新科技對(duì)人類生活的影響及其貢獻(xiàn)技術(shù)介紹

新科技對(duì)人類生活的影響及奉獻(xiàn)前言從近代以來，特別是當(dāng)代，科學(xué)技術(shù)快速地、大規(guī)模地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，給人類社會(huì)帶來空前的繁華?？萍歼M(jìn)步毫無疑義為人類帶來了幸福美妙的生活，對(duì)人類生活產(chǎn)生了巨大的影響。二十世紀(jì)人類獲得了一系列科學(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(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響面最廣、影響力最大，影響持續(xù)時(shí)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(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人類生活方式產(chǎn)生了深刻的影響，并形成了一種覆蓋全球的開發(fā)和使用信息資源的信息大通道，進(jìn)入了人類社會(huì)生活的方方面面，對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科技、文化、社會(huì)等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，從而揭開信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代的序幕。三維虛擬技術(shù)作為電子信息技術(shù)的重要構(gòu)成部分，它是運(yùn)用電腦模擬產(chǎn)生一種逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺的感官世界，讓使用者猶如身臨其境的感受與立體的、交互的、動(dòng)感的強(qiáng)烈震撼。通過三維虛擬技術(shù)，能夠建立大型多人在線互動(dòng)的平臺(tái)，將人類的活動(dòng)范疇延伸至無限的虛擬世界當(dāng)中，在此平臺(tái)中，人們能夠通過語音、視頻、文字等實(shí)時(shí)通訊手段流暢地進(jìn)行多個(gè)交流；也能夠通過握手、擁抱等簡(jiǎn)樸動(dòng)作進(jìn)行交互；在應(yīng)用方面，還能夠集成更多地三維應(yīng)用，如虛擬商店、虛擬課堂、虛擬醫(yī)院、虛擬劇場(chǎng)、虛擬游戲等。三維虛擬技術(shù)介紹新科技對(duì)人類的發(fā)展作出了巨大的奉獻(xiàn)，能夠說是進(jìn)一步我們?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(chǎng)景的群體交互與環(huán)境構(gòu)建已經(jīng)成為可能。虛實(shí)互動(dòng)虛實(shí)互動(dòng)是指運(yùn)用三維虛擬群體自然交互技術(shù)、大規(guī)模場(chǎng)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(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的不同顧客集成在一種平臺(tái)上進(jìn)行群體交互。其中群體自然交互技術(shù)涉及人物動(dòng)作識(shí)別；人臉/眼睛識(shí)別和運(yùn)動(dòng)跟蹤。通過紅外掃描、光流分割、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)進(jìn)行顧客從系統(tǒng)中進(jìn)行分離和動(dòng)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)用圖像解決技術(shù)對(duì)其進(jìn)行拼接，將看上去互相孤立的一組圖像組織成一幅能夠反映全部場(chǎng)景信息的全景圖。其中圖像序列能夠由攝影機(jī)持續(xù)進(jìn)行拍攝獲取，也能夠由攝像機(jī)拍攝的一段視頻流中得到，為了從圖像序列中構(gòu)建大范疇的場(chǎng)景圖像，攝像機(jī)需要通過平移、轉(zhuǎn)動(dòng)、鏡頭縮放以及其它運(yùn)動(dòng)以拍攝得到滿足需求的場(chǎng)景，其中涉及到運(yùn)動(dòng)預(yù)計(jì)等問題。圖1三維虛實(shí)互動(dòng)三維虛實(shí)互動(dòng)建模過程以下：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(shí)間可控制在5S到10S之間。對(duì)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(chǎng)景的需求保存為指定的三維格式。面部建模后與已創(chuàng)立角色進(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，最后形成新的虛擬形象，并予以新的虛擬形象一種指定的代號(hào)，如代號(hào)A的虛擬形象為原型人a的虛擬形象。新的虛擬形象的動(dòng)作由動(dòng)作捕獲系統(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(dòng)，從體感設(shè)備的感懂得虛擬人物的響應(yīng)時(shí)間可接受在40S內(nèi)。虛擬形象經(jīng)全息成像進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)的顯示（與代號(hào)A-D一一對(duì)應(yīng)，其中代號(hào)D為未通過camera掃描建模后形成的虛擬形象）。虛擬形象在三維虛擬場(chǎng)景中展示（與代號(hào)A-D一一對(duì)應(yīng)）。在三維場(chǎng)景中，虛擬形象之間通過程序控制產(chǎn)生互動(dòng)，并在全息成像系統(tǒng)中與三維虛擬場(chǎng)景中展示互動(dòng)與互動(dòng)后的效果?；谌后w交互的虛擬環(huán)境運(yùn)用三維虛擬技術(shù)，我們能夠構(gòu)建支持群體交互的模虛擬環(huán)境仿真平臺(tái)，并可在此平臺(tái)基礎(chǔ)上開展群體交互大型應(yīng)用系統(tǒng)研究和嘗試?，F(xiàn)在三維自然交互技術(shù)己在虛擬現(xiàn)實(shí)中得到了充足的應(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)境給帶來人多個(gè)感官刺激的沉醉感，并且人能以自然方式與虛擬世界中的虛擬對(duì)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，三維自然交互逐步成為當(dāng)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，自然交互的研究目的是消除人所處的環(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，人能夠使用眼睛、手勢(shì)、頭部和身體運(yùn)動(dòng)以及自然語言等多個(gè)感覺器官直接與虛擬場(chǎng)景發(fā)生交互。本項(xiàng)目針對(duì)大規(guī)模虛擬環(huán)境下群體交互應(yīng)用，重要開展以下自然交互技術(shù)研究：人物動(dòng)作識(shí)別。根據(jù)人物的手勢(shì)、語言、身體動(dòng)作等等進(jìn)行場(chǎng)景控制、與虛擬場(chǎng)景中物件進(jìn)行交互、與其它的現(xiàn)實(shí)人在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行交互。人臉/眼睛識(shí)別。通過對(duì)人面部的掃描進(jìn)行人物識(shí)別，在多人虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行人物捕獲、定位和控制。運(yùn)動(dòng)跟蹤。通過紅外掃描、光流分割、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)進(jìn)行顧客從系統(tǒng)中進(jìn)行分離和動(dòng)作追蹤。基于群體交互的虛擬環(huán)境構(gòu)平臺(tái)，通過3D技術(shù)的建模、光解決、圖像渲染等一系列的環(huán)節(jié)建立多個(gè)效果逼真的三維模型，并基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，能夠?qū)⒈镜厝藛T、設(shè)備、外界環(huán)境等進(jìn)行智能感知、網(wǎng)絡(luò)通信、建立多個(gè)三維智能應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模多顧客在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行實(shí)時(shí)、自然的互動(dòng)交流，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將人與人、人與環(huán)境有機(jī)融合，提高顧客之間的感知性和交互性。大型交互場(chǎng)景的虛擬再現(xiàn)和交互控制能夠?qū)崟r(shí)采集視頻圖像并合成3D虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，以下圖2(a)。在虛擬3D環(huán)境中，嵌入與真實(shí)移動(dòng)人體含有相似幾何構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)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(dòng)作識(shí)別的遠(yuǎn)程控制接口，它能夠?yàn)轭櫩吞峁└嗟目刂七x擇，如圖2（b）-3。真實(shí)場(chǎng)景中的人體可與虛擬場(chǎng)景中的虛擬人狀態(tài)同時(shí)。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(chǎng)景的虛擬再現(xiàn)和交互控制系統(tǒng)框架三維虛擬技術(shù)的重要作用從應(yīng)用角度，三維虛擬技術(shù)的重要作用能夠具體地概況為以下幾個(gè)方面。虛擬智能家居智能家居是指在家庭范疇內(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(dòng)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)，將多個(gè)與家庭生活工作有關(guān)的子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起構(gòu)成一種舒適的生活、辦公、娛樂環(huán)境。我們能夠通過三維虛擬技術(shù)能夠?qū)⒓彝?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(dòng)，從而更加好地實(shí)現(xiàn)直觀地控制和管理。虛擬智能家居涉及：控制終端：每個(gè)居住環(huán)境有一種智能控制終端。用于通過虛擬家居平臺(tái)對(duì)整個(gè)家居系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)立和控制。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(dòng)化設(shè)備操控：非電器類可通過自動(dòng)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效實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)定位，對(duì)潛在危險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。個(gè)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，使顧客足不出戶就能夠享有娛樂、教育、電子商務(wù)、醫(yī)療救助、家政管理等服務(wù)。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)顧客進(jìn)入到虛擬醫(yī)院就猶如進(jìn)入真實(shí)的醫(yī)院環(huán)境。虛擬醫(yī)院能夠在里面設(shè)立醫(yī)院的真實(shí)科室，讓醫(yī)生在科室里坐診，網(wǎng)上顧客進(jìn)入虛擬醫(yī)院向醫(yī)生咨詢疾病問題，即能滿足顧客的娛樂需求，同時(shí)也解決了顧客實(shí)際問題，同時(shí)顧客在網(wǎng)上能感覺出醫(yī)院的狀況，提高了顧客去真實(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。虛擬旅游旅游是現(xiàn)在人類的重要活動(dòng)之一，能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，按照旅游的實(shí)際規(guī)定和特點(diǎn)，建立虛擬旅游平臺(tái)，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?cè)诩抑型ㄟ^高速網(wǎng)絡(luò)瀏覽世界上久負(fù)盛名的各個(gè)虛擬旅游景點(diǎn)，顧客能夠自由地漫步其間，通過投影頭盔等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉醉在美妙的景色中，獲得身臨其境的感覺。另外，我們還能夠運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行歷史穿越，例如在虛擬世界中協(xié)助游客回到了5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。虛擬課堂虛擬課堂是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來改善現(xiàn)在的教育形式，能夠模擬顯現(xiàn)抽象的或在現(xiàn)實(shí)中存在的、但在課堂教學(xué)環(huán)境下用別的辦法很難做到或者要耗費(fèi)很大的代價(jià)才干顯現(xiàn)的多個(gè)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(dòng)機(jī)的構(gòu)造原理和運(yùn)行過程時(shí)，普通的教學(xué)辦法都是運(yùn)用圖示或放錄像的方式向?qū)W生展示，但這些辦法難于使學(xué)生對(duì)這種機(jī)械裝置的運(yùn)行過程、狀態(tài)及內(nèi)部的各個(gè)部件在工作時(shí)的互相聯(lián)系有一種明確的理解。這時(shí)，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能夠充足顯示出其優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠向?qū)W生呈現(xiàn)出發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造、工作原理以及工作時(shí)各個(gè)零件的運(yùn)行狀態(tài)，并且還能夠模仿出發(fā)動(dòng)機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)的體現(xiàn)和因素等。這樣就使學(xué)習(xí)內(nèi)容非常直觀地呈現(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)行多個(gè)手術(shù)練習(xí)。用這項(xiàng)技術(shù)，由于不受標(biāo)本、場(chǎng)地等的限制，因此培訓(xùn)費(fèi)用大大減少。某些用于醫(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)越性和效果是不可預(yù)計(jì)和不可比擬的。例如，導(dǎo)管插入動(dòng)脈的模擬器，能夠使學(xué)生重復(fù)實(shí)踐導(dǎo)管插入動(dòng)脈時(shí)的操作；眼睛手術(shù)模擬器，根據(jù)人眼的前眼構(gòu)造發(fā)明出三維立體圖像，并帶有實(shí)時(shí)的觸覺反饋，學(xué)生運(yùn)用它能夠觀察模擬移去晶狀體的全過程，并觀察到眼睛前部構(gòu)造的血管、虹膜和鞏膜組織及角膜的透明度等。虛擬商店現(xiàn)在各類電商顧客的在線消費(fèi)能力正迅猛增加、而現(xiàn)在的重要電商的商品展示還重要是以平面、靜態(tài)圖片展示為主，而服務(wù)還是以傳統(tǒng)的及時(shí)通訊工具為主，而運(yùn)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電子商務(wù)服務(wù)平臺(tái)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(dòng)技術(shù)和買家進(jìn)行類似于“面對(duì)面”的溝通和交流。真實(shí)感不強(qiáng)始終是制約消費(fèi)者應(yīng)用電子商務(wù)的重要因素之一。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，買家能夠在網(wǎng)上立體地理解產(chǎn)品的外觀、構(gòu)造及功效，與商家進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，如買家對(duì)一種藝術(shù)品，他不僅能夠從不同的角度查看看外觀，還能夠通點(diǎn)擊理解其內(nèi)部構(gòu)造，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，你甚至能夠親臨產(chǎn)品生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)廠家的生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備配備進(jìn)行全方位的理解。把這一技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù)，將能突破真實(shí)感對(duì)電子商務(wù)發(fā)展的制約，吸引更多的消費(fèi)者接受及主動(dòng)參加電子商務(wù)，增進(jìn)電子商務(wù)的發(fā)展。虛擬智慧都市規(guī)劃智慧都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)都市管理模式，能夠?qū)崿F(xiàn)全方面透徹的感知、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)新虛擬智慧都市規(guī)劃是將虛實(shí)互動(dòng)技術(shù)引入到智慧都市的整體規(guī)劃和管理中來，都市規(guī)劃也能夠應(yīng)用三維虛擬都市系統(tǒng)。規(guī)劃能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)明出所開發(fā)都市的真實(shí)“三維畫面”，方便從前瞻的角度來全方位審視將來的都市，確保都市規(guī)劃上美學(xué)意義的和諧和運(yùn)行運(yùn)作上的順利。如擬建中的都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、污染公司置于何處對(duì)都市影響最小等等。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無需規(guī)劃方案的真正實(shí)施，就能先期檢查該規(guī)劃方案的實(shí)施效果，并能夠重復(fù)修改以擬定最后方案的制訂和施行。虛擬智慧都市規(guī)劃應(yīng)用中含有下列特點(diǎn)：強(qiáng)大的綜合貯存功效。將零碎的數(shù)據(jù)和圖像資料加以結(jié)合并存貯在一起，可長效的使用；將各類地圖以有關(guān)信息，通過計(jì)算模塊完善地融為一體。為都市資源空間格局分析和空間模型提供技術(shù)框架。為都市規(guī)劃研究提供的慣用信息涉及土地運(yùn)用類型及其面積、植被類型及其分布、生物量分布，土壤類型及其水分特性等。虛擬智慧都市規(guī)劃的具體作用重要集中在下列幾方面：都市資源坐標(biāo)定位；制作專項(xiàng)地圖(都市景觀分類圖，土地分布圖)：航空照片和衛(wèi)星遙感圖像的定位和校正。通過當(dāng)代通訊技術(shù)，能夠?qū)⒌乩硇畔⑾到y(tǒng)(GIS)、遙感(Rs)和全球定位系統(tǒng)(GPS)有機(jī)地集成起來。運(yùn)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，含有成圖快、效率高和信息量大等優(yōu)勢(shì)，能及時(shí)、精確、宏觀地反映研究對(duì)象客觀狀況。平臺(tái)技術(shù)為都市規(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(chǔ)存、解決和分析所不可缺少的手段。在很大程度上變化了旅游規(guī)劃研究方式，同時(shí)也將逐步成為旅游規(guī)劃使用的分析手段。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(cè)、電力監(jiān)控、動(dòng)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)行服務(wù)體系。通過三維虛擬技術(shù)能夠按照樓宇內(nèi)實(shí)際的建筑形式、市政管線、人員布署等真實(shí)狀況，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)用涉及：環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和聯(lián)動(dòng)控制、節(jié)能管理、固定資產(chǎn)跟蹤管理、工作人員活動(dòng)定位等幾個(gè)方面線上線下三維互動(dòng)新模式互動(dòng)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(chǎng)景中含糊了現(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，人們那種參加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呈現(xiàn)，基于此因此虛擬仿真技術(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)境中營造一種虛擬的視界，帶