虛擬現(xiàn)實(shí)概述

1、一、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述自從計(jì)算機(jī)發(fā)明以來，計(jì)算機(jī)一直是傳統(tǒng)信息處理環(huán)境的主體，它只具有在數(shù)字化的單維信息空間中處理問題的能力。而事實(shí)上，人類是依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位的獲取知識(shí)，是在多維化的信息空間中認(rèn)識(shí)問題。這樣就產(chǎn)生了人類認(rèn)識(shí)問題的認(rèn)識(shí)空間與計(jì)算機(jī)處理問題的信息空間不一致的矛盾，人類被排斥在計(jì)算機(jī)為主體的信息處理環(huán)境之外，而且較難以直接理解信息處理工具的處理結(jié)果，更難以把人類的感知能力和認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)信息處理環(huán)境直接聯(lián)系起來。因此，人們迫切需要突破現(xiàn)有的數(shù)字計(jì)算機(jī)只能處理單純數(shù)字信息的限制，建立一個(gè)能包容圖像、聲音、化學(xué)氣味等多種信息源的信息空間，人們不但可以從外部觀察信息處理的結(jié)

2、果，而且能通過視覺、聽覺、嗅覺、口令、手勢(shì)等多種形式參與到信息處理環(huán)境中去，這種信息處理環(huán)境被稱為虛擬環(huán)境。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(其中虛擬世界是全體虛擬環(huán)境的總稱)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所建立的信息空間，已不再是單純的數(shù)字信息空間，而是一個(gè)包容多種信息的多維化的信息空間(Cyberspace)，人類的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)能力都能在這個(gè)多維化的信息空間中得到充分的發(fā)揮。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能讓參與者具有身臨其境感，具有完善地交互作用能力的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在硬件方面，需要高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件和各

3、類先進(jìn)的傳感器；軟件方面，主要是需要提供一個(gè)能產(chǎn)生虛擬環(huán)境的工具集。二、 國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究狀況2.1 國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究（1）、美國(guó)的研究狀況美國(guó)是從事虛擬現(xiàn)實(shí)研究最早、研究范圍和水平最高、相關(guān)研究對(duì)國(guó)家發(fā)展貢獻(xiàn)最大的國(guó)家，從事虛擬現(xiàn)實(shí)的大學(xué)包括MIT、Stanford大學(xué)、華盛頓大學(xué)、UniversityofIllinoisatChicago、CMU等幾乎所有著名的大學(xué)，其研究?jī)?nèi)容側(cè)重新概念發(fā)展(如虛擬現(xiàn)實(shí)的概念模型)、單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)(如觸覺反饋)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并參加了許多有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)的國(guó)家項(xiàng)目。美國(guó)VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國(guó)際VR發(fā)展的水平。目前美國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中

4、在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。（2）、日本的研究狀況在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開發(fā)中，日本是居于領(lǐng)先位置的國(guó)家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實(shí)硬件是從美國(guó)進(jìn)口的。（3）、英國(guó)的研究與開發(fā)在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國(guó)是領(lǐng)先的。到1991年底，英國(guó)已有從事VR的六個(gè)主要中心，它們是WIndustries（工業(yè)集團(tuán)公司），BritishAerospace（英國(guó)航空公司），DimensionInternational，DivisionLtd

5、，AdvancedRoboticsResearchCenter和VirtualPresenceLtd（主要從事VR職產(chǎn)品銷售）。（4）、歐洲其它國(guó)家VR的研究在歐洲其它一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家如：荷蘭、德國(guó)、瑞典等也積極進(jìn)行了VR的研究與應(yīng)用。瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個(gè)基于Unix的，不同節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)進(jìn)程可以在同一世界中工作的異質(zhì)分布式系統(tǒng)。荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實(shí)驗(yàn)室(TNO-PEL)開發(fā)的訓(xùn)練和模擬系統(tǒng)，通過改進(jìn)人機(jī)界面來改善現(xiàn)有模擬系統(tǒng)，以使用戶完全介入模擬環(huán)境。德國(guó)的計(jì)算機(jī)圖形研究所(IGD)的測(cè)試平臺(tái)，用于評(píng)估VR對(duì)未來系統(tǒng)和界面的影響，以及向用戶和生產(chǎn)者提供通向先進(jìn)的

6、可視化、模擬技術(shù)和VR技術(shù)的途徑。另外，德國(guó)在建筑業(yè)、汽車工業(yè)及醫(yī)學(xué)界等也較早應(yīng)用了VR技術(shù)，如德國(guó)一些著名的汽車企業(yè)奔馳、寶馬、大眾等都使用了VR技術(shù)；制藥企業(yè)將VR用于新藥的開發(fā)；醫(yī)院開始用人體數(shù)字模型進(jìn)行手術(shù)實(shí)驗(yàn)。2.2 國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究國(guó)內(nèi)研究狀況和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)VR技術(shù)起步較晚，還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情制定了開展VR技術(shù)的研究，九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把VR列入了研究項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系：著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理

7、；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境、用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)等。浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感的方面進(jìn)行了研究。西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究，提

8、出了一種基于JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度。北方工業(yè)大學(xué)CAD研究中心是我國(guó)最早開展計(jì)算機(jī)動(dòng)畫研究的單位之一，中國(guó)第一部完全用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)制作的科教片相似就出自該中心。當(dāng)前，我國(guó)專注于虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真領(lǐng)域的軟硬件研發(fā)與推廣，已具備了國(guó)際上比較先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解決方案和相關(guān)服務(wù)，產(chǎn)品有:虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器(VRP-Builder)、數(shù)字城市仿真平臺(tái)(VRP-Digicity)、物理模擬系統(tǒng)(VRP-Physics)、三維網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(VRPIE)、工業(yè)仿真平臺(tái)(VRP-Indusim)，三維仿真系統(tǒng)開發(fā)包(VRP-SDK)，以及多通道環(huán)幕立體投影解決方案等，能夠滿足

9、不同領(lǐng)域不同層次的客戶對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的需求。02年和07在國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目數(shù)字奧運(yùn)仿真中發(fā)揮了重要的作用，為08奧運(yùn)虛擬現(xiàn)實(shí)提供了技術(shù)支持。三、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征及其構(gòu)成3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征G.Burdea在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和它的應(yīng)用一文中，用三個(gè)“I”、“Immersion”、“Interaction”、“Imagination”來說明虛擬現(xiàn)實(shí)的特征，即沉浸、交互、想象，三者缺一不可。（1）、沉浸性(Immersion)是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象的相互作用，就

10、如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。（2）、交互性(Interaction)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。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。計(jì)算機(jī)能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運(yùn)動(dòng)，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技能，就能對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行考察或操作。（3）、多感知性(Imagination)。由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，

11、使用者在虛擬環(huán)境中通過人機(jī)交互，可獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。研究和開發(fā)VR是為了擴(kuò)展人類的認(rèn)知與感知能力，建立和諧的人機(jī)環(huán)境。VR技術(shù)是人與技術(shù)完善的結(jié)合，它是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人-機(jī)交互技術(shù)發(fā)展之產(chǎn)物，人在整個(gè)系統(tǒng)中占有十分重要的地位。利用VR技術(shù)的手段，使我們對(duì)所研究的對(duì)象和環(huán)境獲得“身臨其境”的感受，從而提高人類認(rèn)知的廣度與深度，拓寬人類認(rèn)識(shí)客觀世界的“認(rèn)識(shí)空間”和“方法空間”，最終達(dá)到更本質(zhì)地反映客觀世界的實(shí)質(zhì)。3.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的種類分類的依據(jù)不同，虛擬現(xiàn)實(shí)的種類也就不同。根據(jù)目前的發(fā)展來看，最常見的虛擬現(xiàn)實(shí)分類標(biāo)準(zhǔn)是按照其功能高低來進(jìn)行劃分。虛擬現(xiàn)實(shí)

12、按其功能高低大體可分為四類：桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(DesktopVR)，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（ImmersionVR），分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（DistributedVR），增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（1）、桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站實(shí)現(xiàn)仿真，計(jì)算機(jī)的屏幕作為參與者或用戶觀察虛擬環(huán)境的一個(gè)窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭該虛擬環(huán)境，并且用于操縱在虛擬場(chǎng)景中的各種物體。由于桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以通過桌上型機(jī)實(shí)現(xiàn)，所以成本較低，功能也比較單一，主要用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算機(jī)輔助制造CAM、建筑設(shè)計(jì)、桌面游戲等領(lǐng)域。（2）、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)采用頭盔

13、顯示，以數(shù)據(jù)手套和頭部跟蹤器為交互裝置，把參與者或用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，使參與者暫時(shí)與真實(shí)環(huán)境相隔離，而真正成為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)參與者，并可以利用各種交互設(shè)備操作和駕馭虛擬環(huán)境，給參與者一種充分投入的感覺。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)能讓人有身臨其境的真實(shí)感覺，因此常常用于各種培訓(xùn)演示及高級(jí)游戲等領(lǐng)域。但是由于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)需要用到頭盔、數(shù)據(jù)手套、跟蹤器等高技術(shù)設(shè)備，因此它的價(jià)格比較昂貴，所需要的軟件、硬件體系結(jié)構(gòu)也比桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)更加靈活。（3）、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，充分利用分布于各地的資源，協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)是沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的

14、發(fā)展，它把分布于不同地方的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，共同實(shí)現(xiàn)某種用途，它使不同的參與者聯(lián)結(jié)在一起，同時(shí)參與一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，使用戶協(xié)同工作達(dá)到一個(gè)更高的境界。在目前，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)主要基于兩種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，一類是基于Internet的虛擬現(xiàn)實(shí)，另一類是基于告訴專用網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)。（4）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)又稱為混合虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)，即可減少構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的開銷，因?yàn)椴糠终鎸?shí)環(huán)境由虛擬環(huán)境代替，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，因?yàn)椴糠窒到y(tǒng)就是真實(shí)環(huán)境，從而真正達(dá)到了亦真亦幻的境界。另外，還有一些其他的分類方法，如根據(jù)虛

15、擬現(xiàn)實(shí)生成的方式，可將其分為基于幾何模型的圖形構(gòu)造虛擬現(xiàn)實(shí)和基于實(shí)景圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)生成器的性能和組成可將其分為四類：基于PC機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、基于工作站的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、高度平行的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；根據(jù)交互界面的不同可將其分為五類：世界之窗、視頻映射、沉浸式系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、混合系統(tǒng)。3.3虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的模型表示如圖。用戶通過傳感裝置直接對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行操作，并得到實(shí)時(shí)三維顯示和其它反饋信息(如觸覺、力覺反饋等)。當(dāng)系統(tǒng)與外部世界通過傳感裝置構(gòu)成反饋閉環(huán)時(shí)，在用戶的控制下，用戶與虛擬環(huán)境間的交互可以對(duì)外部世界產(chǎn)生作用(如遙操作等)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要

16、由以下六個(gè)模塊構(gòu)成，如圖。（1）檢測(cè)模塊：檢測(cè)用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。（2）反饋模塊：接受來自傳感器模塊信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。（3）傳感器模塊：一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。（4）控制模塊：對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。(5)建模模塊：獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。3.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾方面:（1）、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)

17、，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)(有規(guī)則的環(huán)境)，而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術(shù)，兩者的有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。建模包括幾何建模、物理建模、運(yùn)動(dòng)建模。（2）、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)。三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，其關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生成。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15幀/s，最好是高于30幀/s。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。（3）、立體顯示和傳感器技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)有的設(shè)備還遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要

18、，例如，頭盔過重，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn)；另外，力覺和觸覺傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。（4）、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度地提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。（5）、系統(tǒng)集成技術(shù)。由于虛擬現(xiàn)實(shí)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)

19、定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別和合成技術(shù)等。四、 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)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、圖形理論學(xué)、仿真技術(shù)和微電子技術(shù)等的飛速發(fā)展而發(fā)展。（1）、虛擬現(xiàn)實(shí)地圖的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在地圖學(xué)中一個(gè)主要應(yīng)用是制作虛擬現(xiàn)實(shí)地圖。涉及到以下技術(shù):利用VR強(qiáng)大的三維場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)造三維地形模型，制作各種地物，真實(shí)地再現(xiàn)自然景觀;利用其它的環(huán)境編輯器對(duì)環(huán)境進(jìn)行渲染。利用VR技術(shù)多感通道編輯器對(duì)以視覺為主的感覺進(jìn)行仿真，使用戶能以真實(shí)的感覺“進(jìn)入”地圖。利用數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等交互工具從分析應(yīng)用工具箱中提供應(yīng)用工具，模擬人在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行工作，如距離量算、面積計(jì)算等。

20、（2）、在軍事現(xiàn)代化中的應(yīng)用怎樣進(jìn)行無人戰(zhàn)爭(zhēng)是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。要進(jìn)行無人戰(zhàn)爭(zhēng)的前提是要熟悉敵方的各種情況以及能靈活指揮。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)此目的。利用VR技術(shù)的強(qiáng)大三維場(chǎng)景模型，就可使指揮官親臨前線，掌握敵人的盡可多情況。在現(xiàn)在的導(dǎo)彈發(fā)射中，就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使人在屏幕上跟蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡，動(dòng)態(tài)調(diào)整其運(yùn)動(dòng)方向，使其順利到達(dá)其目標(biāo)。美國(guó)的太空演習(xí)戰(zhàn)中也就是利用VR技術(shù)。VR技術(shù)在軍事中的應(yīng)用隨著高科技的發(fā)展會(huì)越來越重要，其發(fā)揮的威力也會(huì)更大。（3）、在GIS中的應(yīng)用在GIS中利用VR技術(shù)的三維場(chǎng)景模型和多感通道編輯器來對(duì)三維地物進(jìn)行視覺的仿真，使人親臨地物之中，具有逼真的感覺。在利用VR技

21、術(shù)中，地理空間數(shù)據(jù)庫的支持特別重要。地理數(shù)據(jù)庫以地形數(shù)據(jù)為主，包括地形、水下、居民點(diǎn)、交通線、地物的三維數(shù)據(jù)等，是生成空間定位地形圖像的基礎(chǔ)。與之相配合的是地面影像數(shù)據(jù)庫，這是根據(jù)已定位的航空照片與衛(wèi)星照片數(shù)字化而成，是構(gòu)成地形三維圖像的重要數(shù)據(jù)來源。（4）、在空間信息可視化的應(yīng)用空間信息可視化一直是中國(guó)地圖科學(xué)家關(guān)注的問題，其實(shí)現(xiàn)的主要途徑是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。（5）、在其它方面的應(yīng)用VR技術(shù)在圖像處理、電影業(yè)、文藝方面、醫(yī)療、娛樂、機(jī)器視覺等都有很大的作用。五、 虛擬現(xiàn)實(shí)的幾個(gè)瓶頸問題（1）、虛擬環(huán)境表示的準(zhǔn)確性。為使虛擬環(huán)境與客觀世界相一致，需要對(duì)其中種類繁多、構(gòu)形復(fù)雜的信息做出準(zhǔn)確、完備的描

22、述。同時(shí)，需要研究高效的建模方法，重建其演化規(guī)律以及虛擬對(duì)象之間的各種相互關(guān)系與相互作用。（2）、虛擬環(huán)境感知信息合成的真實(shí)性。抽象的信息模型并不能直接為人類所直接感知，這就需要研究虛擬環(huán)境的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感知信息的合成方法，重點(diǎn)解決合成信息的高保真性和實(shí)時(shí)性問題，以提高沉浸感。（3）、人與虛擬環(huán)境交互的自然性。合成的感知信息實(shí)時(shí)地通過界面?zhèn)鬟f給用戶，用戶根據(jù)感知到的信息對(duì)虛擬環(huán)境中事件和態(tài)勢(shì)做出分析和判斷，并以自然方式實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境的交互。這就需要研究基于非精確信息的多通道人機(jī)交互模式和個(gè)性化的自然交互技術(shù)等，以提高人機(jī)交互效率。（4）、實(shí)時(shí)顯示問題。盡管理論上講能夠建立起高度逼真

23、的，實(shí)時(shí)漫游的VR，但至少現(xiàn)在來講還達(dá)不到這樣的水平。這種技術(shù)需要強(qiáng)有力的硬件條件的支撐，例如速度極快的圖形工作站和三維圖形加速卡，但目前即使是最快的圖形工作站也不能產(chǎn)生十分逼真，同時(shí)又是實(shí)時(shí)交互的VR。其根本原因是因?yàn)橐肓擞脩艚换ィ枰獎(jiǎng)討B(tài)生成新的圖形時(shí)，就不能達(dá)到實(shí)時(shí)要求，從而不得不降低圖形的逼真度以減少處理時(shí)間，這就是所謂的景物復(fù)雜度問題。（5）、圖形生成。圖形生成是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要瓶頸，虛擬現(xiàn)實(shí)最重要的特性是人可以在隨意變化的交互控制下感受到場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)特性，換句話說，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求隨著人的活動(dòng)(位置、方向的變化)即時(shí)生成相應(yīng)的圖形畫面。（6）、智能技術(shù)(ArtificialIntelligence，簡(jiǎn)稱AI)。在VR中，計(jì)算機(jī)是從人的各種動(dòng)作，語言等變化中獲得信息，要正確理解這些信息，需要借助于AI技術(shù)來解決，如語音識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言理解等，這些智能接口領(lǐng)域的研究課題是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是VR技術(shù)的難點(diǎn)。本質(zhì)上，上述6個(gè)問題的解決使得用戶能夠身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達(dá)到探索、認(rèn)識(shí)客觀事物的目的。概括地說，圍繞著虛擬現(xiàn)實(shí)展開的研究都是圍繞著這6個(gè)基本問題的。六、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來的發(fā)展與展望虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末才興起來的一門嶄新綜合性的信息技術(shù)，尚處于初創(chuàng)時(shí)期，