虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù) 【摘 要】虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡稱VR技術(shù)。目前，除了在城市規(guī)劃、大型工程漫游、數(shù)字化酒店、展會、博物館展示系統(tǒng)等領(lǐng)域中得以利用外，在電子商務(wù)、育、娛樂等領(lǐng)域，也正表現(xiàn)出不同一般的非凡魅力?！娟P(guān)健詞】 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 【Abstract】Virtual reality technology abbreviation VR technique at present, except in urban planning large engineering roaming digital hotel exhibition museum exhibition systems, etc. To use

2、 outside, in e-commerce education entertainment etc, also are showing a different general special charm【keyword】virtual reality technique1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virual Reality)也稱VR技術(shù)，是指利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、多媒休技術(shù)、人工智能技術(shù)以及人機接口技術(shù)等高新技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要通過構(gòu)建一個文字(Text)，圖形(Graph)，圖像(Image)，動畫(Animation)，聲音(Audi

3、o)，視頻(Video)等不同信息為一體的人機交互系統(tǒng)，營造出一個內(nèi)容豐富、色彩繽紛、圖文并茂、動靜相融的虛擬情景，促使人們腦、眼、手、鼻等多種器官接受刺激，使人們產(chǎn)生一種身臨其境的近乎完全真實的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要通過構(gòu)建一個文字(Text)，圖形(Graph)，圖像(Image)，動 (Animation)，聲音(Audio)，視頻(Video)等不同信息為一體的人機交互系統(tǒng)，造出一個內(nèi)容豐富、色彩繽紛、圖文并茂、動靜相融的虛擬情景，促使人們腦、眼、手、口等多種器官接受刺激.使人們產(chǎn)生一種身臨其境的近乎完全真實的感覺。2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類根據(jù)支持設(shè)備來分類沉浸式：除計算機的標準設(shè)備外，還

4、要增加一些特殊的外部設(shè)備。如三維立體顯示器、數(shù)字手套、操縱桿等，體驗者可以感知視覺、觸覺、嗅覺、味覺等多種信息。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以營造一種較理想的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，使體驗者有如親臨其境的感覺，但是外加的設(shè)備昂貴，不利于推廣使用。非沉浸式:只使用計算機的標準設(shè)備，只能感受視覺與聽覺，盡量使用軟件去模擬接近較理想的虛擬現(xiàn)實環(huán)境。效果雖然不如沉浸式理想，但是經(jīng)濟方便，便于推廣使用。 自動漫游：由制作者在制作時設(shè)定漫游的路徑，計算機根據(jù)這一事先設(shè)定的路徑從相應(yīng)的角度和方位去展示虛擬場景。自動漫游作品一般以視頻文件提供，通過視頻播放器播放，體驗者除了操作播放器按鍵外，不能與虛擬場景有任何交互。交互式漫游

5、:與自動漫游最大的不同，就是漫游的路徑由體驗者通過鼠標、鍵盤或其他特殊設(shè)備進行操控，可以由體驗者任意從不同的角度和方位去觀看虛擬場景。交互式漫游作品一般以可執(zhí)行文件提供，可以直接運行。3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征3.1多感知性(Mufti-Sensory )所謂多感知是指除了一般計算機技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、視覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。但由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。沉浸性(Immersion ) 沉浸性也稱臨場感，指體驗者感

6、到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使體者難以分辨真假，全身心地投人到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。3.3交互性(Interactivity ) 交互性指體驗者對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。用戶可以通過蘭維交互設(shè)備直接操縱計算機所給出的虛擬世界中的對朵，虛擬世界中的對象也能夠?qū)崟r地做出和應(yīng)的反應(yīng)。3.4構(gòu)想性(Imagination) 構(gòu)想性指體驗者從虛擬現(xiàn)實環(huán)境中得到感性和理性的認識，深化對概念的理解，主動獲取新的信息，并產(chǎn)生新的想法，進而解決實際應(yīng)用問題。虛擬現(xiàn)實的構(gòu)建涉及的技術(shù)很多，如投影變換（將三維物

7、體投影到二維屏幕上）消隱處理（刪除一個物體的不可見面片）光照模型（一個物體在一定環(huán)境和光照下呈現(xiàn)的顏色和亮度）；LOD模型（多重細節(jié)模型，即一個物體由近及遠會變得逐漸模糊）；文理貼圖霧化效果等。目前有許多軟件和工具對這些算法予以包裝和實現(xiàn)，開發(fā)者可以不必從底層做起。一般來說，構(gòu)建一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有2種方法：利用高級語言和三維圖形函數(shù)庫。常用的開發(fā)語言是VG，常用的圖形函數(shù)庫是場renGL和Directx：靈活性強，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能。缺點是:需要較高的編程水平，以及對圖形函數(shù)庫的掌握。這種方法開發(fā)的難度大，且開發(fā)的系統(tǒng)很難網(wǎng)上發(fā)布。利用VRML語言(虛擬現(xiàn)實建模語言)，輔以其他工具。VRML是

8、一個國際標準，其目標是建立因特網(wǎng)上的交互式三維境界。其定義了一種把三維圖形和多媒體集成在一起的文件格式（擴展名為wrl ）。構(gòu)建一個虛擬環(huán)境，就是創(chuàng)建一個個文件，通過包含關(guān)系和超鏈接連接起來，構(gòu)成一個龐大的場景。由于VRML用代碼描述一個個實體和場景，給編程者帶來很大困難，因此就出現(xiàn)了一些可視化的場景編輯器，常用的有SGI公司的Cosmo World Platinum Technology公司的VRCreator等。虛擬現(xiàn)實有三個最突出的特征即人們稱道的“31”特性:交互性沉浸感和構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)旨在突破系統(tǒng)和用戶環(huán)境之間的界限突破用傳統(tǒng)方法表達事物局限使人們不僅可以將任何想象的環(huán)境虛擬實

9、現(xiàn)，并且可以在其中以自然的行為與這種虛擬現(xiàn)實進行交流。4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用作為尖端科技虛擬現(xiàn)實集成計算機圖形技術(shù)，計算機仿真技術(shù)人工智能傳感技術(shù)、顯示技術(shù)網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果。是一種由計算機生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點它可以滲透到我們工作和生活的每個角落，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人類社會意義是非常大的。正因如此它和其它很多信息技術(shù)一樣當專家還未把它的理論和技術(shù)探討得十分清楚時，它已滲透到科學(xué)技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、文化、娛樂的各個領(lǐng)域，并受到極大注意。 目前在我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)多應(yīng)用在城市規(guī)劃、大型工程漫游、數(shù)字化酒店、展會、博物館展示系統(tǒng)等領(lǐng)域在這些領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)所表現(xiàn)出的效

10、果比起其他技術(shù)要優(yōu)秀許多。首先與傳統(tǒng)沙盤比較，傳統(tǒng)沙盤最大缺點在于空間限制性太大了，不足以體現(xiàn)出整個項目設(shè)計細節(jié)，同時，將其它的媒體信息加入其中亦存在許多困難，導(dǎo)致信息量嚴重羞乏，而虛擬現(xiàn)實為我們提供了無限的虛擬空間，近乎完美解決了這個問題，同時，他也可以與其它媒體手段無縫結(jié)合，輔以強大的數(shù)據(jù)庫功能，所傳遞信息量更加巨大。其次與傳統(tǒng)效果圖畫比較，靜止的效果圖只能向觀者展示項目某一個或某幾個方面，對觀者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明運作起來不直觀、不全面具有相當大的局限性。而以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心的多媒體介紹程序不需要觀看者發(fā)揮任何想象力以空前直觀方式將項目展現(xiàn)給觀眾在虛擬世界

11、我們可以任意角度任意比例觀看我們所感興趣的內(nèi)容。第三與傳統(tǒng)三維動畫比較，動畫演示在一定程度上彌補了靜止畫面的不足聲音與動畫同步播放生動細致。但是嚴格意義上，這種瀏覽演示方式用于地產(chǎn)演示項目或其它類似項目。只是為了表現(xiàn)視頻效果，對于典型的工程項目缺少應(yīng)有的嚴謹性和靈活性，以及客觀性。動畫在播放過程中觀者只是在被動的觀看接受一些有關(guān)于項目的信息，并不能按照自己的意愿去觀看、查閱檢索信息。而虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式所存在的問題。我們可以虛擬空間中的任意地點、時間進行觀察。 目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)除了在上述領(lǐng)域得以利用外在電子商務(wù)教育、娛樂等領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)也正表現(xiàn)出不同一般的魅力我們來看看

12、目前和未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及特點。4.1電子商務(wù) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)為企業(yè)、消費者提供擺脫各級經(jīng)銷商和賣場的機會。目前網(wǎng)上銷售和購物正在成為一種主流的買賣方式但一般的網(wǎng)上購物買家只能看到商品的縮略圖尹無法對商品有全面認識目前已經(jīng)有商家引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)。主要通過360度全景照片或者三維立體技術(shù).來更直觀更全面展示商品消費者通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以多角度的了解和接觸商品。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展相信在不久將來，網(wǎng)上消費者將可以通過視覺聽覺、觸覺甚至嗅覺來體驗商品。4.2教育 在教育領(lǐng)域.虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣泛的作用和影響作為受教育者主動云交互與被動的觀看有質(zhì)的差別。因此基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)嶄新的教

13、育模式會帶給我們嶄新的教育思維解決我們以前無法解決的問題將給我們帶來一系列的重大變革想象一下我們坐在虛擬的課堂里聽虛擬的教師講課.教學(xué)節(jié)奏完全由學(xué)習(xí)者來掌握，隨時可以與虛擬教師進行互動授課內(nèi)容不再以空洞的說教為基礎(chǔ).而是以大里的詳實、生動、直觀的虛擬情節(jié)出現(xiàn)寓教于樂成為教學(xué)的主要方式。4.2. 1輔助專業(yè)教學(xué) 產(chǎn)品設(shè)計。在產(chǎn)品設(shè)計中，外觀設(shè)計是重要的一環(huán)，以往要制作外觀模型多采用油泥、泡沫塑料等材料進行制作，不但加工時間長，成本高，修改起來也非常麻煩。而采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的產(chǎn)品模型可以隨時修改，在產(chǎn)品設(shè)計定型后可將設(shè)計數(shù)據(jù)直接用于加工，極大的提高了效率。與一般的三維軟件不同，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)創(chuàng)建

14、的模型可直接生成可執(zhí)行文件(exe文件)，在不需要軟件支持的情況下就可以在系統(tǒng)運行，而且支持在線瀏覽，使產(chǎn)品的宣傳展示更加便利。 建筑教學(xué)。在傳統(tǒng)的教學(xué)中像中外建筑史、建筑結(jié)構(gòu)選型等課程都是采用教師口述加上文字圖片演示的方式進行教學(xué)的。在遇到一些較少見的結(jié)構(gòu)或較抽象的概念時學(xué)生會難以理解。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助下，同學(xué)們不但可以全方位互動地觀察古今中外各種建筑的外部結(jié)構(gòu)，還可以進入到建筑物的內(nèi)部，甚至可以對虛擬建筑物的各個部分進行拆解和組裝，使原本抽象的概念變得直觀易懂。教師和學(xué)生一起經(jīng)歷虛擬環(huán)境，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)效率大為提高。 建筑漫游。建筑效果圖是目前建筑表現(xiàn)中用的較多的

15、方式。靜態(tài)的效果只能向觀者展示項目某一個或某幾個方面，要全面了解的話還要加上自己的想象力。建筑漫游動畫在一定程度上彌補了靜止畫面的不足，聲音與動畫同步播放，生動細致。但是動畫在播放過程中，觀者只是在被動的觀看接受一些有關(guān)于項目的信息，并不能按照自己的意愿去隨意觀看，只能按照預(yù)定好的路徑進行瀏覽，互動性差，動畫制作完成后，如要改變?yōu)g覽路徑，就要重新進行動畫渲染，這就需要耗費大量的時間。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式所存在的問題。虛擬建筑場景制作完成后，使用者可通過鼠標、鍵盤進行控制，按照自己的意愿在場景中任意角度、位置、高度進行瀏覽。由于采用顯卡進行實時渲染，無需漫長的渲染等待，使得

16、虛擬現(xiàn)實場景有著極佳的互動性。 虛擬實驗室。通常我們由于設(shè)備、場地、經(jīng)費等硬件的限制，許多實驗都無法進行。而利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種實驗，獲得與真實實驗相同的體驗，能仿真實現(xiàn)各種實際的甚至不可視、不可摸、不可入、危險性高的實驗，也能夠真實的模擬，拓寬了教學(xué)實驗的時間與空間的限制，在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。 虛擬校園。虛擬校園是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)校園場景的虛擬，校園信息的瀏覽、查詢以及與圖像、聲音、文字、視頻等多媒體技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建出一個生動逼真的三維可視化虛擬校園，具有高度交互功能和沉浸式現(xiàn)實仿真功能，還可以與數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)等無縫結(jié)合，使校園管理更

17、加高效、便利。 教學(xué)管理。在教室的安排方面，教師在開設(shè)課程之前，可以根據(jù)課程需要，在各種類型的教室中，通過虛擬校園直觀的選擇到符合需要的教室，使教室的安排更合理。每學(xué)期在安排課程的時候，多少都會出現(xiàn)一些問題，比如上一節(jié)課結(jié)束后，下一節(jié)課安排在另一個教室上課，有時兩個教室相距太遠，不跑步的話可能就會遲到了。之所以出現(xiàn)這種情況是因為負責(zé)排課的工作人員在安排課程時看到的只是兩個教室的編號，對其具體位置沒有直觀的感受，通過虛擬校園的使用，可以通過教室編號直觀的看到教室所在的空間位置，使課程安排得以優(yōu)化。 學(xué)生管理。輔導(dǎo)員和班主任都經(jīng)常要和學(xué)生保持溝通，在巡視宿舍前，通過虛擬校園系統(tǒng)可以快速的查到整個班

18、級所有同學(xué)的宿舍所在位置，提高工作效率，使宿舍的安排更合理。作為家長，也可通過該系統(tǒng)了解到子女在校內(nèi)所住的位置和居住環(huán)境，適當?shù)陌才抛优钠鹁印?校園管理。每年的學(xué)生報到新生報到日，都會有大量的人員和車輛涌入校園。由于對環(huán)境不熟悉，找不到報到點，找不到停車位等情況非常普遍，如果他們之前來過的話，情況就會好得多了。通過虛擬校園系統(tǒng)，學(xué)生及家長可以在家里通過步行、駕車等操作模式進入學(xué)院內(nèi)熟悉環(huán)境，當真正進入校園時，就不會再有陌生感了，因為已經(jīng)“來過了”。 安防監(jiān)控系統(tǒng)與虛擬校園系統(tǒng)相結(jié)合，當有情況發(fā)生時，可以讓安保人員快速定位事發(fā)地點的空間位置，更快到達事發(fā)地點，及早控制事態(tài)發(fā)展，給校園帶來更安全的環(huán)境。 校園規(guī)劃。在以往的規(guī)劃設(shè)計中，常用到沙盤模型，它可以較直觀的觀察項目的整體布局，但受空間限制太大，成本高，制作周期長，修改不便。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的校園系統(tǒng)則非常靈活，修改方便快速，在同一場景中可以設(shè)定多套方案進行比較，給排水系統(tǒng)、電力布線、網(wǎng)絡(luò)布線等都可以分層顯示，克服了以往的不足，為校園的設(shè)計規(guī)劃帶來便利。 對外宣傳。與傳統(tǒng)的宣傳手段相比，