虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門(mén)新興邊緣的技術(shù)，研究?jī)?nèi)容涉及多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣 泛,被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。 從虛 擬現(xiàn)實(shí)的概念出發(fā)，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了充分論述 ，并展望 了虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展趨勢(shì)。一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality,簡(jiǎn)稱(chēng)VR）,又譯為靈境技術(shù)，從應(yīng)用上看它是一 種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù) 及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，也是力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)等各種學(xué)科的綜合應(yīng)用。這種計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最新技術(shù)的特點(diǎn)在于以模仿的

2、方式為用戶(hù)創(chuàng)造一種虛擬的環(huán)境，通過(guò)視、聽(tīng)、觸等感知行為使 得用戶(hù)產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺(jué)并與虛擬環(huán)境相互作用從而引起虛擬環(huán) 境的實(shí)時(shí)變化。二、虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了一種計(jì)算工具和分析工具，并因此導(dǎo)致了許多解決問(wèn)題 的新方法的產(chǎn)生。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展也同樣如此，概括的國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn) 實(shí)技術(shù)，它主要涉及到三個(gè)研究領(lǐng)域：通過(guò)計(jì)算圖形方式建立實(shí)時(shí)的三維視覺(jué)效 果；建立對(duì)虛擬世界的觀察界面；使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)諸如科學(xué)計(jì)算技術(shù)等方 面的應(yīng)用。1國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀1.1 VR技術(shù)在美國(guó)的研究現(xiàn)狀美國(guó)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的發(fā)源地，目前大部分研究機(jī)構(gòu)都在美國(guó)。NASAAmes®驗(yàn)

3、室一直是許多VRT思想的發(fā)源地.早在1981年，他們就開(kāi)始研究空間信 息顯示，1984年開(kāi)始了虛擬視覺(jué)環(huán)境顯示項(xiàng)目，后來(lái)還開(kāi)發(fā)了虛擬界面環(huán)境工作 站。目前,Ames實(shí)驗(yàn)室正在致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索”的試驗(yàn)計(jì)劃。這一項(xiàng) 目能使“虛擬探索者”利用虛擬環(huán)境來(lái)考察遙遠(yuǎn)的行星。波音公司的波音777運(yùn) 輸機(jī)采用全無(wú)紙化設(shè)計(jì)，利用所開(kāi)發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將虛擬環(huán)境疊加于真實(shí)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(jiǎn)化加工過(guò)程。1.2 VR技術(shù)在歐洲的研究現(xiàn)狀在歐洲，英國(guó)的Bristol公司開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)DVS是一個(gè)領(lǐng)先于某些標(biāo)準(zhǔn)操 作系統(tǒng)環(huán)境。公司還提供了領(lǐng)先于

4、DVS的環(huán)境編輯語(yǔ)言。在該語(yǔ)言中，VR被分 成3類(lèi)：實(shí)際環(huán)境檢測(cè)、虛擬環(huán)境控制、虛擬環(huán)境顯示。每個(gè)類(lèi)別里有門(mén)的操作 符模型，DVSft件則使每個(gè)操作符產(chǎn)生不同的功能。英國(guó)在 VR開(kāi)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(jué)反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲 來(lái)說(shuō)是領(lǐng)先的。1.3 VR技術(shù)在歐洲的研究現(xiàn)狀日本的虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)庫(kù)和虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面作出了很大的成就。東京 大學(xué)的原島研究室開(kāi)展了 3項(xiàng)研究：人類(lèi)面部表情特征的提取、三維結(jié)構(gòu)的判定 和三維形狀的表示、動(dòng)圖像的提取。在東京技術(shù)學(xué)院精密和智能實(shí)驗(yàn)室研究了一

5、個(gè)用于建立三維模型的人性化 界面，稱(chēng)為SpmAR NEC公司開(kāi)發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用代用手來(lái)處理CAD的 三維 形體模 一279 No.2,2009 現(xiàn)代商 貿(mào)工業(yè) Modern Business Trade Industry2009 年第2期型，通過(guò)數(shù)據(jù)手套把對(duì)模型的處理與操作者的手聯(lián)系起 來(lái)。2國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀VR技術(shù)是一項(xiàng)投資大、難度高的科技領(lǐng)域。同一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在VR 技術(shù)上的研究起步較晚，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的一段距離，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程等技術(shù)的高速發(fā)展， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)得到了相當(dāng)?shù)闹?視，引起我國(guó)各界人士的興趣和關(guān)注，研究與應(yīng)用VR,建立虛擬環(huán)境

6、，虛擬場(chǎng)景模型分布式VR系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)正朝著深度和廣度發(fā)展。國(guó)家科委國(guó)防科工委部已將虛 擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和高校也都在進(jìn)行虛擬 現(xiàn)實(shí)的研究和應(yīng)用并取得了一些不錯(cuò)的研究成果。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系也 是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，其虛擬實(shí)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(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境、 用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)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(shí)中的視覺(jué)接口方面開(kāi)發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法。清華大學(xué)國(guó)家光 盤(pán)工程研究中心

7、所作的“布達(dá)拉宮”，采用了 QuickTime技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大全景VR制； 浙江大學(xué)AD&CGI家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已經(jīng)成功地合成了人的高級(jí)行為中的特定人臉圖像，解決了表情的合成和唇動(dòng)合成技術(shù)問(wèn)題，并正在研究人說(shuō)話時(shí)手勢(shì)和頭勢(shì)的動(dòng)作、 語(yǔ)音和語(yǔ)調(diào)的同步等。二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃、軍事等方面應(yīng)用的不斷深入，在建模與繪制 方法、交互方式和系統(tǒng)構(gòu)建方法等方面，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都提出來(lái)更高的需求。 為了滿(mǎn)足這些新的需求，近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)研究遵循“低成本、高性能” 原則取得了快速發(fā)展，表現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)和發(fā)展

8、趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在以下方面：(1)動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境的建立是 VR技術(shù)的核心內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí) 際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。(2)實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是如何“實(shí)時(shí)生成”，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究?jī)?nèi)容。此 外,VR還依賴(lài)于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿(mǎn)足系統(tǒng) 的需要，有必要開(kāi)發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。(3)媒介與人的融合可以設(shè)想，依仗于智能技術(shù)的發(fā)展，人們終將擺脫程序化的管理方式，使自 己的心力和智力在更大的空間里得到“提升”，創(chuàng)造樂(lè)趣

9、和才能全面發(fā)展的要求得到滿(mǎn)足?？梢哉f(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，正是人類(lèi)進(jìn)入高度文明社會(huì)前的必然的也是 必須的技術(shù)發(fā)展背景和條件。數(shù)字化時(shí)代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將越來(lái)越人性化。有一 天,人們會(huì)發(fā)現(xiàn)所面對(duì)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，將不再是一堆單調(diào)和呆板的硬件，而是會(huì) 說(shuō)話、根據(jù)人的語(yǔ)言、表情和手勢(shì)做出相應(yīng)反映的智能化器件。 同計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò) 打交道，將會(huì)如同和人打交道一樣方便。對(duì)于普通大眾而言，虛擬現(xiàn)實(shí)這一數(shù)字媒 介將不再是神秘的、不可琢磨的事物，而是善解人意的精靈.它了解人對(duì)信息的特 殊需求，在人需要它的時(shí)候，適時(shí)為人們送來(lái)信息。借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把電子 途徑直接與人們的生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái) ，人機(jī)界面不僅是由生硬到友好

10、，而且 是向界面發(fā)展，從而最終把其納入人的本體。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人性化，最終將體現(xiàn) 出自然性，達(dá)到“天人合一”的完美境界。（4）大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)是指多個(gè)用戶(hù)在一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)集合中，利用新型的人機(jī)交互設(shè)備介入計(jì)算機(jī)產(chǎn)生多維的、 適用于用戶(hù)（即適人化）應(yīng)用的、相關(guān)的虛擬 情景環(huán)境。分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)除了滿(mǎn)足復(fù)雜虛擬環(huán)境計(jì)算的需求外，還應(yīng)滿(mǎn)足分布式仿真與協(xié)同工作等應(yīng)用對(duì)共享虛擬環(huán)境的自然需求。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 必須支持系統(tǒng)中多個(gè)用戶(hù)、信息對(duì)象（實(shí)體）之間通過(guò)消息傳遞實(shí)現(xiàn)的交互。分布 式虛擬現(xiàn)實(shí)可以看作是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是可供多用戶(hù)同時(shí)異地參與的 分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶(hù)如同進(jìn)入到