虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)23.docx

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程小組項(xiàng)目文檔課題名稱 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)班 級(jí) 土木2013-1組 號(hào) 組 長(zhǎng) 邢國(guó)興小組成員 邢國(guó)興 陳翔 黃振鋼2013.12目錄虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)2一.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介與藝術(shù)特點(diǎn)21.1 多感知性41.2 臨場(chǎng)性41.3 交互性41.4 自主性4二 關(guān)鍵技術(shù)51多媒體技術(shù)52計(jì)算機(jī)圖形學(xué)63并行處理技術(shù)74計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)85其他的技術(shù)需要9三技術(shù)應(yīng)用103.1 醫(yī)學(xué)103.2 娛樂(lè)113.3 軍事航天113.4 室內(nèi)設(shè)計(jì)113.5 房產(chǎn)開(kāi)發(fā)123.6 工業(yè)仿真123.7 應(yīng)急推演133.8 文物古跡153.9 游戲153.10 Web3D163.11 道路橋梁163.12 地理173.13 教育173.14演播室193.15水文地質(zhì)19虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介與藝術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。人作為參與者通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置，自然的對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用.藝術(shù)特點(diǎn)“作為現(xiàn)代科技前沿的綜合體現(xiàn)，VR藝術(shù)是通過(guò)人機(jī)界面對(duì)復(fù)雜據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種新的藝術(shù)語(yǔ)言形式，它吸引藝術(shù)家的重要之處，在于藝術(shù)思維與科技工具的密切交融和二者深層滲透所產(chǎn)生的全新的認(rèn)知體驗(yàn)。與傳統(tǒng)視窗操作下的新媒體藝術(shù)相比，交互性和擴(kuò)展的人機(jī)對(duì)話，是VR藝術(shù)呈現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。從整體意義上說(shuō)，VR藝術(shù)是以新型人機(jī)對(duì)話為基礎(chǔ)的交互性的藝術(shù)形式，其最大優(yōu)勢(shì)在于建構(gòu)作品與參與者的對(duì)話，通過(guò)對(duì)話揭示意義生成的過(guò)程。藝術(shù)家通過(guò)對(duì)VR、AR等技術(shù)的應(yīng)用，可以采用更為自然的人機(jī)交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的藝術(shù)環(huán)境和現(xiàn)實(shí)情況下不能實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想，并賦予創(chuàng)造的過(guò)程以新的含義。如具有VR性質(zhì)的交互裝置系統(tǒng)可以設(shè)置觀眾穿越多重感官的交互通道以及穿越裝置的過(guò)程，藝術(shù)家可以借助軟件和硬件的順暢配合來(lái)促進(jìn)參與者與作品之間的溝通與反饋，創(chuàng)造良好的參與性和可操控性；也可以通過(guò)視頻界面進(jìn)行動(dòng)作捕捉，儲(chǔ)存訪問(wèn)者的行為片段，以保持參與者的意識(shí)增強(qiáng)性為基礎(chǔ)，同步放映增強(qiáng)效果和重新塑造、處理過(guò)的影像；通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等形式，將數(shù)字世界和真實(shí)世界結(jié)合在一起，觀眾可以通過(guò)自身動(dòng)作控制投影的文本，如數(shù)據(jù)手套可以提供力的反饋，可移動(dòng)的場(chǎng)景、360度旋轉(zhuǎn)的球體空間不僅增強(qiáng)了作品的沉浸感，而且可以使觀眾進(jìn)入作品的內(nèi)部，操縱它、觀察它的過(guò)程，甚至賦予觀眾參與再創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。”1.1 多感知性指除了一般多媒體計(jì)算機(jī)具有的視覺(jué)感知和聽(tīng)覺(jué)感知外，還有觸覺(jué)，力覺(jué)，運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括嗅覺(jué)感知和味覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有一切人的感知功能。1.2 臨場(chǎng)性臨場(chǎng)感又稱存在感，它是指用戶作為主角存在于模擬環(huán)境中感覺(jué)到的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假，如實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)實(shí)更真實(shí)的照明和音響效果等。1.3 交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作性程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。如用戶可以直接抓取虛擬環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握住東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視場(chǎng)中被抓的物體也會(huì)隨手的移動(dòng)而移動(dòng)。1.4 自主性指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律運(yùn)動(dòng)的程度，如當(dāng)物體受到力的推動(dòng)時(shí)會(huì)向力的方向移動(dòng)或翻到。二 關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)相當(dāng)前沿的技術(shù)，它呀，綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)。1多媒體技術(shù)多媒體是近幾年者出現(xiàn)的新生事物，它的出現(xiàn)極大地改變了人們獲取信息的傳統(tǒng)方法，符合人們?cè)谛畔r(shí)代的閱讀方式。1.1、概念：多媒體技術(shù)（Multimedia Technology）是利用計(jì)算機(jī)對(duì)文本、圖形、圖像聲音、動(dòng)畫、視頻等多種信息綜合處理、建立邏輯關(guān)系和人機(jī)交互作用的技術(shù)。也就是利用電腦把文字、圖形、影像、動(dòng)畫、聲音及視頻等媒體信息都數(shù)位化，并將其整合在一定的交互式界面上，使電腦具有交互展示不同媒體形態(tài)的能力。1.2、功能與應(yīng)用意義：通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以處理文字、數(shù)據(jù)和圖形等信息，而多媒體計(jì)算機(jī)除了處理以上的信息種類以外，還可以綜合處理圖像、聲音、動(dòng)畫、視頻等信息，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新紀(jì)元。多媒體技術(shù)應(yīng)用的意義在于，使計(jì)算機(jī)可以處理人類生活中最直接、最普遍的信息，從而使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及功能得到了極大的擴(kuò)展；使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面和手段更加友好和方便，非專業(yè)人員可以方便地使用和操作計(jì)算機(jī)。多媒體技術(shù)使音像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)三大信息處理技術(shù)緊密地結(jié)合起來(lái)，為信息處理技術(shù)發(fā)展奠定了新的基石。多媒體技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有多年的歷史了，到目前為止聲音、視頻、圖像壓縮方面的基礎(chǔ)技術(shù)已逐步成熟。2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支領(lǐng)域，主要關(guān)注數(shù)字合成與操作視覺(jué)的圖形內(nèi)容。雖然這個(gè)詞通常被認(rèn)為是指三維圖形，這只是通常而已，實(shí)際上，同時(shí)包括了二維圖形以及圖像處理。2.1、概念：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(Computer Graphics，簡(jiǎn)稱CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。2.2、主要研究?jī)?nèi)容與主要目的：簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來(lái)看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)一個(gè)主要的目的就是要利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生令人賞心悅目的真實(shí)感圖形。為此，必須建立圖形所描述的場(chǎng)景的幾何表示，再用某種光照模型，計(jì)算在假想的光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照明效果。給人以視覺(jué)上的真實(shí)感。3并行處理技術(shù)并行處理技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。1、概念：并行處理技術(shù)主要是以算法為核心，并行語(yǔ)言為描述，軟硬件作為實(shí)現(xiàn)工具的相互聯(lián)系而又相互制約的一種結(jié)構(gòu)技術(shù)。2、并行處理技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍：并行處理技術(shù)可多條指令并行執(zhí)行，各指令中的微操作可并行執(zhí)行，可使多個(gè)任務(wù)并行處理等，。并行處理技術(shù)主要用于加速對(duì)大的全3D數(shù)據(jù)模型的處理能力，可使全3D模擬工作的可適用性得到極大程度地?cái)U(kuò)展典型的處理器數(shù)介于8-12之間，并行處理的加速因子通常與處理器數(shù)接近，即8個(gè)處理器的加速能力近于原來(lái)的8倍。以往需要數(shù)天才能完成的處理任務(wù)，僅需幾小時(shí)即可完成。因?yàn)椴⑿刑幚砑夹g(shù)能夠充分利用機(jī)群中所有內(nèi)存。-并行處理技術(shù)還可用于對(duì)2D模型進(jìn)行處理。并行處理技術(shù)是解決需要長(zhǎng)時(shí)間處理，特別是全3D模擬難題極為高效的方案。4計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，它使人們?cè)诳茖W(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了更好的系統(tǒng)優(yōu)化性、預(yù)測(cè)的可靠性和研究的前瞻性，既節(jié)約了科研和生產(chǎn)的成本，降低了風(fēng)險(xiǎn)，也拓展了應(yīng)用的領(lǐng)域。4.1、概念：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)4.2、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的特點(diǎn)：.a模型參數(shù)可根據(jù)要求任意調(diào)整、修改和補(bǔ)充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進(jìn)一步完善研究方案提供了可能。與傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。b.系統(tǒng)模型求解快速。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得出仿真運(yùn)算的結(jié)果，為生產(chǎn)實(shí)踐提供最及時(shí)的指導(dǎo)。c.仿真運(yùn)算結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。在機(jī)器沒(méi)有故障的前提下，只要系統(tǒng)模型、仿真模型、仿真程序科學(xué)合理，那么計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果是準(zhǔn)確無(wú)誤的。d.實(shí)物、實(shí)時(shí)仿真直觀、逼真。仿真方法是一個(gè)迭代過(guò)程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性（過(guò)程），抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)（輸入），進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況來(lái)修改模型和有關(guān)的參數(shù)。如此迭代地進(jìn)行，直到認(rèn)為這個(gè)模型已滿足試驗(yàn)者對(duì)客觀系統(tǒng)的某一層次的仿真目的為止。5其他的技術(shù)需要圖像顯示設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺(jué)效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見(jiàn)的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現(xiàn)實(shí)世界的同時(shí)，提供高分辨率、大視場(chǎng)角的虛擬場(chǎng)景，并帶有立體聲耳機(jī)，可以使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的浸沒(méi)感。其他外設(shè)主要用于實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)的交互功能，包括數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、運(yùn)動(dòng)跟蹤器、力反饋裝置、語(yǔ)音識(shí)別與合成系統(tǒng)等等。三技術(shù)應(yīng)用 3.1 醫(yī)學(xué)VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺(jué)手套，學(xué)生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個(gè)SGI工作站建立了一個(gè)虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺(jué)手套，使用者可以對(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。但該系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)，如需提高環(huán)境的真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時(shí)培訓(xùn)多個(gè)使用者，或可在外地專家的指導(dǎo)下工作等。手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術(shù)都有十分重要的意義。在醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行“尸體”解剖和各種手術(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，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(dòng)脈的模擬器，可以使學(xué)生反復(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)人眼的前眼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，并帶有實(shí)時(shí)的觸覺(jué)反饋，學(xué)生利用它可以觀察模擬移去晶狀體的全過(guò)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。還有麻醉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、口腔手術(shù)模擬器等。外科醫(yī)生在真正動(dòng)手術(shù)之前，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助，能在顯示器上重復(fù)地模擬手術(shù)，移動(dòng)人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過(guò)程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都能發(fā)揮十分重要的作用。3.2 娛樂(lè)豐富的感覺(jué)能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂(lè)方面對(duì)VR的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來(lái)VR在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開(kāi)放了世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂(lè)系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場(chǎng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)；英國(guó)開(kāi)發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感；1992年的一臺(tái)稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計(jì)算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強(qiáng)了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度VR產(chǎn)品獎(jiǎng)。另外在家庭娛樂(lè)方面VR也顯示出了很好的前景。作為傳輸顯示信息的媒體，VR在未來(lái)藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。VR所具有的臨場(chǎng)參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)（如油畫、雕刻等）轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。另外，VR提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力，如一個(gè)虛擬的音樂(lè)家可以演奏各種各樣的樂(lè)器，手足不便的人或遠(yuǎn)在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂(lè)廳欣賞音樂(lè)會(huì)等等。對(duì)藝術(shù)的潛在應(yīng)用價(jià)值同樣適用于教育，如在解釋一些復(fù)雜的系統(tǒng)抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一個(gè)“虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。3.3 軍事航天模擬訓(xùn)練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)，以提供坦克協(xié)同訓(xùn)練，該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺(tái)模擬器。另外利用VR技術(shù)，可模擬零重力環(huán)境，替非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。3.4 室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺(jué)形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計(jì)許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見(jiàn)的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時(shí)間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用。3.5 房產(chǎn)開(kāi)發(fā)隨著房地產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，傳統(tǒng)的展示手段如平面圖、表現(xiàn)圖、沙盤、樣板房等已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足消費(fèi)者的 需要。因此敏銳把握市場(chǎng)動(dòng)向，果斷啟用最新的技術(shù)并迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，方可以領(lǐng)先一步，擊潰競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是集影視廣告、動(dòng)畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營(yíng)銷方式，在國(guó)內(nèi)的廣州、上海、北京等大城市，國(guó)外的加拿大、美國(guó)等經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)達(dá)的國(guó)家都非常熱門，是當(dāng)今房地產(chǎn)行業(yè)一個(gè)綜合實(shí)力的象征和標(biāo)志，其最主要的核心是房地產(chǎn)銷售！同時(shí)在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的其他重要環(huán)節(jié)包括申報(bào)、審批、設(shè)計(jì)、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。3.6 工業(yè)仿真當(dāng)今世界工業(yè)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，大規(guī)模人海戰(zhàn)術(shù)早已不再適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用顯現(xiàn)出巨大的威力，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用正對(duì)工業(yè)進(jìn)行著一場(chǎng)前所未有的革命。虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)企業(yè)提高開(kāi)發(fā)效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少?zèng)Q策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)起到了重要的作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入,將使工業(yè)設(shè)計(jì)的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合社會(huì)發(fā)展的需要,可以說(shuō)在工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可行且必要的。工業(yè)仿真系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的場(chǎng)景漫游，是真正意義上用于指導(dǎo)生產(chǎn)的仿真系統(tǒng)，它結(jié)合用戶業(yè)務(wù)層功能和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)組建一套完全的仿真系統(tǒng)，可組建B/S、C/S兩種架構(gòu)的應(yīng)用，可與企業(yè)ERP、MIS系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，支持SqlServer、Oracle、MySql等主流數(shù)據(jù)庫(kù)。工業(yè)仿真所涵蓋的范圍很廣，從簡(jiǎn)單的單臺(tái)工作站上的機(jī)械裝配到多人在線協(xié)同演練系統(tǒng)。下面列舉一些工業(yè)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域： 石油、電力、煤炭行業(yè)多人在線應(yīng)急演練市政、交通、消防應(yīng)急演練多人多工種協(xié)同作業(yè)（化身系統(tǒng)、機(jī)器人人工智能）虛擬制造/虛擬設(shè)計(jì)/虛擬裝配（CAD/CAM/CAE）模擬駕駛、訓(xùn)練、演示、教學(xué)、培訓(xùn)等軍事模擬、指揮、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、電子對(duì)抗地形地貌、地理信息系統(tǒng)（GIS）生物工程（基因/遺傳/分子結(jié)構(gòu)研究）虛擬醫(yī)學(xué)工程（虛擬手術(shù)/解剖/醫(yī)學(xué)分析）建筑視景與城市規(guī)劃、礦產(chǎn)、石油航空航天、科學(xué)可視化3.7 應(yīng)急推演防患于未然，是各行各業(yè)尤其是具有一定危險(xiǎn)性行業(yè)（消防、電力、石油、礦產(chǎn)等）的關(guān)注 重點(diǎn)，如何確保在事故來(lái)臨之時(shí)做到最小的損失，定期的執(zhí)行應(yīng)急推演是傳統(tǒng)并有效地一種防患方式，但其弊端也相當(dāng)明顯，投入成本高，每一次推演都要投入大量的人力、物力，大量的投入使得其不可能進(jìn)行頻繁性的執(zhí)行，虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)生為應(yīng)急演練提供了一種全新的開(kāi)展模式，將事故現(xiàn)場(chǎng)模擬到虛擬場(chǎng)景中去，在這里人為的制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應(yīng)。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實(shí)訓(xùn)時(shí)間，從而保證了人們面對(duì)事故災(zāi)難時(shí)的應(yīng)對(duì)技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進(jìn)行推演，這樣的案例已有應(yīng)用，必將是今后應(yīng)急推演的一個(gè)趨勢(shì)。虛擬演練有著如下優(yōu)勢(shì)：a.仿真性虛擬演練環(huán)境是以現(xiàn)實(shí)培演練環(huán)境為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建的，操作規(guī)則同樣立足于現(xiàn)實(shí)中實(shí)際的操作規(guī)范，理想的虛擬環(huán)境甚至可以達(dá)到使受訓(xùn)者難辨真假的程度。 b.開(kāi)放性虛擬演練打破了演練空間上的限制，受訓(xùn)者可以在任意的地理環(huán)境中進(jìn)行集中演練，身處何地的人員，只要通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備即可進(jìn)入相同的虛擬演練場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)的集中化演練。c.針對(duì)性與現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)演練相比，虛擬演練的一大優(yōu)勢(shì)就是可以方便的模擬任何培訓(xùn)科目，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，受訓(xùn)者可以將自身置于各種復(fù)雜、突發(fā)環(huán)境中去，從而進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，提高自身的應(yīng)變能力與相關(guān)處理技能。d.自主性借助自身的虛擬演練系統(tǒng)，各單位可以根據(jù)自身實(shí)際需求在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)組織相關(guān)培訓(xùn)指導(dǎo)，受訓(xùn)者等相關(guān)人員進(jìn)行演練，并快速取得演練結(jié)果，進(jìn)行演練評(píng)估和改進(jìn)。受訓(xùn)人員亦可以自發(fā)的進(jìn)行多次重復(fù)演練，使受訓(xùn)人員始終處于培訓(xùn)的主導(dǎo)地位，掌握受訓(xùn)主動(dòng)權(quán)，大大增加演練時(shí)間和演練效果。e.安全性作為電力培訓(xùn)中重中之重的安全性，虛擬的演練環(huán)境遠(yuǎn)比現(xiàn)實(shí)中安全，培訓(xùn)與受訓(xùn)人員可以大膽的在虛擬環(huán)境中嘗試各種演練方案，即使創(chuàng)下“大禍”，也不會(huì)造成“惡果”，而是將這一切放入演練評(píng)定中去，作為最后演練考核的參考。這樣，在確保受訓(xùn)人員人身安全萬(wàn)無(wú)一失的情況下，受訓(xùn)人員可以卸去事故隱患的包袱，盡可能極端的進(jìn)行演練，從而大幅的提高自身的技能水平，確保在今后實(shí)際操作中的人身與事故安全。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電力相關(guān)培訓(xùn)中去，有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，打造虛擬的演練平臺(tái)，無(wú)庸質(zhì)疑的將是電力培訓(xùn)的一個(gè)趨勢(shì)。3.8 文物古跡利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將文物的展示、保護(hù)提高到一個(gè)嶄新的階段。首先表現(xiàn)在將文物 實(shí)體通過(guò)影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起實(shí)物三維或模型數(shù)據(jù)庫(kù)，保存文物原有的各項(xiàng)型式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等重要資源，實(shí)現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久的保存。 其次利用這些技術(shù)來(lái)提高文物修復(fù)的精度和預(yù)先判斷、選取將要采用的保護(hù)手段，同時(shí)可以縮短修復(fù)工期。 通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)整合統(tǒng)一大范圍內(nèi)的文物資源，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在大范圍內(nèi)來(lái)利用虛擬技術(shù)更加全面、生動(dòng)、逼真地展示文物，從而使文物脫離地域限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以推動(dòng)文博行業(yè)更快地進(jìn)入信息時(shí)代，實(shí)現(xiàn)文物展示和保護(hù)的現(xiàn)代化。3.9 游戲三維游戲既是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重要的應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展起了巨大的需求牽引作用。 盡管存在眾多的技術(shù)難題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的游戲市場(chǎng)中還是得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，電腦游戲自產(chǎn)生以來(lái)，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實(shí)的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)已經(jīng)成為三維游戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，游戲在保持其實(shí)時(shí)性和交互性的同時(shí)，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強(qiáng)。我們相信，隨著三維技術(shù)的快速發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲必將為人類娛樂(lè)、教育和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出新的更大的貢獻(xiàn)。3.10 Web3DWeb3D主要有四類運(yùn)用方向：商業(yè)、教育、娛樂(lè)、和虛擬社區(qū)。對(duì)企業(yè)和電子商務(wù)三維的表現(xiàn)形式，能夠全方位的展現(xiàn)一個(gè)物體，具有二維平面圖象不可比擬的優(yōu)勢(shì)。企業(yè)將他們的產(chǎn)品發(fā)布成網(wǎng)上三維的形式，能夠展現(xiàn)出產(chǎn)品外形的方方面面，加上互動(dòng)操作，演示產(chǎn)品的功能和使用操作，充分利用互聯(lián)網(wǎng)高速迅捷的傳播優(yōu)勢(shì)來(lái)推廣公司的產(chǎn)品。對(duì)于網(wǎng)上電子商務(wù)，將銷售產(chǎn)品展示做成在線三維的形式，顧客通過(guò)對(duì)之進(jìn)行觀察和操作能夠?qū)Ξa(chǎn)品有更加全面的認(rèn)識(shí)了解，決定購(gòu)買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來(lái)更多的利潤(rùn)。對(duì)教育業(yè)現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純的依靠書本、教師授課的形式。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化的知識(shí)，如原子、分子的結(jié)構(gòu)、分子的結(jié)合過(guò)程、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)時(shí)，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過(guò)程形象話，學(xué)生更容易接受和掌握。許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，做比聽(tīng)和說(shuō)更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件，學(xué)生可以在實(shí)際的動(dòng)手操作中得到更深的體會(huì)。對(duì)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)而言，引入Web3D內(nèi)容必將達(dá)到很好的在線教育效果。 對(duì)娛樂(lè)游戲業(yè)娛樂(lè)游戲業(yè)永遠(yuǎn)是一個(gè)不衰的市場(chǎng)?，F(xiàn)今，互連網(wǎng)上已不是單一靜止的世界，動(dòng)態(tài)HTML、flash動(dòng)畫、流式音視頻，使整個(gè)互連網(wǎng)呈現(xiàn)生機(jī)盎然。動(dòng)感的頁(yè)面較之靜態(tài)頁(yè)面更能吸引更多的瀏覽者。三維的引入，必將造成新一輪的視覺(jué)沖擊，使網(wǎng)頁(yè)的訪問(wèn)量提升。娛樂(lè)站點(diǎn)可以在頁(yè)面上建立三維虛擬主持這樣的角色來(lái)吸引瀏覽者。游戲公司除了在光盤上發(fā)布3D游戲外，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行在線三維游戲。利用互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，受眾和覆蓋面得到迅速擴(kuò)張。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)展示與虛擬社區(qū)使用Web3D實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的VR展示，只須構(gòu)建一個(gè)三維場(chǎng)景，人以第一視角在其中穿行。場(chǎng)景和控制者之間能產(chǎn)生交互，加之高質(zhì)量的生成畫面使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。對(duì)于象虛擬展廳、建筑房地產(chǎn)虛擬漫游展示，提供了解決方案。如果是建立一個(gè)多用戶而且可以互相傳遞信息的環(huán)境，也就形成了所謂的虛擬社區(qū)。Web3D技術(shù)同樣可以在三維定位監(jiān)控，工業(yè)過(guò)程控制，建筑信息模型（BIM），場(chǎng)館虛擬展1示等系統(tǒng)中得到應(yīng)用。3.11 道路橋梁城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來(lái)切實(shí)且可觀的利益。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀在高速公路與橋梁建設(shè)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了應(yīng)用。由于道路橋梁需要同時(shí)處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這種形勢(shì)需要很高的計(jì)算機(jī)性能作為后臺(tái)支持，但隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的提高，一些原有的技術(shù)瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用達(dá)到了前所未有的發(fā)展 。在我國(guó)，許多學(xué)院和機(jī)構(gòu)也一直在從事這方面的研究與應(yīng)用。三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，可廣泛的應(yīng)用于橋梁道路設(shè)計(jì)等行業(yè)。該軟件適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、高度可視化、所見(jiàn)即所得，他的出現(xiàn)將給正在發(fā)展的VR產(chǎn)業(yè)提示入新的活力。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁方面的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路和橋梁建設(shè)方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景，可由后臺(tái)置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，便于受眾對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標(biāo)段概況,技術(shù)數(shù)據(jù),截面等,電子地圖,聲音、圖像、動(dòng)畫，并與核心的虛擬技術(shù)產(chǎn)生交互，從而實(shí)現(xiàn)演示場(chǎng)景中的導(dǎo)航、定位與背景信息介紹等諸多實(shí)用、便捷的功能。3.12 地理應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將三維地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政設(shè)施的三維立體模型融合在一起，再現(xiàn)城市建筑及街區(qū)景觀，用戶在顯示屏上可以很直觀地看到生動(dòng)逼真的城市街道景觀，可以進(jìn)行諸如查詢、量測(cè)、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，滿足數(shù)字城市技術(shù)由二維GIS向三維虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化發(fā)展需要，為城建規(guī)劃、社區(qū)服務(wù)、物業(yè)管理、消防安全、旅游交通等提供可視化空間地理信息服務(wù)。電子地圖技術(shù)是集地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字制圖技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。電子地圖是一種以可視化的數(shù)字地圖為背景，用文本、照片、圖表、聲音、動(dòng)畫、視頻等多媒體為表現(xiàn)手段展示城市、企業(yè)、旅游景點(diǎn)等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，它可以存貯于計(jì)算機(jī)外存，以只讀光盤、網(wǎng)絡(luò)等形式傳播，以桌面計(jì)算機(jī)或觸摸屏計(jì)算機(jī)等形式提供大眾使用。由于電子地圖產(chǎn)品結(jié)合了數(shù)字制圖技術(shù)的可視化功能、數(shù)據(jù)查詢與分析功能以及多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的信息表現(xiàn)手段，加上現(xiàn)代電子傳播技術(shù)的作用，它一出現(xiàn)就贏得了社會(huì)的廣泛興趣!3.13 教育虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之為學(xué)習(xí)者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。它主要具體應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：1科技研究當(dāng)前許多高校都在積極研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用，并相繼建起了虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的研究室，將科研成果迅速轉(zhuǎn)化實(shí)用技術(shù)，如北京航天航空大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用；浙江大學(xué)在建筑方面進(jìn)行虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用；哈爾濱工業(yè)大學(xué)在人機(jī)交互方面的應(yīng)用；清華大學(xué)對(duì)臨場(chǎng)感的研究等都頗具特色。有的研究室甚至已經(jīng)具備獨(dú)立承接大型虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的實(shí)力。 虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬體驗(yàn)，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的灌輸，有本質(zhì)的差別。虛擬實(shí)驗(yàn)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等等，擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)：1、節(jié)省成本通常我們由于設(shè)備、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等硬件的限制。許多實(shí)驗(yàn)都無(wú)法進(jìn)行。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)。在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。2、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作往往會(huì)帶來(lái)各種危險(xiǎn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。例如：虛擬的飛機(jī)駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機(jī)墜毀的嚴(yán)重事故。3、打破空間、時(shí)間的限制利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德?tīng)栠z傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。2虛擬實(shí)訓(xùn)基地：利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)隨時(shí)生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。包括軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹(shù)栽培技、電器維修技能等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練，由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機(jī)駕駛