虚拟现实及其关键技术

信息与电脑2016年第16期China Computer&Communication计算机工程应用技术虚拟现实及其关键技术黄　岩（天津城市建设管理职业技术学院，天津　300134）摘　要：虚拟现实技术也称VR技术，从20世纪90年代以来，就开始研究虚拟现实技术，目前，全世界特别是发达国家对于虚拟现实技术的研究规模和范围日益扩大。VR技术的应用所产生的效益也延展到了军工、医学、教育等各个领域。21世纪将是人们普遍使用VR技术的世纪。虚拟现实技术的不断提高将带领人们体验真实的梦境。关键词：VR；虚拟现实技术；传感器技术；系统集成技术；动态环境建模中图分类号：TP391.9　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2016）16-053-02１　虚拟现实（ＶＲ）概念、特点及种类分布式虚拟现实系统被广泛运用于如军事、教育、游戏等领虚拟和现实是一对反义词，VR这项技术将两者联系在域。美国联合作战仿真系统JWARS和互联网对战游戏CS就了一起。那么要怎么理解虚拟现实呢？Virtual Reality，是虚是这一系统的体现。拟现实的英文翻译。Virtual意思是虚拟的，Reality意思是真四是混合现实系统，这也是今后VR发展的方向。在这实。因此虚拟现实技术也被业内成为VR技术。这项技术是种模式下，真实环境和虚拟环境相互结合，由于部分虚拟环利用计算机仿造一种模拟环境，使人在视、听、触感等方面境取代了真实环境，因此，构成复杂环境的成本将大大降低，得到与获得与真实环境最为近似的体验。另一方面，部分系统采用真实环境，因此，用户可以对真实虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向。它主要应用物体进行操作，达到真假难辨的效果。计算机技术，包括模拟、现实、接口、传感器等综合的应用，２　虚拟现实涉及的关键技术因此，VR技术是交叉科学与前沿技术相结合的产物。虚拟现实有3“I”特性，具体分析如下。2.1　三维立体成像和传感器技术第一个“I”即Immersion，浸沉感。它是指当体验者置想要使虚拟环境具有真实的效果，使体验者产生沉浸感身于虚拟环境中时，能犹如在真是环境中一样，具有沉浸其就需要在立体成像和传感器技术上做文章。时下，虚拟现实中的感觉。设备的精度和速度都不足，不能满足人眼的跟踪速度，所以第二个“I”即Interactivity，交互性。它是指身处虚拟很多时候不能有真实的体验，又或者产生眩晕的效果。环境下的体验者的感受不是通过应用给予的刺激而产生的被动的体验，而是可以与系统进行互动，进而达到改变体验内2.2　动态环境下的建模容和形式的变化。任何虚拟环境模型都是以真实场景作为依托的，只有获第二个“I”即Interaction，构想性。它是指设计者在设得了真实环境在三维立体中的数据信息，才能逼真反映到模计虚拟环境的同时，可以具有一定的功能性的指向。比如应拟环境中，动态环境下建模这一核心技术，就是将真实的详用于教育或者医疗的构想性设计的侧重点将有所不同。细数据经过筛选之后建立虚拟环境模型的过程。虚拟现实系统基本可分为以下四类。2.3　系统开发工具应用技术一是桌面型虚拟现实（窗口中的VR）。普通百姓人家中的PC机就能实现，这类虚拟现实系统成本较低，功能也任何一个系统平台的开发，都需要有合适的开发工具。最简单。一些建筑类和工业制造类的软件应用了这一技术，例如用3DSMAX来构建模型，用JAVA来开发网络平台。找例如3DSMAX、REVIT、BIm技术。到了合适的场合和对象才能使事情事半功倍。分布式虚拟现二是沉浸型虚拟现实系统，通常用于各种高端的体验游实技术、集成处理平台等等虚拟现实实现技术的系统开发工戏，或实验体验教学活动、培训活动，使参与者有身临其境具，将有助于提高系统质量，减轻劳动强度。的感觉。2.4　三维图像的实时刷新三是分布式虚拟现实系统简称DVR，它的基础是网络中VR中的三维图像必须进行“实时”的刷新，这样才能的虚拟环境。即利用因特网将分布在世界各地多个用户或是使数据不断更新，使体验者获得不断更新的信息量。为了这多个虚拟环境连接起来，或者多个用户共处在一个虚拟环境个逼真的效果，三维图像刷新的频率至少要每秒15帧。而中，用户利用计算机进行交流，共享资源，共同完成某项功能。且图像的清晰度也是有待提高的一个方面。作者简介：黄岩（1980-），女，天津人，本科，讲师。研究方向：计算机科学与技术。—　　　５３　　　—2016年信息与电脑8下-正文.indd 532016/11/21 18:08:17计算机工程应用技术信息与电脑China Computer&Communication2016年第16期2.5　系统集成技术相信在未来百姓可以坐在家中体验太空漫步和进行星际穿梭。虚拟现实系统中包括大量的传感器设备、模型、信息，因此，3.4　科学研究要达到资源的充分共享，必须使各个部分之间统一协调的工作，这就需要解决系统与系统之间的互连和可操作性问题。虚拟现实最早也是最多的用于科学研究，以及实验室的研究项目。危险环境下的实验，有可能造成不必要的人员和３　虚拟现实技术的发展方向物资损失，虚拟现实技术有了用武之地。核反应堆的实验危3.1　旅游险程度不言而喻，但是在实际进行实验之前为了提升操作的准确度和成功率，模拟操作是十分必要的。虚拟现实技术的时间、金钱不充裕的现代人是否想去体会旅游的美好？引入也可以提高在紧急情况下的应对措施的运用。身体虚弱的年长者是否想像年轻人那样去实现自己的探险梦想，但是却力不从心？如果答案是肯定的，那么将虚拟现实3.5　心理治疗技术应用于旅游将是不二的选择。虚拟现实就是能逼真地模拟环境，使使用者具有十分真畅游在伦敦的大街小巷，观赏伦敦夜晚的大笨钟，或是实的感受，利用虚拟现实的这一特点，心理医生用于病人的前往夏威夷，近距离的体验浩瀚的大海和阳光沙滩。你有没心理咨询和医疗。很多曾在战场上参战的士兵，出现了战后有想过这些都能在家中完成？现在有一种装置，叫做Oculus 的创伤，心理上的创伤很难痊愈，对他们的生活带来了极大Rift，通过它你可以真切的体会什么是“VR旅游”的乐趣。的影响。美国南加州大学开发了一款虚拟现实应用，模拟伊深入世界上人类无法探究的古迹，复原帝王的墓穴原貌，体拉克/阿富汗环境，帮助退伍军人进行创伤后应激障碍治疗，验古人置身于风沙大漠的凄凉与悲壮，驻足于神秘的金字塔意味着虚拟现实在心理治疗等方面拥有极大的价值。、地道，GOOGLE的虚拟历史服务都可以为你做到。如果你想3.6　游戏体验荒野生存，一款名为“The Wild Within”的应用能够让你在家中实现这个梦想。现在联网的多人竞技类的游戏，都采用了VR技术。游戏现在的VR旅游还很不成熟，多数集中在营销利于，且参与者能全身心投入在“真实”场景中，获得前所未有的震撼大多采用观看旅游景点影片的形式，这种付钱程度的所谓的感受。最近，Sony、三星等大公司开发了一系列的头盔以及VR并不能使潜在的消费者产生直观的体验。真正意义上通模拟显示设备，玩家戴上头盔通过听觉、视觉等多方面的体验过虚拟现实技术实现的旅游，在时间和地域上都可以不受限如同置身于游戏发生的现场，感受游戏带来的震撼效果。制，当你爬山时，不必再为从东线还是西线上山而发愁。系头盔、眼镜、耳机等一系列的传感器设备，将人民拉入统会为你进行推荐。你也可以自己选择。因为金钱、时间、到真实的虚拟世界。人们可以体验失重状态下的太空漫步，体力而扼杀的环游世界的愿望不再是梦想。全世界的文物不可以驾驶赛车感受风的速度，可以回到从前感受年少时的童再受到地域的限制，可以同时展示在你的面前。以往的通过真，可以到地球的另一面看当地人如何生活，可以飞到云端VCR了解旅游景点的模式已经过时，VR技术的出现，使旅和鸟儿结伴，可以深入海底和鱼儿共舞。所有科幻里、电影里、游者瞬间置身景点之中，前一秒在大西洋中遨游，后一秒也梦境中的景象都将跃入眼帘。许就在撒哈拉大沙漠听着驼铃声了。４　结　语　　显然，“VR+旅游”的模式，将是完美的结合。这并不虚拟现实是一个人类由单纯做梦向制造梦境不断进化的是说亲身旅行失去了它原有的吸引力。借助于虚拟现实技术，过程，它无线延展了我们的认识和感知空间。虽然短时期内人们在旅行之前就可以初步了解景点的特色和概况，进而能由于技术水平的制约，我们无法清晰看到虚拟现实技术的未够更好的安排和制定行程。来，也不能准确的预言在未来的什么时候虚拟现实产品将深3.2　影视业入到家家户户。但是，我们深信虚拟现实技术在生活与工作为了给观众提供更加震撼和身临其境的视听盛宴，各大中的很多方面都将发挥巨大作用，特别是在医学、教育和军影视公司纷纷将虚拟现实技术用于电影制作、剪辑过程中。事领域。虚拟现实技术作为新的媒介和新的平台，将掀起一特别是在科幻片和灾难片的制作中，大量使用了这种新技术。场风暴。虚拟和现实完美的统一和转换，用现实构造虚拟，诸如HBO等电视台，也于此前推出了《权力的游戏》虚拟令虚拟为现实所用，虚拟现实技术的前景将一片光明。现实内容。相信在未来，基于虚拟现实的蓝光电影可以让你在家里体验《星际穿越》，或是置身于《侏罗纪公园》中，参考文献甚至是与《阿凡达》们一同作战。[1]方小峰.基于虚拟现实的城市规划三维仿真系统[J].3.3　太空旅行计算机仿真,2004,24(3):230-234.[2]汪成为,高文.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现去太空遨游现在是属于亿万富翁才能体验的专署旅行，及应用[M].北京:清华大学出版社,2004.显然，并非人人都可以像维京公司老板那样亲自前往太空体验[3]刘耀林,孔建益,蒋国璋,等.虚拟现实技术的发展[J].宇宙的神奇。不过，虚拟现实可以帮助普通人以较低成本实湖北工业大学学报,2005(3).现星际体验。美国航空航天局（NASA）和史密森国家航空航[4]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学F辑:信息科天博物馆等机构目前都推出了基于虚拟现实的太空体验软件，学,2009,39(1).—　　　５４　　　—2016年信息与电脑8下-正文.indd 542016/11/21 18:08:17