人機交互接口技術(shù)專題研究-虛擬現(xiàn)實技術(shù)(共8頁)

1、鍵入公司名稱人機交互接口技術(shù)專題研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究2014/12/4 星期四目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc407481199 1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述 PAGEREF _Toc407481199 h 2 HYPERLINK l _Toc407481200 2虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc407481200 h 2 HYPERLINK l _Toc407481201 2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類 PAGEREF _Toc407481201 h 2 HYPERLINK l _Toc407481202 2.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc4

2、07481202 h 2 HYPERLINK l _Toc407481203 2.2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件組成 PAGEREF _Toc407481203 h 2 HYPERLINK l _Toc407481204 2.2.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件組成 PAGEREF _Toc407481204 h 3 HYPERLINK l _Toc407481205 2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本特征 PAGEREF _Toc407481205 h 4 HYPERLINK l _Toc407481206 3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用 PAGEREF _Toc407481206 h 4 HYPERLINK l _Toc407481

3、207 3.1城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計 PAGEREF _Toc407481207 h 4 HYPERLINK l _Toc407481208 3.2流域水資源管理 PAGEREF _Toc407481208 h 5 HYPERLINK l _Toc407481209 3.3產(chǎn)品設(shè)計與性能評價 PAGEREF _Toc407481209 h 5 HYPERLINK l _Toc407481210 3.4電子商務(wù) PAGEREF _Toc407481210 h 5 HYPERLINK l _Toc407481211 3.5軍事模擬訓(xùn)練 PAGEREF _Toc407481211 h 5 HYPERLI

4、NK l _Toc407481212 3.6虛擬外科技術(shù) PAGEREF _Toc407481212 h 6 HYPERLINK l _Toc407481213 3.7教育與娛樂 PAGEREF _Toc407481213 h 6 HYPERLINK l _Toc407481214 4虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展展望 PAGEREF _Toc407481214 h 6 HYPERLINK l _Toc407481215 參考文獻： PAGEREF _Toc407481215 h 7虛擬現(xiàn)實技術(shù)(jsh)概述虛擬現(xiàn)實(x n xin sh)技術(shù)（Virtual Reality，簡稱(jinchng)VR）是

5、一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的人機交互技術(shù)，它是利用計算機生成一個模擬三維空間的虛擬環(huán)境，借助傳感頭盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設(shè)備，讓用戶進入虛擬空間，感知和操作虛擬世界中的事物，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實技術(shù)從根本上改變?nèi)伺c計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，為人機交互技術(shù)開創(chuàng)一個全新的研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實技術(shù)是門新興的科學(xué)技術(shù)，其集成了計算機圖形技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)根據(jù)用戶參與形式的不同一般分為4種模式：桌面式、沉浸式

6、、增強式和分布式。桌面式使用普通顯示器或立體顯示器作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口；沉浸式可以利用頭盔式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備，使得參與者獲得置身真實情景的感覺；增強式是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起，使用戶既可以看到真實世界，又可以看到疊加在真實世界的虛擬對象；分布式是將異地不同用戶聯(lián)結(jié)起來，對同一虛擬世界進行觀察和操作，共同體驗虛擬經(jīng)歷，如用于部隊聯(lián)合訓(xùn)練的作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成典型的VR系統(tǒng)主要由計算機軟、硬件系統(tǒng)（包括VR軟件和VR環(huán)境數(shù)據(jù)庫）和VR輸入、輸出設(shè)備等組成，如圖1所示。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件組成數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套是數(shù)字內(nèi)容交互展示系統(tǒng)常用的一種人機交互設(shè)

7、備，通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置(wi zhi)和方向，從而實現(xiàn)(shxin)環(huán)境中的虛擬手及其對虛擬物體的操控。數(shù)字(shz)頭盔 頭盔顯示器固定在用戶的頭部，用兩個顯示器分別向兩只眼睛顯示兩幅圖像。這兩個顯示屏中的圖像由計算機分別驅(qū)動，有細(xì)小差別，類似于人的雙眼視差。頭盔顯示器所能提供的沉浸感要比立體眼鏡好得多。頭部跟蹤圖 SEQ Figure * ARABIC 1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實時頭部跟蹤使用現(xiàn)成的HMD（頭盔顯示器）、三維空間傳感器。動作捕捉英文Motion capture，簡稱Mocap。技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等

8、方面可以由計算機直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由Motion capture系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計算機處理后向得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計算機識別后，可以應(yīng)用在動畫制作，步態(tài)分析，生物力學(xué)，人機工程等領(lǐng)域。位置追蹤器位置追蹤器又稱位置跟蹤器，是指作用于空間跟蹤與定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上能夠自由移動、旋轉(zhuǎn)，不局限于固定的空間位置。操作更加靈活、自如、隨意。產(chǎn)品有六個自由度和三個自由度之分。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件組成VRP虛擬現(xiàn)實平臺（英文全稱Virtual Reality Platform，簡稱VR-

9、Platform或VRP）是一款由中視典數(shù)字科技有限公司獨立研發(fā)的，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實軟件，也是目前國內(nèi)市場占有率最高的一款虛擬現(xiàn)實軟件。作為中國最早一批自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實軟件，它以純中文界面、簡單易用、所見即所得等人性化的功能設(shè)計，深得國人青睞。目前VRP-Builder、VRP-SDK、VRP-IE、VRP-Physics、VRP-Mystory、VRP-3DNCS、VIRGlass等應(yīng)用性極強的一系列軟件， 已被廣泛應(yīng)用于院校教育、旅游教學(xué)、工業(yè)仿真、應(yīng)急救援、展覽展示、地產(chǎn)營銷、家裝設(shè)計、軍事仿真、交互藝術(shù)等眾多領(lǐng)域，為各行業(yè)提供切實可行的解決方案。DVS 3DDVS3

10、D是國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(x n xin sh)企業(yè)曼恒數(shù)字(shz)自主研發(fā)(yn f)的一款虛擬現(xiàn)實軟件平臺，根據(jù)高端制造業(yè)的通用性需求進行開發(fā)，是行業(yè)內(nèi)首個結(jié)合設(shè)計、虛擬和仿真一體的三維軟件平臺。DVS3D與ProE、Catia等三維建模程序相結(jié)合，實時獲取三維模型數(shù)據(jù)，并對其進行設(shè)計調(diào)整、展示及虛擬裝配。平臺結(jié)合硬件環(huán)境實現(xiàn)多通道的主被動立體顯示，兼容VRPN和TrackD標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)虛擬外設(shè)的交互操作。平臺主要有以下模塊：模型信息庫模塊、模型展示模塊、基于物理引擎的裝配訓(xùn)練模塊、GPU加速渲染模塊、WEB服務(wù)模塊等。DVS3D廣泛應(yīng)用于高端制造業(yè)，在產(chǎn)品設(shè)計階段輔助方案評審，為產(chǎn)品的裝配訓(xùn)練

11、和培訓(xùn)提供數(shù)字化虛擬方式，降低成本、提高效率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本特征沉浸性虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員，有一種身臨其境的感覺。交互性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，可通過鍵盤、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，對虛擬環(huán)境中的對象進行觸摸或操作。多感知性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得多種感知，親身體驗交互操作的反應(yīng)與感受。虛擬現(xiàn)實(x n xin

12、sh)技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的用途很廣，它可應(yīng)用于工程設(shè)計、城鎮(zhèn)(chngzhn)規(guī)劃、科學(xué)計算、可視化、教育、電子商務(wù)、醫(yī)學(xué)、軍事、藝術(shù)與娛樂等多方面。城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)規(guī)劃地通過二維圖形形式展現(xiàn)在人們面前，沒有立體感，也不夠直觀。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將城鎮(zhèn)規(guī)劃布局中的所有對象街區(qū)、建筑、綠化帶、樹木、花草、路標(biāo)、路燈等數(shù)字建模，在虛擬的環(huán)境中，以任意高度、任意方向漫游整個城鎮(zhèn)，身臨其境地感受這個上不存在的虛擬城鎮(zhèn)，從而為城鎮(zhèn)規(guī)劃方案的優(yōu)化提供更加直觀的技術(shù)手段。同樣，建筑設(shè)計后，通過樓房數(shù)字建模，調(diào)用室內(nèi)裝飾三維圖庫，并采用獨立的材質(zhì)對象，在虛擬的環(huán)境中，可以從不

13、同角度作真實感渲染，如走進建筑物的大廳和各個房間，觀看建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各房間的功能和室內(nèi)布置，了解樓房使用的方便程度等。流域水資源管理利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用戶可以通過各種交互手段和顯示方式，生動、直觀地了解流域的全貌，實現(xiàn)一系列模擬分析、信息查詢和空間定位等功能，包括洪水的漫溢及淹沒過程、規(guī)劃方案的可視化、水利工程動態(tài)運行與監(jiān)控，為流域水資源管理提供先進的效果展示、動態(tài)監(jiān)控和規(guī)劃方案評估手段。產(chǎn)品設(shè)計與性能評價波音777飛機的設(shè)計是虛擬原型機的應(yīng)用典型實例，這是大型客機設(shè)計史上第一次在設(shè)計過程中沒有采用實物模型。波音777由300多萬個零部件組成，所有的設(shè)計在一個由數(shù)百臺工作站組成的虛擬環(huán)境中進

14、行。飛機設(shè)計師帶上顯示頭盔，穿行于設(shè)計中的虛擬波音777飛機中，審視飛機的各項設(shè)計指標(biāo)，隨時做設(shè)計上的調(diào)整與改進。電子商務(wù)(din z shn w)隨著(su zhe)Internet技術(shù)的發(fā)展，電子商務(wù)有了很大的發(fā)展。對于那些期望(qwng)與顧客建立直接聯(lián)系的公司，尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司，Internet具有特別的吸引力。但網(wǎng)上購物不具直觀性，盡管它能為客戶節(jié)省時間，也難已深入人心。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷，商家可將商品直接簡歷數(shù)字模型，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，顧客可以訪問虛擬世界中的商店，從任意方向?qū)徱暽唐?，而且可以動手挑選商品。軍事模擬訓(xùn)練

15、各國在傳統(tǒng)上都習(xí)慣于通過舉行實戰(zhàn)演習(xí)來訓(xùn)練軍事人員和士兵，這種實戰(zhàn)訓(xùn)練，特別是大規(guī)模的軍事演習(xí)，將耗費大量資金和軍用物資，安全性差，而且還很難在實戰(zhàn)演習(xí)條件下改變狀態(tài)，從而反復(fù)進行各種戰(zhàn)場態(tài)勢下的戰(zhàn)術(shù)和決策研究。從90年代初起，美國率先將大量虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域。世界很多國家也在講虛擬現(xiàn)實技術(shù)向軍事領(lǐng)域開拓，以減少實戰(zhàn)中的人員傷亡、物資損失，同時能節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費。目前的主要軍事模擬訓(xùn)練有：虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境，包括戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境，以爭強其臨場感覺，提高訓(xùn)練質(zhì)量；美空軍用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的飛行訓(xùn)練模擬器使用

16、高分辨率顯示頭盔幫助飛行員進入VR世界，具有視覺控制、三維圖形實時交互、聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的法師軌跡等；美國國防部高級項目研究計劃局的SIMNET計劃，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中引進作戰(zhàn)飛機、水面艦艇、坦克等作戰(zhàn)現(xiàn)象，構(gòu)筑海、陸、海、空三軍立體作戰(zhàn)逼真環(huán)境，實時諸軍兵種大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)。虛擬外科技術(shù) 眾所周知，醫(yī)生在進行真正手術(shù)之前必須進行大量的觀察與訓(xùn)練，然而，年輕醫(yī)生由于沒有實際手術(shù)經(jīng)驗，在進行手術(shù)時很有可能發(fā)生意外。用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以進行外科手術(shù)實驗，培訓(xùn)外科醫(yī)生，受訓(xùn)醫(yī)生戴上顯示頭盔和數(shù)據(jù)手套，可以感受到手術(shù)刀

17、刺穿皮膚的力度感，同時，計算機程序?qū)κ中g(shù)切口的深度、手術(shù)刀壓力和角度及集體組織的受損程度進行定量監(jiān)控并及時提出警告。通過大量的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練，醫(yī)生可以積累豐富的感性經(jīng)驗，優(yōu)化手術(shù)方案，更好地為患者服務(wù)。教育(jioy)與娛樂VR技術(shù)應(yīng)用于教育，可以使學(xué)生游覽(yuln)海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運動軌跡和體驗愛因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。娛樂業(yè)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，它能使用戶“沉浸”于和諧和逼真的虛擬環(huán)境中，從而使人們能夠享受其中的樂趣，帶來更好的娛樂感覺。第一個大規(guī)模的VR娛樂(yl)系統(tǒng)“BattleTech”，將每個“座艙”

18、仿真器聯(lián)網(wǎng)進行組之間的對抗，3D逼真視景、游戲桿、油門、剎車和受到打擊時的晃動，給用戶很強的感官刺激。虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展展望虛擬現(xiàn)實技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊，人類在許多領(lǐng)域面臨著越來越多前所未有或前所難為而又必須解決和突破的問題，例如，載人航天、核試驗、核反應(yīng)堆維護，包括新武器系統(tǒng)在內(nèi)的大型產(chǎn)品的設(shè)計研究、氣象及自然災(zāi)害預(yù)報、醫(yī)療手術(shù)的模擬與訓(xùn)練以及多兵種軍事聯(lián)合訓(xùn)練與演練等。將VR技術(shù)應(yīng)用于教育可以使學(xué)生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史盛衰，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運動軌跡和體驗愛因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。虛擬現(xiàn)實設(shè)備的價格還過于昂貴，虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用主要處在科

19、學(xué)研究和某些商業(yè)領(lǐng)域。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，成本的降低，虛擬技術(shù)必定會走向?qū)嵱没?、平民化。參考文獻：1 陳浩磊，鄒湘軍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最新發(fā)展與展望J.中國科技論文在線，第6卷（第1期），2011.2 郭巍. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)特性及應(yīng)用前景J.信息與電腦，2010年5月刊.3 楊寶民，朱一寧. 分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)其用M.北京，科學(xué)出版，2000.4 張占龍，羅辭勇. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述J.計算機仿真. 第22卷（第3期），2005.5 劉增良，張保鋼. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃方面(fngmin)的應(yīng)用研究J. 北京(bi jn)測繪，2008年第4期.6 百度(bi d)百科.EB/OL. HYPERLINK /link?url=BhrUmh97ui19wAje4JHWSScxYvItsiQRI3csZSmBc3L6aLBkHZSl6lSjONwyccRiRFcuaytCS5