vr技術(shù)淺析論文2000字范文(2)
vr技術(shù)2000字論文篇二
【摘 要】VR技術(shù)是現(xiàn)今計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中一項包含多種學(xué)科的一門綜合科學(xué)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在現(xiàn)實中許多的領(lǐng)域中。
【關(guān)鍵詞】VR技術(shù);虛擬現(xiàn)實技術(shù)
1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念
VR技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，它是一種能夠讓現(xiàn)實中的人在計算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬信息世界中體驗與現(xiàn)實世界同樣的事和物。它所具有多感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性的基本特征。這種虛擬技術(shù)集合了計算機(jī)圖形圖像技術(shù)、現(xiàn)實仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)等等的多種科學(xué)技術(shù)。它能夠模擬出人的視覺，聽覺，觸覺等的感官功能。使人在計算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬世界中通過語言、動作等等的方式進(jìn)行實時交流，可以說這種技術(shù)的發(fā)展前景是非常的廣闊的。
2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征介紹
?、俣喔兄缘奶卣?，是指視、力、觸、運動、味、嗅等感知系統(tǒng)，從人類理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展來說，是希望能夠給完全的模擬出現(xiàn)實中所有的感知，但因目前的技術(shù)掌握和傳感技術(shù)的限制，僅僅只能模擬出以上視、力、觸、運動、味、嗅等感知系統(tǒng)的。
②沉浸性又稱浸沒感或臨場感，存在感等，具體是指人以第一人稱存在在虛擬世界中的真實體驗。當(dāng)然，以目前技術(shù)還沒有達(dá)到最理想的程度。
③交互性就是指人在虛擬世界中，能夠像在現(xiàn)實當(dāng)中一樣，可以通過對一些物體的抓取、使用等動作，感覺到所觸碰的物體的重量，形狀，色澤等一些人與物體之間的互動信息。
?、軜?gòu)想性，即在虛擬的世界里面，將所想的物件所做的事情在虛擬世界呈現(xiàn)出來，這樣做能達(dá)到什么樣的效果，那樣做又能達(dá)到什么樣的效果，甚至還可以把在現(xiàn)實世界不可能存在的事和物都可以在虛擬世界中構(gòu)想出來。
3. VR技術(shù)的應(yīng)用范圍
VR技術(shù)由誕生到現(xiàn)今已經(jīng)歷了幾個年代，其應(yīng)用范圍也越來越廣，如醫(yī)學(xué)方面，可以提供給醫(yī)生進(jìn)行模擬手術(shù)，這樣大大提供了現(xiàn)實中手術(shù)的成功幾率，還有軍事，科技，商業(yè)，建筑，娛樂，生活等等。
4. VR技術(shù)中涉及的相關(guān)技術(shù)
?、倭Ⅲw視覺現(xiàn)實技術(shù)：人通過視覺所獲取到的信息是人本身所有感覺中最多的一種感官，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)中立體顯示技術(shù)占有不可或缺的重要地位。
?、诃h(huán)境構(gòu)建技術(shù)：在虛擬世界中，構(gòu)件環(huán)境是一個重要的環(huán)節(jié)，要營造一個區(qū)域的環(huán)境，首先就要創(chuàng)造環(huán)境或建筑模塊，然后在這個基礎(chǔ)上再進(jìn)行實時描繪、立體顯示，從而形成一個虛擬的區(qū)域環(huán)境。
?、壅鎸嵏袑崟r描繪技術(shù)：要在虛擬世界中實現(xiàn)與現(xiàn)實世界相同的事物，僅靠立體顯示技術(shù)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬世界中必須存在真實感和實時感，簡單來說就是實現(xiàn)一個物體的重量，質(zhì)量，色澤，相對位置，遮擋關(guān)系等的技術(shù)。
?、芴摂M世界聲音的實現(xiàn)技術(shù)：在虛擬世界中雖然視覺是獲取信息的重要途徑之一，除了視覺還有很多感官系統(tǒng)可以獲取到周圍的信息。如聽覺，這種技術(shù)就是在虛擬世界中實現(xiàn)聲音，這樣人在虛擬世界里不僅能夠看得到也能聽得到。
5. VR技術(shù)中所涉及的硬件設(shè)備
?、佥斎朐O(shè)備
與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)的硬件輸入設(shè)備分成兩大類：一是基于自然的交互設(shè)備，用于虛擬世界的信息輸入;另一種是三維定位跟蹤設(shè)備，主要用于輸入設(shè)備在虛擬世界中的位置進(jìn)行判定，并輸送到虛擬世界當(dāng)中。
虛擬世界與人實現(xiàn)自然交互的形式有很多，例如有數(shù)據(jù)手套，數(shù)據(jù)衣服，三維控制器，三維掃描儀等。
數(shù)據(jù)手套是一種多模式的虛擬現(xiàn)實硬件，通過軟件編程，可進(jìn)行虛擬場景中物體的抓取、移動、旋轉(zhuǎn)等動作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場景漫游的工具。數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段，目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測手指的彎曲，并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結(jié)合手指彎曲度測試和空間定位測試的數(shù)據(jù)手套被稱為“真實手套”，可以為用戶提供一種非常真實自然的三維交互手段。
數(shù)據(jù)衣是為了讓VR系統(tǒng)識別全身運動而設(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)實交互數(shù)據(jù)衣。
②輸出設(shè)備
人在虛擬世界中要體現(xiàn)沉浸的感覺，就必須實現(xiàn)現(xiàn)實世界中的多種感受，如是視、聽、觸、力、嗅、味等感官感覺，只不過以目前的虛擬技術(shù)只實現(xiàn)了視覺，聽覺和觸覺罷了。
?、踁R構(gòu)成設(shè)備
虛擬現(xiàn)實世界的構(gòu)成，主要的設(shè)備就是計算機(jī)本身了，虛擬世界的所有景象都是靠一個個模型造成的，而這些模型則是由計算機(jī)制作出來的。一般計算機(jī)被劃分成四個部分，第一：高配置的個人計算機(jī)，專門用于普通的圖形配置加速卡，實現(xiàn)于VR技術(shù)中的桌面式特征;第二：高性能圖形工作站，就是一臺高配置的圖形處理計算機(jī);第三：高度并行系統(tǒng)計算機(jī);第四：分布式虛擬實現(xiàn)計算機(jī)等四個分類。
6. VR技術(shù)上的難點探討
隨著計算機(jī)的不斷發(fā)展，人與計算機(jī)的互動性得到了非常好的提現(xiàn)。而這種技術(shù)則成為了VR技術(shù)建立的主要手段。但是實時現(xiàn)實始終一直阻擋這VR技術(shù)前進(jìn)的一大難點之一，即時在理論上能夠分析得到高度逼真、實時漫游的虛擬世界，但至少以目前的狀況來說還達(dá)不到理論上的要求。這種理論性的技術(shù)是需要強(qiáng)大的硬件配置要求支撐的，比如說速度極快的圖形工作計算機(jī)和三維圖形加速卡等等設(shè)備，但以目前的設(shè)備來看即時最快的圖形處理計算機(jī)也不能達(dá)到十分逼真的同事又是實時互動的虛擬世界。根本的原因就在于，因為引入了人與虛擬世界的互動，需要即時生成新的動態(tài)模型時，就不能達(dá)到實時的效果了，所以就不得不降低圖形模塊的清晰度來減少處理的時間，這樣直接導(dǎo)致了虛擬世界的逼真在某程度上的減少，這就是所謂的景物復(fù)雜度的問題了。
圖形模塊的生成是虛擬世界中的重要瓶頸，虛擬世界的重要特性隨著人的位置、方向的不斷變更狀態(tài)下感受虛擬世界的動態(tài)特性，簡單來說，就是你移動一下位置和方向后所看到的即時生成的圖形模塊景象。有兩種指標(biāo)可以衡量用戶沉浸在虛擬世界中的效果和程度。其一就是之前所說的動態(tài)特性;其二就是互動的延遲特性。自然動態(tài)圖形的形成的幀數(shù)是30幀，至少也不能低于10幀，否則整體畫面就會出現(xiàn)嚴(yán)重的不連續(xù)和調(diào)動的感覺?；友舆t是影響用戶的另一個重要指標(biāo)，如人在飛機(jī)上飛行時，位置的變換和方向的控制，這時系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)即時產(chǎn)生相對的圖形畫面，期間的時間延遲應(yīng)不大于0.1秒，最多也不能大于1/4秒。否則在長期的工作中，人會容易產(chǎn)生疲勞、煩躁或者惡心的感覺，嚴(yán)重地影響了“真實”的感覺。以上兩種指標(biāo)都以來計算機(jī)圖形處理的速度。對于動態(tài)的模塊圖形生成而言，每幀的圖形生成時間在30～50毫秒之間為較好;而對于互動性的延遲，除互動式輸入及其處理時間外，其圖形的生成速度也是重要的因素。而以上所敘述的因素都與圖形處理的硬件組成有直接的相互關(guān)系，除此之外還有賴于應(yīng)用技術(shù)的因素，如虛擬場景的復(fù)雜程度和圖形模塊生成所需的真實感等等。 7. VR技術(shù)在各國的研究情況
?、賄R技術(shù)在美國的研究現(xiàn)狀
美國是虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的發(fā)源地，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的誕生可以追溯到上世紀(jì)40年代。最初研究的虛擬現(xiàn)實技術(shù)只是用于美國軍方對飛行駕駛員和宇航員的模擬訓(xùn)練。然而，隨著冷戰(zhàn)結(jié)束后美國軍費大大的削減，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就逐漸轉(zhuǎn)為民用，目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。
上個世紀(jì)80年代，美國宇航局及美國國防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果，美國宇航局Ames實驗室致力于一個叫“虛擬行星探索”的實驗計劃。現(xiàn)在美國宇航局已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國使用的模擬教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學(xué)的計算機(jī)專業(yè)就是進(jìn)行虛擬顯示技術(shù)研究最早最著名的大學(xué)。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。喬治梅森大學(xué)研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。施樂公司研究中心在模擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域中主要從事利用VRT建立未來辦公室的研究，并努力設(shè)計一項基于模擬現(xiàn)實技術(shù)使得數(shù)據(jù)存取更容易的窗口系統(tǒng)。波音公司的波音777運輸機(jī)采用全無紙化設(shè)計，利用所開發(fā)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將虛擬環(huán)境疊加于真實環(huán)境之上，把虛擬的模板顯示在正在加工的工件上，工人根據(jù)此模板控制待加工尺寸，從而簡化加工過程。
圖形圖像處理技術(shù)和傳感器技術(shù)是以上VR項目的主要技術(shù)。就目前看，空間的動態(tài)性和時間的實時性是這項技術(shù)的最主要焦點。
?、赩R技術(shù)在歐洲的研究現(xiàn)狀
在歐洲，英國在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備(包括觸覺反饋)設(shè)計和應(yīng)用研究方面。在歐洲來說是領(lǐng)先的。英國Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們在軟件和硬件的某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。英國ARRL公司關(guān)于遠(yuǎn)地呈現(xiàn)的研究實驗，主要包括VR重構(gòu)問題。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學(xué)可視化計算。
歐洲其它一些較發(fā)達(dá)的國家如：荷蘭、德國、瑞典等也積極進(jìn)行了VR的研究與應(yīng)用。
瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個基于Unix的，不同節(jié)點上的多個進(jìn)程可以在同一世界中工作的異質(zhì)分布式系統(tǒng)。
荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實驗室(TNO- PEL)開發(fā)的訓(xùn)練和模擬系統(tǒng)，通過改進(jìn)人機(jī)界面來改善現(xiàn)有模擬系統(tǒng)，以使用戶完全介入模擬環(huán)境。
德國在VR的應(yīng)用方面取得了出乎意料的成果。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面，一是用于產(chǎn)品設(shè)計、降低成本，避免新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險;二是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭取定單;三是用于培訓(xùn)，在新生產(chǎn)設(shè)備投入使用前用虛擬工廠來提高工人的操作水平。2008年10月27-29日在法國舉行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大會，整體上促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的深入發(fā)展。
?、踁R技術(shù)在日本的研究現(xiàn)狀
日本的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展在世界相關(guān)領(lǐng)域的研究中同樣具有舉足輕重的地位，它在建立大規(guī)模VR知識庫和虛擬現(xiàn)實的游戲方面作出了很大的成就。
在東京技術(shù)學(xué)院精密和智能實驗室研究了一個用于建立三維模型的人性化界面，稱為SpmAR NEC公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用代用手來處理CAD中的三維形體模型。通過數(shù)據(jù)手套把對模型的處理與操作者的手聯(lián)系起來;日本國際工業(yè)和商業(yè)部產(chǎn)品科學(xué)研究院開發(fā)了一種采用x、Y記錄器的受力反饋裝置;東京大學(xué)的高級科學(xué)研究中心的研究重點主要集中在遠(yuǎn)程控制方面，他們最近的研究項目是可以使用戶控制遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機(jī)械人手臂的主從系統(tǒng);東京大學(xué)廣瀨研究室重點研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題。他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)，用于克服當(dāng)前顯示和交互作用技術(shù)的局限性;日本奈良尖端技術(shù)研究生院大學(xué)教授千原國宏領(lǐng)導(dǎo)的研究小組于2004年開發(fā)出一種嗅覺模擬器，只要把虛擬空間里的水果放到鼻尖上一聞，裝置就會在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在嗅覺研究領(lǐng)域的一項突破。
④國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀
在我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究和一些發(fā)達(dá)國家相比還有很大的一段距離，隨著計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)系統(tǒng)工程等技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)得到了相當(dāng)?shù)闹匾暎鹞覈鹘缛耸康呐d趣和關(guān)注，研究與應(yīng)用VR，建立虛擬環(huán)境、虛擬場景模型分布式VR系統(tǒng)的開發(fā)正朝著深度和廣度發(fā)展。國家科委國防科工委部已將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究列為重點攻關(guān)項目，國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和高校也都在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實的研究和應(yīng)用并取得了一些不錯的研究成果。
北京航空航天大學(xué)計算機(jī)系也是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，其虛擬實現(xiàn)與可視化新技術(shù)研究室集成了分布式虛擬環(huán)境，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境、用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等，并在以下方面取得進(jìn)展：著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理;在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實現(xiàn)方法。
清華大學(xué)國家光盤工程研究中心所作的“布達(dá)拉宮”，采用了QuickTime技術(shù)，實現(xiàn)大全景VR制;浙江大學(xué)CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng);哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機(jī)系已經(jīng)成功地合成了人的高級行為中的特定人臉圖像，解決了表情的合成和唇動合成技術(shù)問題，并正在研究人說話時手勢和頭勢的動作、語音和語調(diào)的同步等。
8.學(xué)習(xí)小結(jié)和心得
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個極具潛力的研究項目，是未來的重要技術(shù)之一。它不論在理論，軟件或者硬件的領(lǐng)域上都依賴著很多技術(shù)，當(dāng)然其中也有較多的技術(shù)只實現(xiàn)了理論，硬件方面還是有待完善的。不過可以遇見，在未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)絕對會被廣泛應(yīng)用。
本論文講述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念，特征，應(yīng)用范圍，相關(guān)的技術(shù)，涉及的設(shè)備，技術(shù)上實現(xiàn)的難點，各國的研究現(xiàn)狀等。最重要的就是，我們通過對這門技術(shù)項目的學(xué)習(xí)，了解到計算機(jī)更加多方面的知識，亦同時得知了更加多與計算機(jī)之間的硬件設(shè)備知識，讓我們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，日后我們會繼續(xù)留意虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，如有機(jī)會定必會該項技術(shù)奉獻(xiàn)綿薄之力。
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