关于对虚拟现实发展及现状的探析

时间：2015-12-21 01:41:56 所属分类：计算机技术 浏览量:

论文关键词：虚拟现实 现状 发展趋势 论文摘要：介绍了虚拟现实技术的概念、基本特征与类型，并从虚拟现实技术的特点和应用出发，论述虚拟现实技术在各个领域的应用，并针对虚拟现实技术的现状和发展趋势进行了简单分析。 随着科学技术的迅猛发展，虚拟现实

　　论文关键词：虚拟现实 现状 发展趋势
　　论文摘要：介绍了虚拟现实技术的概念、基本特征与类型，并从虚拟现实技术的特点和应用出发，论述虚拟现实技术在各个领域的应用，并针对虚拟现实技术的现状和发展趋势进行了简单分析。
　　
　　随着科学技术的迅猛发展，虚拟现实技术成为近几年来国内外科技界关注的一个热点，它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。
　　
　　一、虚拟现实分类
　　
　　根据用户参与的形式的不同，通常把虚拟现实分成四大类。桌面虚拟现实，沉浸的虚拟现实，增强现实性的虚拟现实，分布式虚拟现实。
　　（一）桌面虚拟现实
　　桌面虚拟现实（PCVR）系统，基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。 其实就是使用个人计算机即PC机或PC工作站去产生仿真，桌面虚拟现实的参与者是不完全沉浸的，他要求参与者使用标准的CRT显示器和立体显示技CJFD2000以及位置跟踪器和另外一个手控输入设备，如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器，戴上立体眼镜坐在监视器前，在一些专业软件的帮助下，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。
　　（二）沉浸的虚拟现实
　　沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统，它的优点是使用户全身心地沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。
　　（三）增强现实性的虚拟现实
　　 增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。
　　（四）分布式虚拟现实
　　分布式虚拟现实系统是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来，多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的，从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。
　　
　　二、国内外虚拟现实的发展及其现状
　　
　　（一）美国研究状况
　　美国作为VR技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。近年来,虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用所获得的巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大了对虚拟现实技术研究的支持力度。在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用：（1）武器系统性能评价；（2）武器操纵训练；（3）指挥大规模军事演习。虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。美国政府所支持的虚拟现实研究也正是紧紧围绕着提供这三种能力的系统和环境而展开的。
　　在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。这些环境的特点是有明确的目的性、大规模、复杂及主动性。有目的性的含义是在环境中的活动者具有明确的目标，并主动采取行动来达到这些目标。海军研究生院图形和图像实验室(Naval Postgraduate School Graphics and Video laboratory)的研究目标是为基于网络化虚拟环境的交互仿真开发低价格模拟器。他们正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器NPSNET4。它使用SIMNET和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的通信。NPSNET计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。美国陆军研究所(U.S.Army Research Institute)从事虚拟环境的行为科学和计算机科学两方面的研究,并在美国陆军委员会支持下的用于战斗训练的仿真电子战场的应用中发挥着重要作用。密西根大学(University of Michigan)承担了SOAR项目，其目的是要通过提供改进了的空仿真兵力来扩充LORAL MODSAF。这一计划将使美国国防部在虚拟战役仿真中具有智能化的和难以战胜的敌方战机具备时态推理能力、多目标管理和传感能力，使管理和操纵敌方兵力的人减至最少。

在航天领域，现在NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早的大学，他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。
　　美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，,在世界上处于领先地位。
　　（二）中国研究现状
　　我国VR技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入研究项目。
　　国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。
　　虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发展。流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用。
　　最近，中国首款虚拟现实游戏射日精英也已经横空出世。
　　 　　
　　纵观多年来的发展历程，VR技术的未来研究仍将遵循“低成本、高性能”这一原则，从软件、硬件上展开，并将在以下主要方向发展：
　　动态环境建模技术。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
　　实时三维图形生成和显示技术。在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
　　新型交互设备的研制。虚拟现实需要头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此，新型、便宜、做工精良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。
　　智能化语音虚拟现实建模。虚拟现实建模如果将VR技术与智能技术、语音识别技术结合起来将会给虚拟现实的发展带来巨大的意义。
　　大型网络分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality，DVR)的应用。目前，分布式虚拟交互仿真已成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、MA等相关标准。网络分布式VR在航天中极具应用价值，例如，国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费设备费用，而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适。
　　
　　结语
　　
　　虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经经历了一段相当长的时间，伴随着计算机图像技术和计算机网络技术的不断发展，我们的虚拟现实技术也将迎来一个快速发展的阶段，使我们的虚拟现实中的场景更加真实，虚拟显示中的人物也更加形象生动，成为一个真正意义上的“人”。
　　
　　参考文献
　　[1]胡小强．虚拟现实技术[M].北京：机械工业出版社，2005．
　　[2]黄明吉．虚拟数控技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2005.
　　[3]蒋庆全．国外VR技术发展综述[J]．飞航导弹，2002，(1)．

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