虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性。它是伴隨多媒體技術(shù)發(fā)展起來的計算機(jī)新技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨率顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，用戶需要通過特殊的交互設(shè)備才能進(jìn)入虛擬環(huán)境中。這是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)，它融合了數(shù)字圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支，從而大大推進(jìn)了計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。它的一個主要功能是生成虛擬境界的圖形，故此又稱為圖形。目前在此領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的是SGI、SUN等生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的專用工作站，但近來基于Intel奔騰（代）代芯片的和圖形加速卡的微機(jī)圖形工作站性能價格比優(yōu)異，有可能異軍突起。圖像顯示

2、設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現(xiàn)實(shí)世界的同時，提供高分辨率、大視場角的，并帶有立體聲耳機(jī)，可以使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的浸沒感。其他外設(shè)主要用于實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)的交互功能，包括、三維鼠標(biāo)、運(yùn)動跟蹤器、力反饋裝置、與合成系統(tǒng)等等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。它始于和航空航天領(lǐng)域的需求，但近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設(shè)計、教育培訓(xùn)、文化娛樂等方面。它正在改變著我們的生活。 虛擬與現(xiàn)實(shí)兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個詞放在一起，似乎沒有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。虛擬現(xiàn)實(shí)的明確定義不太好說，按最早提

3、出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者J.Laniar的說法，虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假想現(xiàn)實(shí)，意味著“用電子計算機(jī)合成的人工世界”。從此可以清楚地看到，這個領(lǐng)域與計算機(jī)有著不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現(xiàn)實(shí)的基本前提 。 主要特征多感知性(Multi-Sensory)所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種。 浸沒感(Immersion)又稱臨場感或存在感，指用戶感到作

4、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)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。 交互性(Interactivity)指用戶對模擬環(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)時性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。 構(gòu)想性(Imagination)又稱為自主性強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍

5、，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成 面臨的問題生成虛擬現(xiàn)實(shí)需要解決以下三個主要問題： 以假亂真的存在技術(shù)。即怎樣合成對觀察者的感官器官來說與實(shí)際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一樣的視覺，嗅覺等。 相互作用。觀察者怎樣積極和能動地操作虛擬現(xiàn)實(shí)，以實(shí)現(xiàn)不同的視點(diǎn)景象和更高層次的

6、感覺信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等。 自律性現(xiàn)實(shí)。感覺者如何在不意識到自己動作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實(shí)感。在這里，觀察者、傳感器、系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構(gòu)成了一個相互作用的閉環(huán)流程。 關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，其關(guān)鍵技術(shù)和研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1、環(huán)境建模技術(shù)即的建模，目的是獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，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。 2、立體聲合成和立體顯示技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動的相關(guān)性，同時在復(fù)雜的場景中實(shí)時生成立體圖形。 3、觸覺反饋技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中讓用戶能夠直接操作虛擬物體并感覺到虛擬物體的反作用

7、力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。 4、交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)中的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了和鼠標(biāo)的傳統(tǒng)模式，利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語音識別、語音輸入技術(shù)成為重要的人機(jī)交互手段。 5、系統(tǒng)集成技術(shù)由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)為重中之重：包括信息同步技術(shù)、模型標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、識別和合成技術(shù)等等。 虛擬現(xiàn)實(shí)是在計算機(jī)中構(gòu)造出一個形象逼真的模型。人與該模型可以進(jìn)行交互，并產(chǎn)生與真實(shí)世界中相同的，使人們獲得和真實(shí)世界中一樣的感受。當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境（合理虛擬現(xiàn)實(shí)）、人類不可能達(dá)到的環(huán)境（夸張?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)）或構(gòu)造純粹虛構(gòu)的環(huán)境（虛幻虛擬現(xiàn)實(shí)）以取代

8、需要耗資巨大的真實(shí)環(huán)境時，就可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)和在真實(shí)世界中一樣的感覺，就需要有能實(shí)現(xiàn)各種感覺的技術(shù)。人在真實(shí)世界中是通過眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官來實(shí)現(xiàn)視覺、觸覺（力覺）、嗅覺等功能的。人們通過視覺觀看到色彩斑斕的外部環(huán)境，通過感知豐富多彩的音響世界，通過觸覺了解物體的形狀和特性，通過嗅覺知道周圍的氣味?？傊?，通過，使我們能夠同客觀真實(shí)世界交互（交流），使我們浸沉于和真實(shí)世界一樣的環(huán)境中。 在這里，實(shí)現(xiàn)聽覺最為容易；實(shí)現(xiàn)視覺是最基本的也是必不可少的和最常用的；實(shí)現(xiàn)觸覺只有在某些情況下需要，現(xiàn)在正在完善；實(shí)現(xiàn)嗅覺還剛剛開始。 人從外界獲得的信息，有80%90%來自視覺。因此在虛

9、擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)和真實(shí)環(huán)境中一樣的視覺感受，對于獲得逼真感、浸沉感至為重要。 在虛擬現(xiàn)實(shí)中和通常圖像顯示不同的是，要求顯示的圖像要隨觀察者眼睛位置的變化而變化。此外，要求能快速生成圖像以獲和實(shí)時感。例如，時不要求實(shí)時，為了保證質(zhì)量每幅畫面需要多長時間生成不受限制。而虛擬現(xiàn)實(shí)時生成的畫面通常為30幀/秒。 有了這樣的圖像生成能力，再配以適當(dāng)?shù)囊繇懶Ч?，就可以使人有身臨其境的感受。 能夠提供視覺和聽覺效果的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，已被用于各種各樣的仿真系統(tǒng)中。城市規(guī)劃中，這樣的系統(tǒng)正發(fā)揮著巨大作用。例如，許多城市都有自己的近期、中期和遠(yuǎn)景規(guī)劃。在規(guī)劃中需要考慮各個建筑同周圍環(huán)境是否和諧相容，新建筑是否同周圍的

10、原有的建筑協(xié)調(diào)，以免造成建筑物建成后，才發(fā)現(xiàn)它破壞了城市原有風(fēng)格和合理布局。 這樣的仿真系統(tǒng)還可用以保護(hù)文物、重現(xiàn)古建筑。把珍貴的文物用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)出來供人參觀，有利于保護(hù)真實(shí)的古文物。曲阜的孔子博物院就是這么做的。它把也制成模型，觀眾通過計算機(jī)便可瀏覽到大成殿幾十根鏤空雕刻的盤龍大石柱，還可以繞到大成殿后面游覽。 用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來的水庫和江河湖泊仿真系統(tǒng)，更能使人一覽無遺。例如建立起模型后，便可在水庫建成之前，直觀地看到建成后的壯觀景象。蓄水后將最先淹沒哪些村莊和農(nóng)田，哪些文物將被淹沒，這樣能主動及時解決問題。如果建立了某地區(qū)防汛仿真系統(tǒng)，就可以模擬水位到達(dá)警戒線時哪些堤段會出現(xiàn)險

11、情，萬一發(fā)生決口將淹沒哪些地區(qū)。這對制定應(yīng)急預(yù)案有莫大的幫助。 虛擬現(xiàn)實(shí)的廣泛用途，把計算機(jī)應(yīng)用提高到一個嶄新的水平，其作用和意義顯而易見。此外，還可從更高的層次上來看待其作用和意義。 一是在觀念上，從“以計算機(jī)為主體”變 成“以人為主體”。二是在哲學(xué)上使人進(jìn)一步認(rèn)識“虛”和“實(shí)”之間的關(guān)系。 過去的人機(jī)界面（人同計算機(jī)的交流）要求人去適應(yīng)計算機(jī)，而使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，人可以不必意識到自己在同計算機(jī)打交道，而可以像在日常環(huán)境中處理事情一樣同計算機(jī)交流。這就把人從操作計算機(jī)的復(fù)雜工作中解放出來。在日益復(fù)雜、用途日益廣泛的今天，這充分發(fā)揮信息技術(shù)的潛力具有重大的意義。 虛和實(shí)的關(guān)系是一個古老的。我

12、們是處于真實(shí)的客觀世界中，還是只處于自己感覺世界中，一直是唯物論和唯心論爭論的焦點(diǎn)。以視覺為例，我們所看到的一切，不過是上的影像。過去，視網(wǎng)膜上的影像都是真實(shí)世界的反映，因此客觀的真實(shí)世界同主觀的感覺世界是一致的?，F(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)致了二重性，虛擬現(xiàn)實(shí)的景物對人感官來說是實(shí)實(shí)在在的存在，但它又的的確確是虛構(gòu)的東西?？墒?，按照虛構(gòu)東西行事，往往又會得出正確的結(jié)果。因此就引發(fā)了哲學(xué)上要重新認(rèn)識“虛”和“實(shí)”之間關(guān)系的課題。 代表性設(shè)備在VR系統(tǒng)中，有許多有趣的、功能不同的專用設(shè)備，下面選一些代表性的設(shè)備加以介紹。 BOOM可移動式顯示器它是一種半投入式視覺顯示設(shè)備。使用時，用戶可以把顯示器方便地置于

13、眼前，不用時可以很快移開。BOOM使用小型的陰極射線管，產(chǎn)生的像素數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液晶顯示屏，圖像比較柔和，分辨率為1280×1024像素，彩色圖像。 數(shù)據(jù)手套:數(shù)據(jù)手套一種輸入裝置，它可以把人手的動作轉(zhuǎn)化為計算機(jī)的輸入信號。它由很輕的彈性材料構(gòu)成。該彈性材料緊貼在手上，同時附著許多位置、方向傳感器和光纖導(dǎo)線，以檢測手的運(yùn)動。光纖可以測量每個手指的彎曲和伸展，而通過光電轉(zhuǎn)換，手指的動作信息可以被計算機(jī)識別。 TELETACT手套它是一種用于觸覺和力覺反饋的裝置，利用小氣袋向手提供觸覺和力覺的刺激。這些小氣袋能被迅速地加壓和減壓。當(dāng)虛擬手接觸一件虛擬物體時，存儲在計算機(jī)里的該物體的力模式被調(diào)

14、用，壓縮機(jī)迅速對氣袋充氣或放氣，使手部有一種非常精確的觸覺。 數(shù)據(jù)衣為了讓VR系統(tǒng)識別全身運(yùn)動而設(shè)計的輸入裝置。數(shù)據(jù)衣對人體大約50多個不同的關(guān)節(jié)進(jìn)行測量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過光電轉(zhuǎn)換，身體的運(yùn)動信息被計算機(jī)識別。通過BOOM顯示器和數(shù)據(jù)手套與虛擬現(xiàn)實(shí)交互數(shù)據(jù)衣。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個人計算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，計算機(jī)的屏幕用來作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭虛擬境界，并且有助于操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個手控輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)，追蹤球等，坐在前，通過計算

15、機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者并沒有完全投入，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，因而，應(yīng)用面比較廣。常見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有： 基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：這種技術(shù)不采用傳統(tǒng)的利用計算機(jī)生成圖像的方式，而采用連續(xù)拍攝的的圖像和視頻，在計算機(jī)中拼接以建立的實(shí)景化虛擬空間，這使得高度復(fù)雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計算代價得到，從而使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可能在PC平臺上實(shí)現(xiàn)。 VRML(虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言)：它是一種在Internet網(wǎng)上應(yīng)用極具前景的技術(shù)，它采用描述性的文本語言描述基本的三維物體的

16、造型，通過一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場景，當(dāng)瀏覽這些文本描述信息時，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場景。VRML的最大特點(diǎn)在于利用文本描述三維空間，大大減少了在Internet網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而使得需要大量數(shù)據(jù)的虛擬現(xiàn)實(shí)得以在Internet網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)。 桌面CAD系統(tǒng)：利用Open GL、DirectDraw等桌面三維圖形繪制技術(shù)對虛擬世界進(jìn)行建模，通過計算機(jī)的顯示器進(jìn)行觀察，并有能自由地控制的視點(diǎn)和視角。這種技術(shù)在某種意義上來說也是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它通過計算機(jī)計算來生成三維模型，模型的復(fù)雜度和真實(shí)感受桌面計算機(jī)計算能力的限制。 投入的虛擬現(xiàn)實(shí)高級虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全

17、投入的功能，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有： 基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，參與虛擬體驗(yàn)者要戴上一個頭盔式顯示器，視聽覺與外界隔絕，根據(jù)應(yīng)用的不同，系統(tǒng)將提供能隨頭部轉(zhuǎn)動而隨之產(chǎn)生的立體視覺、三維空間。通過語音識別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實(shí)世界一樣。這是目前沉浸度最高的一種虛擬現(xiàn)實(shí)系

18、統(tǒng)。 投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：它可以讓參與者從一個屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象，為此，使用中電視技術(shù)中的"鍵控"的技術(shù)，參與者站在某一純色(通常為蘭色)背景下，架在參與者前面的攝像機(jī)捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數(shù)據(jù)傳送給處理的計算機(jī)，計算機(jī)將參與者的形象與純色背景分開，換成一個虛擬空間，與計算機(jī)相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一起投射到參與者觀看的屏幕上，這樣，參與者就可以看到他自己在虛擬空間中的活動情況。參與者還可以與虛擬空間進(jìn)行實(shí)時的交互，計算機(jī)可識別參與者的動作，并根據(jù)用戶的動作改變虛擬空間，比如來回拍一個虛擬的球或走動等，這可使得參與者感覺

19、就象是在真實(shí)空間中一樣。 遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)：遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)是一種虛擬現(xiàn)實(shí)與機(jī)器人控制技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，當(dāng)某處的參與者操縱一個虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時，其結(jié)果卻在另一個地方發(fā)生，參與者通過立體顯示器獲得深度感，顯示器與遠(yuǎn)地的攝像機(jī)相連；通過運(yùn)動跟蹤與反饋裝置跟蹤操作員的運(yùn)動，反饋遠(yuǎn)地的運(yùn)動過程(如阻尼、碰撞等)，并把動作傳送到遠(yuǎn)地完成。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便感知感受。這種類型虛擬現(xiàn)實(shí)典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面

20、前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)和導(dǎo)航偏差。 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)如果多個用戶通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)和SIMNET，作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(Defense Simulation Internet， DSI)是目前最大的VR項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目是由推動的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，目的是使各種不同的仿真器可以在巨型網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)，它是美國國防1980年提出的SIMNET計劃的產(chǎn)物。SIMNET由坦克仿真器(Cab類型的)通過網(wǎng)絡(luò)連

21、接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET，位于的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運(yùn)行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習(xí)。 應(yīng)用早在20世紀(jì)70年代便開始將虛擬現(xiàn)實(shí)用于培訓(xùn)宇航員。由于這是一種省錢、安全、有效 的培訓(xùn)方法，現(xiàn)在已被推廣到各行各業(yè)的培訓(xùn)中。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)已被推廣到不同領(lǐng)域中，得到廣泛應(yīng)用。 1.在科技開發(fā)上虛擬現(xiàn)實(shí)可縮短開發(fā)周期，減少費(fèi)用。例如克萊斯勒公司1998年初便利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在設(shè)計某兩種新型車上取得突破，首次使設(shè)計的新車直接從計算機(jī)屏幕投入生產(chǎn)線，也就是說完全省略了中間的試生產(chǎn)。 由于利用了卓越的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使克萊斯勒避免了1500項(xiàng)設(shè)計差錯，節(jié)約了8個月的開發(fā)

22、時間和8000萬美元費(fèi)用。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以進(jìn)行汽車沖撞試驗(yàn)，不必使用真的汽車便可顯示出不同條件下的沖撞后果。 在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。用它來設(shè)計新材料，可以預(yù)先了解改變成分對材料性能的影響。在材料還沒有制造出來之前便知道用這種材料制造出來的零件在不同受力情況下是如何損壞的。 2.商業(yè)上虛擬現(xiàn)實(shí)常被用于推銷。例如建筑工程投標(biāo)時，把設(shè)計的方案用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)出來，便可把業(yè)主帶入未來的建筑物里參觀，如門的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。它同樣可用于旅游景點(diǎn)以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。因?yàn)橛锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)這類商品的魅

23、力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。 3.醫(yī)療上虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用大致上有兩類。一是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的醫(yī)生更容易了解人體的構(gòu)造和功能。另一是虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。 4.軍事上利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬戰(zhàn)爭過程已成為最先進(jìn)的多快好省的研究戰(zhàn)爭、培訓(xùn)指揮員的方法。也是由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到很高水平，所以盡管不進(jìn)行核試驗(yàn)，也能不斷改進(jìn)核武器。戰(zhàn)爭實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)預(yù)定方案用于實(shí)戰(zhàn)方面也能起巨大作用。1991年海灣戰(zhàn)爭開始前，美軍便把各種自然環(huán)境和軍隊(duì)的各種數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)內(nèi)，進(jìn)行各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案。后來實(shí)際作戰(zhàn)的發(fā)展和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事模擬中的應(yīng)用現(xiàn)

24、狀與前景虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事模擬中的應(yīng)用， 是外軍于 2O 世紀(jì) 9O 年代開始興起并逐步推 廣的一種新的現(xiàn)代模擬訓(xùn)練方式，它是綜合運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在視覺、聽覺、 觸覺等方面為受訓(xùn)者生成一個極為逼真的未來戰(zhàn)爭虛擬環(huán)境， 使受訓(xùn)者最大限度 地得到近似實(shí)戰(zhàn)化的訓(xùn)練1。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使受訓(xùn)者在視覺 和聽覺上真實(shí)體驗(yàn)戰(zhàn)場環(huán)境、熟悉將作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境特征。用戶通過必要的設(shè)備 可與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實(shí) 環(huán)境的感受和體驗(yàn)。 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的實(shí)現(xiàn)方法可通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖 像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等。通過背景生成與 圖像合

25、成創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實(shí)的立體戰(zhàn)場環(huán)境。使演練者“真正”進(jìn)入 形象逼真的戰(zhàn)場。從而可以增強(qiáng)受訓(xùn)者的臨場感覺，大大提高訓(xùn)練質(zhì)量。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事模擬中的運(yùn)用主要體現(xiàn)在以下方面：虛擬戰(zhàn)爭環(huán)境，單 兵模擬訓(xùn)練，近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，多兵種聯(lián)合演習(xí)以及武器裝備研制的模擬。 虛擬戰(zhàn)爭環(huán)境，即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn) 地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實(shí)的 立體戰(zhàn)場環(huán)境，以增強(qiáng)其臨場感覺，提高訓(xùn)練質(zhì)量2。 單兵模擬訓(xùn)練，即讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過操 作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體驗(yàn)不同的作戰(zhàn)效果， 進(jìn)而

26、像參加實(shí)戰(zhàn)一樣，鍛煉和提高技戰(zhàn)術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受力。與 常規(guī)的訓(xùn)練方式相比較，虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練具有環(huán)境逼真， “身臨其境”感強(qiáng)、場景 多變，訓(xùn)練針對性強(qiáng)和安全經(jīng)濟(jì)，可控制性強(qiáng)等特點(diǎn)。如美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實(shí)時交互圖形，且有圖形 以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中 飛機(jī)以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。 近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)把在地理上分散的各個學(xué)校、戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)的 多個訓(xùn)練模擬器和仿真器連接起來，以當(dāng)前的武器系統(tǒng)、配置、戰(zhàn)術(shù)和原則為基 礎(chǔ)，把陸軍的近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、空軍的合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練

27、系統(tǒng)、防空合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練 系統(tǒng)、野戰(zhàn)炮兵合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、工程兵合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)和廣 域網(wǎng)連接起來3。這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，可以使眾多軍事單位參與到作戰(zhàn)模擬 之中，而不受地域的限制，具有動態(tài)分布交互作用；可以進(jìn)行戰(zhàn)役理論和作戰(zhàn)計 劃的檢驗(yàn)，并預(yù)測軍事行動和作戰(zhàn)計劃的效果；可以評估武器系統(tǒng)的總體性能， 啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。 多兵種聯(lián)合演習(xí)，建立一個“虛擬戰(zhàn)場” ，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬 環(huán)境中的各種情況及其變化，實(shí)施“真實(shí)的”對抗演習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根 據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖， 讓受訓(xùn)指揮員通過傳感裝置觀察雙方兵力部 署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情。在這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境中,可

28、以使眾多軍事單位 參與到作戰(zhàn)模擬來中,而且不受地域的限制,可以大大提高戰(zhàn)役訓(xùn)練的效益;還可 以評估武器系統(tǒng)的總體性能,啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)可以任意增 加聯(lián)合演習(xí)的次數(shù),這樣便于作戰(zhàn)方案與理論的研究。傳統(tǒng)的實(shí)兵演習(xí)周期長、 耗費(fèi)大,如果借助虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練,就可以較小的代價、 較短的時間實(shí) 施大規(guī)模戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)略級演習(xí),并可通過多次演習(xí)或一次演習(xí)多種方案,發(fā)現(xiàn)、解決 實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問題。 武器裝備研制的模擬, 在武器裝備研制的過程中,廣泛采用 VR 技術(shù)可以使 設(shè)計研發(fā)人員在研制出真實(shí)系統(tǒng)之前,先設(shè)計一個虛擬武器系統(tǒng),對其進(jìn)行先期 的虛擬實(shí)驗(yàn),并根據(jù)未來戰(zhàn)爭的特點(diǎn)和各種作戰(zhàn)設(shè)

29、想,設(shè)置多種典型戰(zhàn)場環(huán)境、 作 戰(zhàn)背景進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證評估;還可以讓研制者和用戶同時進(jìn)入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操 作虛擬的武器系統(tǒng),充分利用系統(tǒng)提供的各種虛擬環(huán)境,檢驗(yàn)武器系統(tǒng)的設(shè)計方 案和戰(zhàn)技術(shù)性能指標(biāo)及其操作的合理性。 這樣不僅可以大大縮短武器系統(tǒng)的研制 周期,節(jié)省大量的研制經(jīng)費(fèi),并能對武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理評估,從而使武 器的性能指標(biāo)更接近實(shí)戰(zhàn)要求。 虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事模擬上有很多的運(yùn)用，因此其前景也很可觀。下面主要從國 內(nèi)和國外兩個視角研究虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事上的前景。 美國 VR 研究技術(shù)走在國際前列。上個世紀(jì)八十年代美軍在加利福尼亞 Fort Irwin 建立了國家培訓(xùn)中心， 應(yīng)用戰(zhàn)術(shù)演習(xí)仿真系統(tǒng)

30、 TES(Tactical Engage： merit Simulation system)對士兵進(jìn)行培訓(xùn)。這個做法很快就被英、德、法、瑞士等國 軍隊(duì)采納并裝備類似的系統(tǒng)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是從用于駕駛員訓(xùn)練的軍事模擬器發(fā) 展 起 來 的 。 最 早 的 分 布 式 虛 擬 戰(zhàn) 場 環(huán) 境 則 是 1983 年 美 國 陸 軍 制 定 的 SIMNET(Simulator Networking)研究計劃，其目的是把 200 多個虛擬系統(tǒng)模擬器 聯(lián)網(wǎng)，組成一個實(shí)時的可供多人共享的虛擬環(huán)境主要用于模擬坦克、飛機(jī)、車 輛等各種武器裝備。每個 SIMNET 模擬器都是一個獨(dú)立的裝置，它復(fù)現(xiàn) MI 主戰(zhàn)坦

31、克的內(nèi)部，包括：導(dǎo)航設(shè)備、武器、傳感器和顯示器等。車載武器、傳感器和發(fā) 動機(jī)由車載計算機(jī)動態(tài)模擬，該計算機(jī)還包含整個虛擬戰(zhàn)場的數(shù)據(jù)庫生成。坦克 乘員之間的通信是借助于車內(nèi)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的， 而與其它模擬器之間的通信是通 過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)由話音和電子報文實(shí)現(xiàn)的。 1987 年已有 250 個模擬器投入運(yùn)行。 1988 年整個系統(tǒng)開始啟動，目前已進(jìn)入運(yùn)行階段4。 美陸軍 1992 年提出了“近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)”(CCTT)，投資 10 億美元。它利 用許多先進(jìn)的主干系統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)合分布式交互仿真，建立一個虛擬作戰(zhàn)環(huán)境， 供單兵在人工合成環(huán)境中完成作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)。這個由美陸軍主持的國防仿真網(wǎng)， 通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)著從韓國到歐洲的大約 65 工作站，各站之間可迅速傳 遞模型和數(shù)據(jù)。它包括“艾布拉姆斯”坦克、 “布雷得利”戰(zhàn)車、HUMVEES 武器 系統(tǒng)，使士兵能在虛擬環(huán)境的動態(tài)地形進(jìn)行作戰(zhàn)。美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制的 飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實(shí)時交互圖形，且有圖形以外的 聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以 外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。美國西南研究所為美國海軍 部隊(duì)研制了近距離戰(zhàn)斗系統(tǒng)。它的頭盔顯示器可以讓戰(zhàn)士進(jìn)行射擊