虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用分析與研究

1、虛擬與現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述前言21世紀(jì)的人類社會(huì)是信息化社會(huì)，以信息技術(shù)為主要標(biāo)志的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)在整個(gè)經(jīng)濟(jì)中的比重不斷增加，多媒體技術(shù)及產(chǎn)品是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活躍領(lǐng)域。早期的計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)和字，現(xiàn)在多媒體計(jì)算機(jī)能夠綜合處理聲、文、圖信息，使多種信息建立邏輯連接集成為一個(gè)系統(tǒng)，并具有交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中一項(xiàng)發(fā)展最快的多學(xué)科綜合技術(shù)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。本文綜述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念，特征，原理和國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用進(jìn)展，以及對(duì)于此項(xiàng)課程的總結(jié)與建議。1 虛擬現(xiàn)實(shí)的簡(jiǎn)介1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(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)，

2、也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的定義，可以從狹義和廣義兩個(gè)層面來(lái)理解。所謂狹義的，被認(rèn)為是一種先進(jìn)的人機(jī)界面，在這種情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被稱為“基于自然的人工界面”，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過(guò)使用各種交互設(shè)備同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，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。VR是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，

3、涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域。它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽(tīng)、嗅覺(jué)等感覺(jué)，使人作為參與者通過(guò)適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。廣義的，即對(duì)虛擬想象（三維可視化的）或真實(shí)三維世界的模擬。它不僅僅是一種界面，更重要的部分是內(nèi)部的模擬，人機(jī)交互界面采用虛擬現(xiàn)實(shí)的方式界面，對(duì)某個(gè)特定環(huán)境真實(shí)再現(xiàn)后，用戶通過(guò)自然的方式接受和相應(yīng)模擬環(huán)境的各種感官刺激，與虛擬世界中的人及物體進(jìn)行思想和行為等方面的交流。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、

4、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(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。概括地說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的特征虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一中先進(jìn)的人機(jī)界面，他通過(guò)為用戶提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種直觀而自然的實(shí)時(shí)感知交互的方法和手段，最大程度地方便了用戶的操作，從而減輕了用戶的負(fù)擔(dān)、提高了系統(tǒng)的工作效率。其效率主要由系統(tǒng)的沉浸程度與交叉程度來(lái)決定。1.2.1 沉浸性 (Immersion)沉浸性又稱進(jìn)入性，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬

5、環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中。該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。其中，沉浸包括好多種。除了視覺(jué)沉浸之外，還有聽(tīng)覺(jué)沉浸、力覺(jué)沉浸、觸覺(jué)沉浸、運(yùn)動(dòng)沉浸，甚至包括味覺(jué)沉浸、嗅覺(jué)沉浸等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。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(shí)技術(shù)所具有的沉浸功能僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。1.2.2 交互性 (Interactivity)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，交互性的現(xiàn)實(shí)與傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)有所不同。指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物

6、體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體。這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。交互性具有以下特點(diǎn)：（1）虛擬環(huán)境中人的參與與反饋；（2）人機(jī)交互的有效性；（3）人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性。 1.2.3 想象性 (Imagination)想象性是指虛擬的環(huán)境是人想象出來(lái)的，同時(shí)這種想象體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者相應(yīng)的思想，因而可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的目標(biāo)。它強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整

7、的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。例如，在建設(shè)一座大樓之前，傳統(tǒng)的方法就是要畫各種圖紙，而現(xiàn)在可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，重點(diǎn)研究心理學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、電子學(xué)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合技術(shù)，研究醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)。2 虛擬現(xiàn)實(shí)涉

8、及的關(guān)鍵技術(shù)2.1 自然交互與傳感技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中強(qiáng)調(diào)自然交互性，即人處在虛擬世界中，與虛擬世界進(jìn)行交互，甚至意識(shí)不到計(jì)算機(jī)的存在，即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的虛擬現(xiàn)實(shí)空間在，人可以使用眼睛。耳朵、皮膚、手勢(shì)和語(yǔ)音等各種感覺(jué)方式直接預(yù)支發(fā)生交互，這就是虛擬環(huán)境下的自然交互技術(shù)。目前，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的其他技術(shù)相比。這種自然交互技術(shù)相對(duì)不太成熟。2.1.1 自然交互人們研究“虛擬現(xiàn)實(shí)”的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“計(jì)算機(jī)應(yīng)該適應(yīng)人，而不是人適應(yīng)計(jì)算機(jī)”，認(rèn)為人機(jī)接口的改進(jìn)應(yīng)該基于相對(duì)不變的人類特性。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，人機(jī)交互可以不再借助鍵盤、鼠標(biāo)、菜單，而是使用頭盔、手套甚至向“無(wú)障礙”的方向發(fā)展，從而使最終的計(jì)算機(jī)

9、能對(duì)人體有感覺(jué)，能聆聽(tīng)人的聲音，通過(guò)人的所有感官進(jìn)行溝通。2.1.2 多通道 多通道界面是在充分利用一個(gè)以上的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)通道的湖北特性來(lái)捕捉用戶的意向，從而增進(jìn)人機(jī)交互中的可靠性與自然性。 現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)操作時(shí)，人的眼和手十分累，效率也不高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將聽(tīng)、說(shuō)、眼等協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)高效人機(jī)通信，還可以由人或機(jī)器選擇最佳反應(yīng)通道，從而不會(huì)是某一通道負(fù)擔(dān)過(guò)重。2.1.3 高“帶寬” 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容已經(jīng)可以快速、連續(xù)地顯示彩色圖像，其信息量非常大。而人們的輸入?yún)s還是使用鍵盤一個(gè)又一個(gè)地敲擊，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以利用語(yǔ)言、圖像及姿勢(shì)等的輸入和理解進(jìn)行快速大批量地信息輸入。2.1.4 非精確交互技

10、術(shù) 這是指能用一種技術(shù)來(lái)完全說(shuō)明用戶交互的目的的交互方式，鍵盤和鼠標(biāo)均需要用戶的精確的輸入。但是，人們的動(dòng)作或思維往往并不是很準(zhǔn)確，而計(jì)算機(jī)應(yīng)該理解人的要求，甚至于糾正人的錯(cuò)誤，因此虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)智能化的界面將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。通過(guò)交互作用表示事物的現(xiàn)實(shí)性傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式中，人機(jī)交互的媒介是Ian果真是思維用符號(hào)表示，是對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象代替，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以是這種媒介成為這是事物的復(fù)現(xiàn)、模擬甚至想象和虛構(gòu)。他能使用戶感到比官方是在使用計(jì)算機(jī)，二是在直接與應(yīng)用對(duì)象打交道。2.2 實(shí)施碰撞檢測(cè)技術(shù)為了保證虛擬環(huán)境的真實(shí)性，用戶不僅要能從視覺(jué)上如實(shí)看到虛擬環(huán)境中的虛擬物體以及它們的表現(xiàn)，而且能

11、身臨其境地與它們進(jìn)行各種交互，這就首先要求虛擬環(huán)境中的固體物體是不可穿透的，當(dāng)用戶接觸到物體并進(jìn)行拉、推、抓取時(shí)，能真實(shí)碰撞的發(fā)生并實(shí)時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)。這就需要虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)出這些碰撞，產(chǎn)生相應(yīng)的碰撞反應(yīng)，并及時(shí)更新場(chǎng)景輸出，否則就會(huì)發(fā)生穿透現(xiàn)象。正是有了碰撞檢測(cè)，才可以避免諸如人穿墻而過(guò)等不真實(shí)情況的發(fā)生，虛擬的世界才有真實(shí)感。碰撞檢測(cè)問(wèn)題是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域中有很長(zhǎng)的研究歷史。精確的碰撞檢測(cè)對(duì)提高虛擬環(huán)境的真實(shí)性、增加虛擬環(huán)境的沉浸性有十分重要的作用，而虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中高度的復(fù)雜性與實(shí)時(shí)性又對(duì)碰撞檢測(cè)提出了更高的要求。在虛擬世界中通常包含有很多靜止的環(huán)境對(duì)象與運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)物體，每一個(gè)

12、虛擬物體的幾何模型往往都是由成千上萬(wàn)個(gè)基本幾何元素組成，虛擬環(huán)境的幾何復(fù)雜度是碰撞檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度大大提高，同時(shí)由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有較高實(shí)時(shí)性的要求，要求碰撞檢測(cè)必須在很短的時(shí)間（3050ms）完成，因而碰撞檢測(cè)成了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與其他實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的瓶頸，碰撞檢測(cè)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究的一個(gè)重要技術(shù)。2.2.1 碰撞檢測(cè)的要求在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，為了保證虛擬世界的真實(shí)性，碰撞檢測(cè)須有較高的真實(shí)性和真確性。2.2.2 碰撞檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法最原始最簡(jiǎn)單的碰撞檢測(cè)方法是一種蠻力的計(jì)算方法，即對(duì)兩個(gè)幾何模型中所有幾何元素進(jìn)行兩兩測(cè)試，盡管這種方法可以得到正確的結(jié)果，但當(dāng)模型的復(fù)雜度增大時(shí)，它的計(jì)算量過(guò)大，這種相

13、交測(cè)試將會(huì)變得十分緩慢，顯得無(wú)法忍受。這樣虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等的要求相差甚遠(yuǎn)。對(duì)兩物體間的精確碰撞檢測(cè)的加速實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的碰撞檢測(cè)算法主要可劃分為兩大類：層次包圍盒法和空間分解法。這兩種方法的目的都死為了盡可能的減少需要相交測(cè)試對(duì)象對(duì)或者基本幾何元素對(duì)的數(shù)目。2.3 環(huán)境建模技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，營(yíng)造的虛擬環(huán)境是它的核心內(nèi)容，要建立虛擬環(huán)境，首先建模，然后在其基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)時(shí)進(jìn)行繪制、立體顯示，形成一個(gè)虛擬的世界。虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)其應(yīng)用的需要，利用或取得三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬模型。只有設(shè)計(jì)出反映研究對(duì)象的真實(shí)有效的模型，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)才有可信度。2.3.1 虛擬現(xiàn)

14、實(shí)技術(shù)系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境 模仿真實(shí)世界中的環(huán)境。例如建筑物，武器系統(tǒng)或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。這種真實(shí)環(huán)境可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒(méi)有建成的。這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能實(shí)際是系統(tǒng)仿真。 人類主管創(chuàng)造的環(huán)境.例如用于影視制作或電子游戲的三維動(dòng)畫。環(huán)境是虛構(gòu)的，幾何模型和物理模型就可以完全虛構(gòu)。這時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)畫技術(shù)常用插值方法。 模仿真是世界中人類不可見(jiàn)的環(huán)境例如分子的結(jié)構(gòu)，空氣中速度，溫度，壓力的分布等。這種真實(shí)環(huán)境是真實(shí)存在的，但是人類的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)不能被感覺(jué)到。對(duì)于分子機(jī)構(gòu)這類微觀環(huán)境，可以將其進(jìn)行放大等，這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能，實(shí)際是科學(xué)可視化。2.3.2 環(huán)

15、境建模包括方面包含視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)，力覺(jué)，味覺(jué)等多種感覺(jué)通道的建模。包含技術(shù)有幾何建模技術(shù)，物理建模技術(shù)，行為建模技術(shù)，聽(tīng)覺(jué)建模技術(shù)等。2.4 真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)所謂真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界場(chǎng)景的過(guò)程。真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是要模擬真是物體的物理屬性，即物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的文明里和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等。所謂實(shí)時(shí)繪制是指當(dāng)用戶試點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，他所看到的場(chǎng)景需要及時(shí)更新，這就要保證圖形顯示的速度必須跟上視點(diǎn)的改變速度，否則就會(huì)產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象，一般來(lái)說(shuō)要消除遲滯現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)每秒鐘必須生成20幀以上的圖像。此外，系統(tǒng)往往還要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行光照明處理、反混淆處理

16、及紋理處理等等。這就對(duì)實(shí)時(shí)顯示提出了很高的要求。2.4.1 采用以下方法提高顯示逼真度，加強(qiáng)真實(shí)性。 (1) 紋理映射：將紋理圖像貼在簡(jiǎn)單的物體的幾何物體，以近似描述物體表面的紋理細(xì)節(jié)，加強(qiáng)真實(shí)性。 (2) 環(huán)境映射：在紋理映射的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了環(huán)境映射的方法，它是采用紋理圖像來(lái)表示物體的鏡面反射和規(guī)則投射效果。 (3) 反走樣：一兩倍分辨率繪制圖形，再計(jì)算正常分辨率的圖形；或者計(jì)算每個(gè)鄰接元素對(duì)一個(gè)像素點(diǎn)的影響，在加權(quán)求和得到最終像素值。2.4.2 真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)包含技術(shù)基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)（3D剪切、可見(jiàn)消隱、細(xì)節(jié)層次模型），基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。 2.5 三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

17、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)中的三維虛擬聲音與人們熟悉的立體聲音完全不同。我們?nèi)粘Ｂ?tīng)到的立體聲錄音雖然有所有聲道之分，但就整體效果而言，我們能感到立體聲音來(lái)自聽(tīng)著面前的某個(gè)平面。而虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的三維虛擬聲音，卻能使聽(tīng)著感覺(jué)到聲音是來(lái)自圍繞聽(tīng)著雙耳的一個(gè)球型中的任何地方，即聲音可能出現(xiàn)在頭的上方、后方或者前方。因而把在虛擬場(chǎng)景中能使用戶準(zhǔn)確的判斷出聲源的精確位置，符合人們?cè)谡鎸?shí)境界中聽(tīng)覺(jué)方式的聲音系統(tǒng)成為三維虛擬聲音。2.5.1 三維虛擬聲音的特征： 全向三維定位特征是指在三維虛擬空間中把實(shí)際聲音信號(hào)定位到特定和虛擬專用源的能力。它能使用戶準(zhǔn)確的判斷出聲源的精確位置，從而符合人們?cè)谡鎸?shí)世界中

18、的聽(tīng)覺(jué)方式。 三維實(shí)時(shí)跟蹤特征是指在三維虛擬空間中實(shí)時(shí)跟蹤虛擬聲源位置變化或競(jìng)相變化的能力。 沉浸感與交互性三維虛擬聲音的沉浸感就是指加入三維虛擬聲音后，能使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，這可以使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，這可以更進(jìn)一步沉浸在虛擬環(huán)境中，有助于增強(qiáng)臨場(chǎng)效果。三維聲音的交互特性則是指追隨用戶的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的臨場(chǎng)反應(yīng)和實(shí)時(shí)相應(yīng)能力。2.5.2 三維虛擬聲音的技術(shù)三維虛擬聲音的技術(shù)包括技術(shù)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音合成技術(shù)。2.6 立體顯示技術(shù) 人類從看客觀世界獲得的信息的80%以上來(lái)自視覺(jué)、視覺(jué)信息的獲取是人類感知外部世界、獲取信息的最重要傳感通道，視覺(jué)通道成為多感知的

19、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。在視覺(jué)顯示技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)立體顯示技術(shù)是較為復(fù)雜與關(guān)鍵的，立體視覺(jué)顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要支撐技術(shù)。其中包括彩色眼鏡法，偏振光眼鏡法，串行式立體顯示法，裸眼立體顯示技術(shù)。不過(guò)許多立體顯示技術(shù)的產(chǎn)品存在一定的缺點(diǎn)，典型的就是對(duì)客觀觀察者的試點(diǎn)有一定的要求，不能在任意的視角去觀察。這也期待著在以后的發(fā)展中得以解決。2.7 其他相關(guān)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多種技術(shù)的綜合，以上簡(jiǎn)單介紹了幾種相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，其實(shí)相關(guān)的技術(shù)還有很多，如系統(tǒng)集成技術(shù)，由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著重要的作用，集成技術(shù)包括有信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、識(shí)別

20、與合成技術(shù)等。3 虛擬現(xiàn)實(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中較成熟的應(yīng)用3.1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)務(wù)訓(xùn)練系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，采用這種技術(shù)可以產(chǎn)生逼真的虛擬世界。建立的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)務(wù)訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)論從視覺(jué)上、聽(tīng)覺(jué)上、操作上都能產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，可以進(jìn)行相關(guān)的試車操作，解決了真實(shí)裝備在培訓(xùn)中的制約問(wèn)題，而且可以采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多用戶操作，大大提高培訓(xùn)學(xué)習(xí)的效率，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。由于采用了計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)故障設(shè)置等功能，在實(shí)際操作中出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)故障可以再現(xiàn)，這一點(diǎn)及其便利。對(duì)于試車的操作和發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)顯示，可以進(jìn)行回放，這也是實(shí)裝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。其不足之處在于虛擬視景對(duì)計(jì)算機(jī)的

21、性能要求比較高，還有操作過(guò)程中的力反饋等無(wú)法實(shí)現(xiàn)，若要實(shí)現(xiàn)，需要昂貴的外設(shè)作為支持。建立的發(fā)動(dòng)機(jī)試車虛擬環(huán)境，是一個(gè)可以擴(kuò)展的虛擬平臺(tái)。如果輔以高精度的實(shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)模型，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)分析研究，成為數(shù)字化試車臺(tái)。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，在實(shí)際使用過(guò)程中，機(jī)務(wù)培訓(xùn)、判別發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、各種飛行前檢查等項(xiàng)工作的順利開(kāi)展是保證飛機(jī)飛行安全、提高戰(zhàn)斗力的重要保障。目前，此類工作大多數(shù)是結(jié)合實(shí)裝或是基于硬件形式的訓(xùn)練模擬器展開(kāi)的，具有代價(jià)昂貴、維護(hù)復(fù)雜等限制。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)，建立數(shù)字化飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，可以創(chuàng)建出真實(shí)感和沉浸感較強(qiáng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車環(huán)境，為各種機(jī)務(wù)工作提供模擬試車服務(wù)，提高

22、保障人員的操作水平和操作技能，將產(chǎn)生較大的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試車環(huán)境，包括飛機(jī)、座艙、機(jī)場(chǎng)等的物理模型和機(jī)務(wù)操作邏輯、發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)仿真模型。機(jī)務(wù)操作可以在虛擬的座艙內(nèi)進(jìn)行，操作響應(yīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型在后臺(tái)運(yùn)行，既能保障操作與視景上的沉浸感，又能保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能的準(zhǔn)確性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段有很多。從底層的實(shí)現(xiàn)層面來(lái)講，有OpenGL和DirectX技術(shù)。從高層的實(shí)現(xiàn)手段上講，分兩個(gè)方面：一是虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)；二是虛擬現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的建模軟件有：MAYA、3D MAX、Creator等。虛擬現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)軟件有：VEGA、OPENGVS、VTree、VRtools

23、、EON等。這些高層的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件一般是將底層的實(shí)現(xiàn)方法封裝，給用戶提供了基于現(xiàn)實(shí)的對(duì)象的描述，使用起來(lái)方便快捷。3.2 基于OpenGL的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究3.2.1 OpenGl簡(jiǎn)介OpenGL即開(kāi)放性圖形庫(kù)（Open Graphic Library）是一個(gè)三維的計(jì)算機(jī)圖形和模型庫(kù)，也似該領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它是一種高性能的開(kāi)放式且功能強(qiáng)大的3D圖像庫(kù)，具有幾百個(gè)指令和函數(shù)。OpenGL靈活方便的實(shí)現(xiàn)了二維和三維的高級(jí)圖形技術(shù)，在性能上表現(xiàn)得異常優(yōu)越，它具有建模、變換、光線處理、色彩處理以及動(dòng)畫等能力，在圖形效果處理上增加了紋理映射、物體運(yùn)動(dòng)模糊效果和霧化效果等等。3.2.2

24、使用專業(yè)建模軟件建模并向OpenGL轉(zhuǎn)化工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的三維模型均是由3DS MAX等專業(yè)建模軟件構(gòu)造而成。但是由于3DS MAX交互性較差，而且3DS MAX模型的默認(rèn)存儲(chǔ)格式max，不易被交互性靈活的OpenGL所讀取。因此，我們采用3DS MAX模型的另一種易于OpenGL讀取的文件格式3ds作為三維模型的存儲(chǔ)格式，然后將模型通過(guò)OpenGL導(dǎo)入三維場(chǎng)景并實(shí)現(xiàn)交互性操作。圖2.1和圖2.2所示的模型為在專業(yè)建模軟件3D MAX中創(chuàng)建的兩個(gè)模型。下面，具體介紹一下將3ds文件導(dǎo)入OpenGL的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 圖2.1 變壓器 圖2.2 安全器材 3ds模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3DS格式文件

25、是一種二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，它由塊(chunk)組成(見(jiàn)圖2.3)。每個(gè)塊包括塊的索引(ID：Indentification)、塊所包含的內(nèi)容、塊的組成以及下一個(gè)塊的位置。在3DS文件中，判斷1個(gè)塊所存儲(chǔ)的內(nèi)容是由通過(guò)這個(gè)塊的索引(ID)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同類型的塊具有不同的ID。3DS文件本身有1個(gè)主塊(MainChunk)，這個(gè)主塊的ID為4D4D。主塊始終出現(xiàn)在文件的開(kāi)始處，通過(guò)對(duì)文件開(kāi)始的兩個(gè)字節(jié)內(nèi)容進(jìn)行判斷，便可知道當(dāng)前操作的文件是否為3DS文件，這樣就可以避免打開(kāi)不正確類型的文件。為保證文件結(jié)構(gòu)的完整性以及可操作性，不同的塊在文件中是按一定的體系來(lái)存儲(chǔ)的。在這個(gè)體系中，主塊(Main Chun

26、k)在最頂端，在主塊之下嵌套了各個(gè)子塊，并且子塊之間也是相互嵌套的。這樣，塊與塊之間的關(guān)系得到了體現(xiàn)，方便了讀取。比如作為整個(gè)場(chǎng)景的環(huán)境設(shè)置(包括視點(diǎn)、光源、材質(zhì)等)放在其他實(shí)體塊的前面，對(duì)這些實(shí)體產(chǎn)生作用。在3DS文件中，每個(gè)實(shí)體都是由三角形面片組成的。這樣，一個(gè)三維模型(3DModel)包括一個(gè)或多個(gè)三維實(shí)體(3DObject)，一個(gè)三維實(shí)體又由一個(gè)或多個(gè)面片(CFace)組成。在記錄數(shù)據(jù)的時(shí)候，三維實(shí)體的塊當(dāng)中記錄了一系列的三維空間坐標(biāo)和二維紋理坐標(biāo)，而每個(gè)面片塊中則通過(guò)對(duì)這些坐標(biāo)的索引來(lái)表示面片在空間中的位置以及對(duì)應(yīng)的紋理。材質(zhì)塊中記錄了用于檢索該材質(zhì)的名稱，如果材質(zhì)是由文件來(lái)創(chuàng)建的，

27、則包括文件名，否則記錄材質(zhì)的顏色。在三維模型當(dāng)中記錄了一個(gè)或多個(gè)材質(zhì)(CMaterialInfo)，在實(shí)體當(dāng)中則通過(guò)對(duì)材質(zhì)的索引來(lái)決定當(dāng)前實(shí)體引用了哪個(gè)材質(zhì)。 3ds數(shù)據(jù)模型的讀取根據(jù)以上對(duì)3DS數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)的分析，能夠應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)一種能方便、快速、準(zhǔn)確對(duì)3DS文件進(jìn)行讀取的方法。其中的CVector2類和CVector3類存儲(chǔ)二維和三維數(shù)據(jù)，用于記錄空間坐標(biāo)以及紋理坐標(biāo)。C3DModel類包含了整個(gè)三維模型，它由若干個(gè)三維實(shí)體(用C3Dobject存儲(chǔ))和若干個(gè)材質(zhì)信息(用CmaterialInfo存儲(chǔ))組成。論文大全。C3Dobject中記錄了組成這個(gè)實(shí)體的頂點(diǎn)數(shù)量

28、、頂點(diǎn)坐標(biāo)列表、面數(shù)量、紋理坐標(biāo)列表以及這個(gè)實(shí)體的材質(zhì)信息。CFace類記錄了組成某個(gè)面的紋理坐標(biāo)索引和地理坐標(biāo)索引。根據(jù)3DS文件中各個(gè)塊之間的嵌套關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種遞歸讀取的方法。函數(shù)ReadChunk用于讀取每個(gè)塊的開(kāi)頭所記錄的塊索引(ID)和塊的長(zhǎng)度。在讀取文件的第1個(gè)塊時(shí)，通過(guò)索引來(lái)判斷當(dāng)前打開(kāi)的是否為合法3DS文件(索引為4D4D)，如果是，則通過(guò)調(diào)用ReadNextChunk函數(shù)將程序帶入遞歸過(guò)程。在ReadNextChunk函數(shù)中，同樣首先需要調(diào)用ReadChunk來(lái)讀取塊索引和塊的長(zhǎng)度，由塊索引來(lái)判斷塊的類型，由塊的類型來(lái)決定如何讀取接下來(lái)的數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，ReadChu

29、nk和ReadNextChunk將會(huì)被反復(fù)調(diào)用。 配合著OpenGL在計(jì)算機(jī)中生成的虛擬環(huán)境，程序?qū)?ds文件讀入虛擬環(huán)境。這樣我們就可以很方便地將3D模型移植到其他的計(jì)算機(jī)平臺(tái)當(dāng)中，從而更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。3.2.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)展隨著迅速發(fā)展的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)多媒體展示技術(shù)的結(jié)合，在展覽方面也不斷涌現(xiàn)出一些結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)展。如今國(guó)外的虛擬會(huì)展業(yè)已經(jīng)十分成熟，如著名的德國(guó)漢諾威展，在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立三維立體的展示系統(tǒng)；國(guó)外一些城市宣傳也開(kāi)始采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如網(wǎng)上新加坡、虛擬龐貝古城、虛擬巴黎圣母院等，運(yùn)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示一些有價(jià)值的文物、展品

30、和三維場(chǎng)景，使用戶能夠通過(guò)Internet遠(yuǎn)程連接去體驗(yàn)。國(guó)內(nèi)的虛擬會(huì)展目前還基本屬于界面包裝，主要通過(guò)二維平面靜態(tài)地網(wǎng)頁(yè)展示，如中國(guó)茶葉博覽會(huì)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)茶具和茶文化進(jìn)行網(wǎng)上瀏覽，還有虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)站（wwwvwwwcom）利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)上展銷；再如武漢國(guó)際機(jī)電博覽會(huì)，采用網(wǎng)上虛擬武博會(huì)和武博會(huì)同期開(kāi)幕，未到展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的客戶通過(guò)點(diǎn)擊該網(wǎng)站，就可像親赴現(xiàn)場(chǎng)一樣，可在場(chǎng)館內(nèi)每一個(gè)展位前流連，任意觀看各種產(chǎn)品，了解它們的性能和用途，甚至突破實(shí)際參觀過(guò)程中的限制，深入了解展品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，瀏覽武博會(huì)的即時(shí)信息。虛擬展覽系統(tǒng)按其表現(xiàn)形式可分為三類：運(yùn)用圖文聲像以及環(huán)視圖展示物品和場(chǎng)景。這類

31、系統(tǒng)因表現(xiàn)形式的局限，不能更生動(dòng)、更全面的展示。單純的三維場(chǎng)景展示，用戶可以隨意漫游，但只提供展覽會(huì)的表面形式，不提供展覽內(nèi)容與展覽場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)。既提供三維場(chǎng)景，也提供實(shí)際展覽內(nèi)容，并與三維場(chǎng)景結(jié)合在一起3。3.2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件（Multigen Creator）在高架庫(kù)場(chǎng)景建模中的應(yīng)用Creator是美國(guó)MultiGen-Paradigm公司推出的一種建模軟件系統(tǒng)，專門創(chuàng)建用于視景仿真的實(shí)時(shí)三維模型。它性能優(yōu)越、系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定性好，具有其它建模軟件無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在可視化仿真領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如圖2所示。它具有強(qiáng)大的建模功能，可為眾多的不同圖像發(fā)生器提供建模系統(tǒng)及工具；同時(shí)，它提供更靈活

32、的Open Flight格式，該格式成為三維建模領(lǐng)域中流行的圖像生成格式，并成為仿真領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Creator的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）具有多種視圖結(jié)構(gòu)與開(kāi)發(fā)工具，有類似于AutoCAD以及3Dmax的菜單及視圖架構(gòu)，使用方便。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)清晰，便于快速建模與維護(hù)。作為一種層次性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Creator使用幾何層次結(jié)構(gòu)和屬性來(lái)描述三維物體，可以對(duì)幾何層的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接操作。（3）采用LOD（Level of Detail）節(jié)點(diǎn)技術(shù)使創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)化、修改和優(yōu)化模型數(shù)據(jù)庫(kù)更容易，數(shù)據(jù)處理更加合理，高效，非常適用于大型的視景仿真建模。LOD是Creator數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)之一

33、，它根據(jù)觀察視點(diǎn)的位置，來(lái)確定模型的精細(xì)程度，距離視點(diǎn)近的模型精細(xì)度高，而距離視點(diǎn)遠(yuǎn)的模型精細(xì)度低。（4）采用DOF（Degree of Freedom）節(jié)點(diǎn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)后期的人機(jī)交互。DOF技術(shù)也是Creator數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)之一，它是通過(guò)為動(dòng)態(tài)模型設(shè)置一個(gè)DOF父節(jié)點(diǎn)，然后，在Vega（視景驅(qū)動(dòng)軟件）中通過(guò)控制DOF節(jié)點(diǎn)來(lái)控制其子節(jié)點(diǎn)（該動(dòng)態(tài)模型）在虛擬場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)。另外，Creator完成三維建模與傳統(tǒng)的AutoCAD、3Dmax建模方法有很大的不同，Creator更多的考慮系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，它采用紋理、光照等技術(shù)來(lái)提高逼真度，減小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)冗余性，使存儲(chǔ)格式更精煉，滿足觀眾和仿真之間的動(dòng)

34、態(tài)交互。4 國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)研究的最新進(jìn)展計(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。4.1 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，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以追溯到上世紀(jì)40年代。最初的研究應(yīng)用主要集中在美國(guó)軍方對(duì)飛行駕駛員與宇航員的模擬訓(xùn)練。然而，隨著冷戰(zhàn)后美國(guó)軍費(fèi)的削減，這些技術(shù)逐步轉(zhuǎn)為民用，目前美國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、

35、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。上世紀(jì)80年代，美國(guó)宇航局(NASA)及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果，美國(guó)宇航局Ames實(shí)驗(yàn)室致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索”(VPE)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃?，F(xiàn)NASA已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的VR教育系統(tǒng)。北卡羅來(lái)納大學(xué)的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行VR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(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。施樂(lè)公司研究中心在VR領(lǐng)域主要從事利用VRT建立未來(lái)辦公室的研究，并努力設(shè)計(jì)一項(xiàng)基于VR使得數(shù)據(jù)存取更容易的

36、窗口系統(tǒng)。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。 圖形圖像處理技術(shù)和傳感器技術(shù)是以上VR項(xiàng)目的主要技術(shù)。就目前看，空間的動(dòng)態(tài)性和時(shí)間的實(shí)時(shí)性是這項(xiàng)技術(shù)的最主要焦點(diǎn)。 4.2 VR技術(shù)在歐洲的研究現(xiàn)狀 在歐洲，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。英國(guó)Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點(diǎn)應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們?cè)谲浖陀布哪承╊I(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。英國(guó)ARRL公司關(guān)于遠(yuǎn)地呈現(xiàn)的

37、研究實(shí)驗(yàn)，主要包括VR重構(gòu)問(wèn)題。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學(xué)可視化計(jì)算。 歐洲其它一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家如：荷蘭、德國(guó)、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(gè)基于Unix的，不同節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)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(shí)驗(yàn)室(TNO- PEL)開(kāi)發(fā)的訓(xùn)練和模擬系統(tǒng)，通過(guò)改進(jìn)人機(jī)界面來(lái)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(guó)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(jì)、降低成本，避免新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；二是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭(zhēng)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(lái)提高

38、工人的操作水平。 2008年10月27-29日在法國(guó)舉行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大會(huì)，整體上促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深入發(fā)展。轉(zhuǎn)4.3 VR技術(shù)在日本的研究現(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。 在東京技術(shù)學(xué)院精密和智能實(shí)驗(yàn)室研究了一個(gè)用于建立三維模型的人性化界面，稱為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中的三維形體模型。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)；日本國(guó)際工業(yè)

39、和商業(yè)部產(chǎn)品科學(xué)研究院開(kāi)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(jí)科學(xué)研究中心的研究重點(diǎn)主要集中在遠(yuǎn)程控制方面，他們最近的研究項(xiàng)目是可以使用戶控制遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)和一個(gè)模擬人手的隨動(dòng)機(jī)械人手臂的主從系統(tǒng)；東京大學(xué)廣瀨研究室重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化問(wèn)題。他們正在開(kāi)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(guó)宏領(lǐng)導(dǎo)的研究小組于2004年開(kāi)發(fā)出一種嗅覺(jué)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(huì)在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在嗅覺(jué)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)突破。4.4 國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀 在我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和一些發(fā)達(dá)國(guó)

40、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)闹匾?，引起我?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!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

41、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)家光盤工程研究中心所作的“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)CADCG國(guó)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。5 關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這門很有前途的課程。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)新起的很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，現(xiàn)在正式起步發(fā)展階段，在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有了很好的應(yīng)用，我覺(jué)得以后的社會(huì)發(fā)展離不開(kāi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，正