,Sutherland在篇名为<<终极的显示>>的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想,从此,人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。

随后的1966年,美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个HMD的样机完成不久,研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年,出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所取得的一系列成就,美国的JaronLanier 80年代初正式提出了“VirtualReality”一词。

80年代,美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究,并取得了令人瞩目的研究成果,从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年,NASAAmes研究中心虚拟行星探测实验室的M.McGreevy J.Humphries博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器,将火星探测器发回的数据输入计算机,为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站(VIEW)项目中,他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥现设备。

进入90年代,迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配,使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能;人机交互系统的设计不断创新,新颖、实用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。例如1993年的11月,宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作,而用虚拟现实技术设计波音777获得成功,是近年来引起科技界瞩目的又一件工作。可以看出,正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域,如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等,人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与兴趣。


虚拟现实系统的研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具,并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,就虚拟现实本身而言,它主要涉及到三个研究领域:

  • 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果;

  • 建立对虚拟世界的观察界面;

  • 使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。


虚拟现实的有关技术特征及构成

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。


虚拟现实技术的重要技术特征

虚拟现实的定义可以归纳如下:虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱、操作现场等),通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术因此具有以下四个重要特征:

I.多感知性

所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外,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。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。

II.存在感

又称临场感,它是指用户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达到使用户难以分辨真假的程度。

III.交互性

交互性是指用户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)。例如,用户可以用手去直接抓取环境中的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视场中的物体也随着手的移动而移动。

IV.自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如,当受到力的推动时,物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。


虚拟现实系统的构成

用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作,并得到实时三维显示和其它反馈信息(如触觉、力觉反馈等)。当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时,在用户的控制下,用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界产生作用(如遥操作等)。

  1. 检测模块:检测用户的操作命令,并通过传感器模块作用于虚拟环境。

  2. 反馈模块:接受来自传感器模块信息,为用户提供实时反馈。

  3. 传感器模块:一方面接受来自用户的操作命令,并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。

  4. 控制模块:对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。

  5. 建模模块:获取现实世界组成部分的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境。  


现有虚拟现实系统的关键技术

虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面:

1)动态环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术(有规则的环境),而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术,两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

2)实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟,其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新率不低于15/秒,最好是高于30/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下,如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。

3)立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要,例如,数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点;虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高,因此有必要开发新的三维显示技术。

4)应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的,必须研究虚拟现实的开发工具。例如,虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

5)系统集成技术

由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型,因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。


虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景是很广阔的,逐步形成横跨虚拟现实旅游、古迹复原、游戏、购物、医疗、移动互联网、闲暇体验中心、新闻影视、大数据分析等行业模块,逐步推动形成相互支持、相互推动的VR高科技大产业生态环境。