畢雷虛擬現(xiàn)實(shí)

畢雷虛擬現(xiàn)實(shí)開展綜述虛擬現(xiàn)實(shí)一、概念二、技術(shù)特征五、開展歷程簡述三、技術(shù)分類六、國內(nèi)外研討現(xiàn)狀七、研討姿態(tài)與開展方向四、運(yùn)用退出虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡稱VR)，是一項(xiàng)綜合集成計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)以及人工智能技術(shù)等，利用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視覺、聽覺、嗅覺等各種覺得，用戶可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)陌惭b，在虛擬現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)展各項(xiàng)體驗(yàn)和交互?！办`境技術(shù)〞、“虛擬環(huán)境〞、“賽伯空間〞、“模擬實(shí)境〞、“虛擬實(shí)境〞、“仿真技術(shù)〞等詞都可以是虛擬現(xiàn)實(shí)的不同術(shù)語和方式。虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)特征三個(gè)特征，即：沉浸性〔Immersion〕、交互性〔Interaction〕、想象性〔Imagination〕。沉浸性是是指用戶借助各類先進(jìn)的傳感器進(jìn)入虛擬環(huán)境，并產(chǎn)生“身歷其境〞之感，即所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，與真實(shí)環(huán)境中完全一樣。交互性是是指用戶進(jìn)入虛擬環(huán)境后，以自然的方式與虛擬場景中各種對象進(jìn)展相互作用的才干。想象性是是VR逼真性與實(shí)時(shí)交互性而運(yùn)用戶產(chǎn)生的更豐富的聯(lián)想，擴(kuò)展用戶的認(rèn)知領(lǐng)域，提高認(rèn)知才干。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類一、桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也稱窗口中的虛擬現(xiàn)實(shí)。它可以經(jīng)過計(jì)算機(jī)顯示器或其它臺顯示器的屏幕為虛擬環(huán)境的顯示安裝，其特點(diǎn)是虛擬系統(tǒng)視野小，沉浸度差，是一種初級的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。但它的本錢與制造要求低，易于普及和實(shí)現(xiàn)。功能也最簡單，主要用于CAD〔計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〕、CAM〔計(jì)算機(jī)輔助制造〕、建筑設(shè)計(jì)、桌面游戲等領(lǐng)域。CAD〔計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〕CAM〔計(jì)算機(jī)輔助制造〕建筑設(shè)計(jì)桌面游戲〔二〕沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn)，運(yùn)用戶有一種置身于虛擬境界之中的覺得。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它覺得封鎖起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的覺得空間，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)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的覺得。沉浸式虛擬系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用戶全身心地沉浸到虛擬世界中去，缺陷是系統(tǒng)設(shè)備價(jià)錢昂貴，難以普及推行。三、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是指利用因特網(wǎng)將分布于各地的資源銜接起來，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參與一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬閱歷，對同一虛擬世界進(jìn)展察看和操作，到達(dá)協(xié)同任務(wù)的目的，從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用提升到了一個(gè)更高的境界。美國大型軍用交互仿真系統(tǒng)NPSNet以及因特網(wǎng)上多人游戲MUD便是這類系統(tǒng)。四、加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)又稱混合現(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)，既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對象，這種系統(tǒng)可減少構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的開銷又可對實(shí)踐物體進(jìn)展操作，真正到達(dá)了亦真亦幻的境界。概括起來大致為三個(gè)階段：一、20世紀(jì)50年代到70年代——探求階段1965年“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之父〞LvanSuthedand博士初次提出了具有交互圖形顯示、力反響設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的根本思想，隨后幾年又展開_『頭盔式顯示器(HMD)的研制任務(wù)，獲得了顯著的成果，因此這一實(shí)際影響至今。在第一個(gè)HMD的樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺的力反響安裝參與到這個(gè)系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展概述二、80年代前中期——從實(shí)驗(yàn)室走向適用的階段1980年，美國JaronLanier正式提出了“VirtualReality〞一詞。美國宇航局(NASA)及美國國防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研討,并獲得了令人矚目的研討成果．從而引起了人們對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛關(guān)注。隨后開發(fā)出用于火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器，將火星探測器發(fā)同的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，為地面研討人員構(gòu)造了火星外表的三維虛擬環(huán)境。三、90年代初到21世紀(jì)初——快速開展時(shí)期到了90年代．計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與軟件系統(tǒng)極大的推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展，加速了大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖像的實(shí)時(shí)動畫制造的開展。1993年11月。宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)勝利地完成了從航天飛機(jī)的運(yùn)輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的任務(wù)，用VR技術(shù)設(shè)計(jì)出由300萬個(gè)零件組成的波音777飛機(jī)；1996年10月31日，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)博覽會在倫敦舉行；同年12月，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)在英國投入運(yùn)轉(zhuǎn)。國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)的開展及其現(xiàn)狀〔一〕美國研討情況美國作為VR技術(shù)的發(fā)源地，其研討程度根本上就代表國際VR開展的程度。近年來,虛擬現(xiàn)真實(shí)美國航空航天和軍事領(lǐng)域的假設(shè)干勝利運(yùn)用所獲得的宏大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，促使美國政府進(jìn)一步加大了對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研討的支持力度。

在軍事領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)真實(shí)以下三個(gè)方面發(fā)揚(yáng)艱苦作用：〔1〕武器系統(tǒng)性能評價(jià)；〔2〕武器支配訓(xùn)練；〔3〕指揮大規(guī)模軍事演習(xí)。由于這將大幅度降低以上三者所需的費(fèi)用，極大地提高效益，并消除不測傷亡事故。美國政府所支持的虛擬現(xiàn)實(shí)研討也正是緊緊圍繞著提供這三種才干的系統(tǒng)和環(huán)境而展開的。美國的主要研討單位為：美國空軍技術(shù)研討所(AirForceInstituteofTechnology)、海軍研討生院圖形和圖像實(shí)驗(yàn)室(NavalPostgraduateSchoolGraphicsandVideolaboratory)、美國陸軍研討所(U.S.ArmyResearchInstitute)。在航天領(lǐng)域，如今NASA曾經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且曾經(jīng)建立了可供全國運(yùn)用的VR教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學(xué)(UNC)的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)展VR研討最早的大學(xué)，他們主要研討分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。我國VR技術(shù)研討較晚，與國外興隆國家相比存在一定的差距，但現(xiàn)已引起國家有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度注重，并根制定了開展VR技術(shù)的研討方案。例如：九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金委、國家高技術(shù)研討開展方案等都把VR列入研討工程。甚至國內(nèi)的一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研討任務(wù)?！捕持袊杏懍F(xiàn)狀北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)展VR研討、最有權(quán)威的單位之一，著重研討了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處置。浙江大學(xué)開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)遨游系統(tǒng)，還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速遨游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾經(jīng)勝利地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動的合成等技術(shù)問題。縱觀多年來的開展歷程，VR技術(shù)研討仍將遵照“低本錢、高性能〞的原那么，從軟件、硬件上展開，并將在以下主要方向開展：一、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)踐環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。未來開展方向二、實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)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今后重要的研討內(nèi)容。此外，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需求，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。三、新型交互設(shè)備的研制例如：頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等設(shè)備。因此，新型、廉價(jià)、做工精良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研討的重要方向。四、智能化語音虛擬現(xiàn)實(shí)建模虛擬現(xiàn)實(shí)建模假設(shè)將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語音識別技術(shù)結(jié)合起來將會給虛擬現(xiàn)實(shí)的開展帶來宏大的意義。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展的瓶頸虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展過程中遇到的問題很多，可以歸結(jié)為3大難題：一、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的“貴族化〞要構(gòu)建一個(gè)高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，首先需求昂貴的外部設(shè)備，無論是高分辯率的頭盔顯示器HMD，還是立體投影顯示器，無論是空間定器，還是高精度的數(shù)據(jù)手套，都是價(jià)錢不菲。其次，為完成復(fù)雜場景的實(shí)時(shí)渲染，還需求高性能的圖形任務(wù)站以及相應(yīng)的軟件。在一些公用領(lǐng)域，但普通的信息系統(tǒng)用戶能夠會望而卻步。2繁瑣的三維建?；趫D形的虛擬環(huán)境首先要處理的問題便是三維外型。在三維激光掃描技術(shù)上的提高提供了簡化模型構(gòu)造過程的想法。但是大部分的模型仍需人工繪制，而且需求聘請高程度的專業(yè)人士，所以費(fèi)用是相當(dāng)驚人的。如在電影<泰坦尼克號>中，為實(shí)現(xiàn)場景三維建模及各種特技處置所花的人工費(fèi)用高達(dá)2500萬美圓，這筆錢足以制造一艘同樣規(guī)模的真船。繁瑣的三維建模也是制約虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展的嚴(yán)重妨礙。3數(shù)據(jù)量大虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)假設(shè)要得到很大的開展，必需結(jié)合Internet。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用的數(shù)據(jù)量很大，在網(wǎng)速較慢的情況下，用戶必需等待較長時(shí)間，所以應(yīng)該思索數(shù)據(jù)緊縮問題?！?〕醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用大致上有兩類。一是虛擬人體，這樣醫(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)，可用于指點(diǎn)手術(shù)的進(jìn)展。〔2〕文娛、藝術(shù)與教育由于在文娛方面對虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在該方面開展最為迅猛。如Chicago〔芝加哥〕開放了世界上第一臺大型可供多人運(yùn)用的虛擬現(xiàn)實(shí)文娛系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場未來戰(zhàn)爭。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用〔3〕軍事與航天工業(yè)模擬與練不斷是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了寬廣的運(yùn)用前景。美國國防部高級研討方案局DARPA自80年代起不斷努力于研討稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)。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)的多快好省的研討戰(zhàn)爭、培訓(xùn)指揮員的方法。1991年海灣戰(zhàn)爭開場前，美軍便把海灣地域各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊(duì)的各種數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，進(jìn)展各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案。后來實(shí)踐作戰(zhàn)的開展和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致。在航空航天方面，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)展各種訓(xùn)練，美國航空航天局方案將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于國際空間站組裝、訓(xùn)練等任務(wù)。模擬訓(xùn)練不斷是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題。〔4〕商業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)常被用于推銷。例如建筑工程招標(biāo)時(shí)，把設(shè)計(jì)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觀賞，如門的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等