新科技對人類生活的影響及貢獻(xiàn)技術(shù)介紹

1、新科技對人類生活的影響及貢獻(xiàn)1. 前言從近代以來，特別是現(xiàn)代，科學(xué)技術(shù)迅速地、大規(guī)模地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，給人類社會帶來空前的繁榮。科技進(jìn)步毫無疑義為人類帶來了幸福美好的生活，對人類生活產(chǎn)生了巨大的影響。二十世紀(jì)人類取得了一系列科學(xué)技術(shù)的輝煌成就。并形成了電子信息、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、航天航空、原子能等高技術(shù)領(lǐng)域和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中對經(jīng)濟(jì)和社會影響面最廣、影響力最大，影響持續(xù)時間最長的是電子信息技術(shù)。隨著二十世紀(jì)八、九十年代互聯(lián)網(wǎng)在全世界的迅猛興起，對經(jīng)濟(jì)活動和人類生活方式產(chǎn)生了深刻的影響，并形成了一個覆蓋全球的開發(fā)和使用信息資源的信息大通道，進(jìn)入了人類社會生活的方方面面，對政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科技、

2、文化、社會等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，從而揭開信息經(jīng)濟(jì)時代的序幕。三維虛擬技術(shù)作為電子信息技術(shù)的重要組成部分，它是利用電腦模擬產(chǎn)生一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺的感官世界，讓使用者如同身臨其境的感受與立體的、交互的、動感的強(qiáng)烈震撼。通過三維虛擬技術(shù)，可以建立大型多人在線互動的平臺，將人類的活動范圍延伸至無限的虛擬世界當(dāng)中，在此平臺中，人們可以通過語音、視頻、文字等實(shí)時通訊手段流暢地進(jìn)行各種交流；也可以通過握手、擁抱等簡單動作進(jìn)行交互；在應(yīng)用方面，還可以集成更多地三維應(yīng)用，如虛擬商店、虛擬課堂、虛擬醫(yī)院、虛擬劇場、虛擬游戲等。2. 三維虛擬技術(shù)介紹新科技對人類的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)，可以說是深

3、入我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。近年來，隨著計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和人機(jī)交互技術(shù)的飛速發(fā)展，基于大規(guī)模場景的群體交互與環(huán)境構(gòu)建已經(jīng)成為可能。2.1 虛實(shí)互動虛實(shí)互動是指利用三維虛擬群體自然交互技術(shù)、大規(guī)模場景虛擬構(gòu)建技術(shù)和基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的多投影融合技術(shù)，將虛擬場景和現(xiàn)實(shí)場景的不同用戶集成在一個平臺上進(jìn)行群體交互。其中群體自然交互技術(shù)包括人物動作識別；人臉/眼睛識別和運(yùn)動跟蹤。通過紅外掃描、光流分割、運(yùn)動檢測等技術(shù)進(jìn)行用戶從系統(tǒng)中進(jìn)行分離和動作追蹤?；趫D像繪制的虛擬環(huán)境構(gòu)建就是以攝像機(jī)拍攝的一組實(shí)景圖像序列為基礎(chǔ)，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對其進(jìn)行拼接，將看上去相互孤立的一組圖像組織成一幅能夠反映全部場景信息的全景圖

4、。其中圖像序列可以由照相機(jī)連續(xù)進(jìn)行拍攝獲取，也可以由攝像機(jī)拍攝的一段視頻流中得到，為了從圖像序列中構(gòu)建大范圍的場景圖像，攝像機(jī)需要通過平移、轉(zhuǎn)動、鏡頭縮放以及其它運(yùn)動以拍攝得到滿足需求的場景，其中涉及到運(yùn)動估計(jì)等問題。圖1 三維虛實(shí)互動三維虛實(shí)互動建模過程如下：l 若干原型人（a，b，c，d）經(jīng)camera進(jìn)行面部及整體掃描后形成面部及整體模型。掃描時間可控制在5S到10S之間。l 對原型人的面部掃描后進(jìn)行三維面部建模，并根據(jù)虛擬場景的需求保存為指定的三維格式。l 面部建模后與已創(chuàng)建角色進(jìn)行結(jié)合，虛擬角色的面部更換為已掃描的原型人物的面部形象，最終形成新的虛擬形象，并給予新的虛擬形象一個指定的

5、代號，如代號A的虛擬形象為原型人a的虛擬形象。l 新的虛擬形象的動作由動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行骨骼跟蹤，實(shí)現(xiàn)原型人與虛擬形象間的體感互動，從體感設(shè)備的感知道虛擬人物的響應(yīng)時間可接受在40S內(nèi)。l 虛擬形象經(jīng)全息成像進(jìn)行一一對應(yīng)的顯示（與代號A-D一一對應(yīng)，其中代號D為未經(jīng)過camera掃描建模后形成的虛擬形象）。l 虛擬形象在三維虛擬場景中展示（與代號A-D一一對應(yīng)）。l 在三維場景中，虛擬形象之間通過程序控制產(chǎn)生互動，并在全息成像系統(tǒng)中與三維虛擬場景中展示互動與互動后的效果。2.2 基于群體交互的虛擬環(huán)境利用三維虛擬技術(shù)，我們可以構(gòu)建支持群體交互的模虛擬環(huán)境仿真平臺，并可在此平臺基礎(chǔ)上開展群體交互大

6、型應(yīng)用系統(tǒng)研究和嘗試。當(dāng)前三維自然交互技術(shù)己在虛擬現(xiàn)實(shí)中得到了充分的應(yīng)用與發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)通過計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境給帶來人多種感官刺激的沉浸感，并且人能以自然方式與虛擬世界中的虛擬對象進(jìn)行交互操作曰。受到虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展和支持，三維自然交互逐漸成為現(xiàn)代交互方式的熱點(diǎn)研究方向。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，傳統(tǒng)的通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互無法滿足現(xiàn)有的需求，自然交互的研究目標(biāo)是消除人所處的環(huán)境和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的界限，即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的虛擬空間中，人可以使用眼睛、手勢、頭部和身體運(yùn)動以及自然語言等各種感覺器官直接與虛擬場景發(fā)生交互。本項(xiàng)目針對大規(guī)模虛擬環(huán)境下群體交互應(yīng)用，主要開展如下自然交互

7、技術(shù)研究：l 人物動作識別。根據(jù)人物的手勢、語言、身體動作等等進(jìn)行場景控制、與虛擬場景中物件進(jìn)行交互、與其他的現(xiàn)實(shí)人在虛擬場景中進(jìn)行交互。l 人臉/眼睛識別。通過對人面部的掃描進(jìn)行人物識別，在多人虛擬場景中進(jìn)行人物捕捉、定位和控制。l 運(yùn)動跟蹤。通過紅外掃描、光流分割、運(yùn)動檢測等技術(shù)進(jìn)行用戶從系統(tǒng)中進(jìn)行分離和動作追蹤。基于群體交互的虛擬環(huán)境構(gòu)平臺，通過3D技術(shù)的建模、光處理、圖像渲染等一系列的步驟建立各種效果逼真的三維模型，并基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，可以將本地人員、設(shè)備、外界環(huán)境等進(jìn)行智能感知、網(wǎng)絡(luò)通信、建立各種三維智能應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模多用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行實(shí)時、自然的互動交流，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技

8、術(shù)將人與人、人與環(huán)境有機(jī)融合，提高用戶之間的感知性和交互性。大型交互場景的虛擬再現(xiàn)和交互控制可以實(shí)時采集視頻圖像并合成3D虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，如下圖2(a)。在虛擬3D環(huán)境中，嵌入與真實(shí)移動人體具有相同幾何結(jié)構(gòu)、運(yùn)動學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)的虛擬人，如圖2（b）-1。有別于傳統(tǒng)的基于手柄、鍵盤的等遠(yuǎn)程控制接口，可采用基于人體動作識別的遠(yuǎn)程控制接口，它能夠?yàn)橛脩籼峁└嗟目刂七x擇，如圖2（b）-3。真實(shí)場景中的人體可與虛擬場景中的虛擬人狀態(tài)同步。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，現(xiàn)實(shí)環(huán)境將反饋視頻、音頻信息到3D虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。而觸覺信息則通過3D虛擬環(huán)境中虛擬物體之間碰撞獲得。圖2 大型交互場景的虛擬再現(xiàn)和交互控制系統(tǒng)框

9、架3. 三維虛擬技術(shù)的主要作用從應(yīng)用角度，三維虛擬技術(shù)的主要作用可以具體地概況為如下幾個方面。3.1 虛擬智能家居智能家居是指在家庭范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信息設(shè)備、通信設(shè)備、娛樂設(shè)備、家用電器，自動化設(shè)備、照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、安防設(shè)備，以及水、電、氣、熱表等設(shè)備、家庭求助報(bào)警設(shè)備、醫(yī)療保健設(shè)備、教育設(shè)備、辦公設(shè)備的互聯(lián)和管理，以及數(shù)據(jù)和多媒體信息共享的系統(tǒng)，將各種與家庭生活工作相關(guān)的子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起組成一個舒適的生活、辦公、娛樂環(huán)境。我們可以通過三維虛擬技術(shù)可以將家庭內(nèi)的一切真實(shí)事物都搬到虛擬智能家居環(huán)境中，并通過虛實(shí)聯(lián)動，從而更好地實(shí)現(xiàn)直觀地控制和管理。虛擬智能家居包括：控制終端：每個居住環(huán)境有一

10、個智能控制終端。用于通過虛擬家居平臺對整個家居系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和控制。智能化電器操控：可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的智能家電設(shè)備，如電視、音響、空調(diào)、熱水器、冰箱等。自動化設(shè)備操控：非電器類可通過自動化進(jìn)行控制的設(shè)施，例如門窗、攝像設(shè)備、噴淋、通風(fēng)等。安防、防護(hù)：通過虛擬智能家居功能實(shí)現(xiàn)對周邊環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境以及通道監(jiān)控和控制，并能夠在虛擬家居系統(tǒng)中實(shí)時定位，對潛在危險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。個性化系統(tǒng)服務(wù)：通過虛擬智能家居系統(tǒng)集成以及整合，使用戶足不出戶就可以享受娛樂、教育、電子商務(wù)、醫(yī)療救助、家政管理等服務(wù)。3.2 虛擬醫(yī)院虛擬醫(yī)院是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在線上模擬產(chǎn)生醫(yī)院的虛擬景象，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)入到虛擬醫(yī)院就如

11、同進(jìn)入真實(shí)的醫(yī)院環(huán)境。虛擬醫(yī)院可以在里面設(shè)置醫(yī)院的真實(shí)科室，讓醫(yī)生在科室里坐診，網(wǎng)上用戶進(jìn)入虛擬醫(yī)院向醫(yī)生咨詢疾病問題，即能滿足用戶的娛樂需求，同時也解決了用戶實(shí)際問題，同時用戶在網(wǎng)上能感覺出醫(yī)院的情況，提高了用戶去真實(shí)醫(yī)院就醫(yī)的可能性，大大提高了醫(yī)院潛在患者群體。3.3 虛擬旅游旅游是當(dāng)前人類的主要活動之一，可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，按照旅游的實(shí)際要求和特點(diǎn)，建立虛擬旅游平臺，讓人們足不出戶，即可在虛擬的環(huán)境中，瀏覽諸多景點(diǎn)，從而大幅度提高旅游的體驗(yàn)效果，吸引更多的游客。我們在家中通過高速網(wǎng)絡(luò)瀏覽世界上久負(fù)盛名的各個虛擬旅游景點(diǎn)，用戶可以自由地漫步其間，通過投影頭盔等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸在美好的景色

12、中，獲得身臨其境的感覺。另外，我們還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行歷史穿越，比如在虛擬世界中幫助游客回到了500年前的北京，從而大大提高了旅游的趣味性，增強(qiáng)了旅游的歷史體驗(yàn)感受。3.4 虛擬課堂虛擬課堂是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來改善當(dāng)前的教育形式，可以模擬顯現(xiàn)抽象的或在現(xiàn)實(shí)中存在的、但在課堂教學(xué)環(huán)境下用別的方法很難做到或者要花費(fèi)很大的代價(jià)才能顯現(xiàn)的各種事物，供學(xué)生學(xué)習(xí)和探索。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)某種機(jī)械裝置，如汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)行過程時，一般的教學(xué)方法都是利用圖示或放錄像的方式向?qū)W生展示，但這些方法難于使學(xué)生對這種機(jī)械裝置的運(yùn)行過程、狀態(tài)及內(nèi)部的各個部件在工作時的相互聯(lián)系有一個明確的了解。這時，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技

13、術(shù)就可以充分顯示出其優(yōu)勢。它不僅可以向?qū)W生展現(xiàn)出發(fā)動機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造、工作原理以及工作時各個零件的運(yùn)行狀態(tài)，而且還可以模仿出發(fā)動機(jī)在出現(xiàn)故障時的表現(xiàn)和原因等。這樣就使學(xué)習(xí)內(nèi)容非常直觀地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，大大提高學(xué)習(xí)效果。在醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行各種手術(shù)練習(xí)。用這項(xiàng)技術(shù)，由于不受標(biāo)本、場地等的限制，所以培訓(xùn)費(fèi)用大大降低。一些用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、實(shí)習(xí)和研究的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，仿真程度非常高，其優(yōu)越性和效果是不可估量和不可比擬的。例如，導(dǎo)管插入動脈的模擬器，可以使學(xué)生反復(fù)實(shí)踐導(dǎo)管插入動脈時的操作；眼睛手術(shù)模擬器，根據(jù)人眼的前眼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，并帶有實(shí)時的觸覺反饋，學(xué)生利用它可以觀察模擬移去晶

14、狀體的全過程，并觀察到眼睛前部結(jié)構(gòu)的血管、虹膜和鞏膜組織及角膜的透明度等。3.5 虛擬商店現(xiàn)在各類電商用戶的在線消費(fèi)能力正迅猛增長、而目前的主要電商的商品展示還主要是以平面、靜態(tài)圖片展示為主，而服務(wù)還是以傳統(tǒng)的及時通訊工具為主，而利用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)服務(wù)平臺的進(jìn)一步優(yōu)化，讓商家更直觀地展示商品，并能通過視頻、虛實(shí)互動技術(shù)和買家進(jìn)行類似于“面對面”的溝通和交流。真實(shí)感不強(qiáng)一直是制約消費(fèi)者應(yīng)用電子商務(wù)的主要因素之一。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子商務(wù)上的應(yīng)用，將能大大拉近買家與商家的距離，買家可以在網(wǎng)上立體地了解產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)及功能，與商家進(jìn)行實(shí)時交流，如買家對一個藝術(shù)品，他不但可以從不同的

15、角度查看看外觀，還可以通點(diǎn)擊了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，你甚至可以親臨產(chǎn)品生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，對廠家的生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備配備進(jìn)行全方位的了解。把這一技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù)，將能突破真實(shí)感對電子商務(wù)發(fā)展的制約，吸引更多的消費(fèi)者接受及積極參與電子商務(wù)，促進(jìn)電子商務(wù)的發(fā)展。3.6 虛擬智慧城市規(guī)劃智慧城市是建立在基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)支撐下的先進(jìn)城市管理模式，可以實(shí)現(xiàn)全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)、智能融合的應(yīng)用以及強(qiáng)調(diào)以人為本和可持續(xù)創(chuàng)新虛擬智慧城市規(guī)劃是將虛實(shí)互動技術(shù)引入到智慧城市的整體規(guī)劃和管理中來，城市規(guī)劃也可以應(yīng)用三維虛擬城市系統(tǒng)。規(guī)劃可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造出所開發(fā)城市的真實(shí)“三

16、維畫面”，以便從前瞻的角度來全方位審視未來的城市，確保城市規(guī)劃上美學(xué)意義的和諧和運(yùn)營運(yùn)作上的順利。如擬建中的城市建筑如何吸引人們的視線、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)布置在哪里最佳、污染企業(yè)置于何處對城市影響最小等等。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無需規(guī)劃方案的真正實(shí)施，就能先期檢驗(yàn)該規(guī)劃方案的實(shí)施效果，并可以反復(fù)修改以確定最終方案的制定和施行。虛擬智慧城市規(guī)劃應(yīng)用中具有以下特點(diǎn)：強(qiáng)大的綜合貯存功能。將零散的數(shù)據(jù)和圖像資料加以結(jié)合并存貯在一起，可長期有效的使用；將各類地圖以相關(guān)信息，通過計(jì)算模塊完善地融為一體。為城市資源空間格局分析和空間模型提供技術(shù)框架。為城市規(guī)劃研究提供的常用信息包括土地利用類型及其面積、植被類型及其分布、生

17、物量分布，土壤類型及其水分特征等。虛擬智慧城市規(guī)劃的具體作用主要集中在以下幾方面：城市資源坐標(biāo)定位；制作專題地圖(城市景觀分類圖，土地分布圖)：航空照片和衛(wèi)星遙感圖像的定位和校正。通過現(xiàn)代通訊技術(shù)，可以將地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(Rs)和全球定位系統(tǒng)(GPS)有機(jī)地集成起來。利用遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等空問技術(shù)進(jìn)行大尺度的資源與環(huán)境調(diào)查，具有成圖快、效率高和信息量大等優(yōu)勢，能及時、準(zhǔn)確、宏觀地反映研究對象客觀情況。平臺技術(shù)為城市規(guī)劃研究提供了極為有效的一系列研究工具，逐步成為資料收集、儲存、處理和分析所不可缺少的手段。在很大程度上改變了旅游規(guī)劃研究方式，同時也將逐步成為旅游規(guī)劃使

18、用的分析手段。3.7 虛擬智能樓宇智能樓宇是應(yīng)用三維虛擬技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將建筑樓宇的恒壓供水、變頻調(diào)節(jié)、管網(wǎng)監(jiān)測、電力監(jiān)控、動力管理中心等優(yōu)化整合，從而建立起整體的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)能運(yùn)營服務(wù)體系。通過三維虛擬技術(shù)可以按照樓宇內(nèi)實(shí)際的建筑形式、市政管線、人員部署等真實(shí)情況，建立樓宇的整體三維虛擬模型，為后續(xù)建筑施工、物業(yè)管理、人防消防、應(yīng)急響應(yīng)、安防控制等提供直觀的管控和支持。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑智能及樓宇自控、設(shè)備系統(tǒng)，人員定位等管理有重要的應(yīng)用，樓宇自控管理的具體應(yīng)用包括：環(huán)境的實(shí)時監(jiān)測和聯(lián)動控制、節(jié)能管理、固定資產(chǎn)跟蹤管理、工作人員活動定位等幾個方面3.8 線上線下三維互動新模式互動多媒體虛擬仿真技術(shù)作為一種視覺藝術(shù)的光影造型，漸漸讓人在場景中模糊了現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的界限，虛擬仿真營造的視覺空間帶給人身臨其境的感覺，人們那種參與感與存在感很人性化的在虛擬與現(xiàn)實(shí)交互的空間得到淋漓盡致的展現(xiàn)，基于此所以虛擬仿真技術(shù)被大量應(yīng)用于虛擬旅游，文化教育，影院和主題展覽館中，在現(xiàn)在環(huán)境中營造一個