虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

1、虛擬現(xiàn)實(shí)簡介及行業(yè)發(fā)展前景一、虛擬現(xiàn)實(shí)簡介虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality ,簡稱VR,又譯作靈境、幻真)是近年來 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)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺 等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地 觀察三度空間內(nèi)的事物百科內(nèi)容：VR是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，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、嗅覺 等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動時，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算， 將精確的3

2、D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。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)、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，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計(jì)算機(jī)對復(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。虛擬現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世 界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上 難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。而 虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因 此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各

3、種特殊裝置將自己 投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊 的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。、虛擬現(xiàn)實(shí)分類行業(yè)概況：北京傲唯刃道科技有限公司甘健先生認(rèn)為：供求關(guān)系是一個行業(yè)能否 快速發(fā)展的前提。目前來看，市場需求是很大的，而供應(yīng)方面卻略顯 不足，尤其是擁有核心知識產(chǎn)權(quán)，專利產(chǎn)品及服務(wù)質(zhì)量過硬的企業(yè)并 不多，行業(yè)整體缺乏品牌效應(yīng)。在需求旺盛的階段，行業(yè)需求巨大， 發(fā)展前景好，這是毋庸置疑的。但如何保持行業(yè)的健康，穩(wěn)定且可持 續(xù)發(fā)展，需要業(yè)內(nèi)企業(yè)的共同努力，尤其需要發(fā)揮吃毛求疵的研發(fā)精 神，進(jìn)一步提高研發(fā)技藝，降低成本，真正解決客戶的實(shí)際困難，嚴(yán) 把質(zhì)量關(guān)，提供最可靠的產(chǎn)品及服務(wù)。當(dāng)前，北京傲

4、唯刃道科技有限 公司比較關(guān)注的領(lǐng)域包括：（AR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR、虛擬現(xiàn)實(shí)、 多點(diǎn) 觸摸、多點(diǎn)觸控、云技術(shù)、云端、云智慧、數(shù)字沙盤、電子沙盤、數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)、數(shù)碼城市、智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)城市、數(shù)字地 產(chǎn)、虛擬旅游、數(shù)字旅游、汽車仿真、軍事仿真、多媒體沙盤、 互 動沙盤、數(shù)字家庭、數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字地球、數(shù)字校園、地理信息系統(tǒng)、 城市作息化、Ipad售樓、邊緣融合、 三維數(shù)字仿真、全息技術(shù)、數(shù)字 模型、環(huán)幕投影、虛擬樓盤、文物古物復(fù)原、展品復(fù)原、電子翻書、虛擬仿真、建筑動畫、三維圖形、 企業(yè)宣傳片、仿真技術(shù)、立體投影、影視動畫、非線性編輯、電腦動畫、 數(shù)字媒體、虛擬制造、視 景仿真、人工智能、 虛擬

5、世界、產(chǎn)品動畫、 虛擬社區(qū)、增強(qiáng)實(shí)境、 體感游戲、體感手機(jī)、體感運(yùn)動機(jī)、體感技術(shù)、 體感控制、數(shù)字 互動媒體、人機(jī)交互等）三、空間信息可視化的形式地圖是空間信息可視化的最主要的形式，也是最古老的形式。在 計(jì)算機(jī)上，將空間信息用圖形和文本表示，是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)出現(xiàn)的 同時也就出現(xiàn)了。這是空間信息可視化的較為簡單而常用的形式，可 以說是一維形式，多媒體技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，使空間信息可視化進(jìn)入 一個嶄新的時期。可視化的形式也五彩繽紛，呈現(xiàn)多維化的局面，并 正在發(fā)展，現(xiàn)把空間信息可視化主要形式介紹于下：1、地圖：它有兩種形式：紙質(zhì)或其它介質(zhì)地圖及屏幕上的電子地 圖。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這兩種形式僅是計(jì)

6、算機(jī)上數(shù)字地圖的硬、 軟拷貝的差別。硬拷貝的是紙質(zhì)地圖，軟拷貝 -屏幕上的電子地圖比 前者具有更多的優(yōu)點(diǎn)：其制作靈活，形式極其多樣，修改制作方便， 周期短，色彩豐富，動態(tài)性強(qiáng)，查詢方便、快捷。從而使人們能從不 同的高度、不同的方式、不同的角度和不同的詳細(xì)程度來觀察空間客 體信息；2、多媒體地學(xué)信息：綜合、形象地表現(xiàn)空間信息的使用文本、表 格、聲音、圖像、圖形、動畫、音頻、視頻各種形式邏輯地聯(lián)接并集 成為一個整體概念，是空間信息可視化的重要形式。各種多媒體形式能夠形象、真實(shí)地表示空間信息某些特定方面，作為全面地表示空間 信息的不可缺少的手段。3、三維仿真地圖三維仿真地圖是基于三維仿真和計(jì)算機(jī)三維

7、真 實(shí)圖形技術(shù)而產(chǎn)生的三維地圖，經(jīng)具有仿真的形狀、光照、紋理， 也可以進(jìn)行各種三維的量測和分析。4、虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)是空間信息可視化進(jìn)一步研究和發(fā)展的新 方式。它是由計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備如頭盔、數(shù)據(jù)手套等組成的高級人 機(jī)交互系統(tǒng)，以視覺為主，也結(jié)合聽、觸、嗅甚至味覺來感知的環(huán)境， 使人們有如進(jìn)入真實(shí)的地理空間環(huán)境之中并與之交互作用。四、地學(xué)可視化的類型GIS的多維可視化是指采用2.5維、3維和4維等地圖表現(xiàn)形式反 映地理實(shí)體的多維特征。包括：地圖可視化GIS可視化專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域可視化1、地圖可視化類型(1)虛擬地圖，在計(jì)算機(jī)屏幕上產(chǎn)生的地圖。(2)動態(tài)地圖，由于地學(xué)數(shù)據(jù)存儲于計(jì)算機(jī)內(nèi)存，可以動態(tài)顯示

8、地學(xué) 數(shù)據(jù)的不同角度的觀察，不同方法的表示結(jié)果，或者隨時間的變化結(jié) 果。(3)交互交融地圖，是指人可與地圖進(jìn)行相互作用和信息交流。交互 即相互改變顯示行為，交融即投入感和沉浸感。(4)超地圖，多媒體地圖。是與超文本概念對應(yīng)的。地理可視化的范圍大于地圖可視化2、GIS可視化：主要指真三維的可視化、2.5維、動態(tài)可視化等。3、專業(yè)可視化：專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算、模擬和結(jié)果在 GIS支持下的可視化顯示。4、VR-GIS （虛擬地理信息系統(tǒng)）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和GIS技術(shù)的結(jié)合。對于GIS系統(tǒng)來說，目前還不 需要數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字外衣等設(shè)備，它使用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語 言（VRML）技術(shù)，實(shí)現(xiàn) GIS可視化的技

9、術(shù)。是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和 GIS 技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。主要是充實(shí) GIS可視化的技術(shù)內(nèi)容。五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：又稱靈鏡技術(shù)。是指通過數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、 數(shù)字外衣，以及三維立體顯示器、三維鼠標(biāo)、立體聲耳機(jī)等使人能完 全沉浸計(jì)算機(jī)生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境，并且人可以操作三 維圖形環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)硬件、軟件、傳感、人工智能、心理學(xué)及地 理科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶。它是通過計(jì)算機(jī)生成一個逼真的環(huán)境世界，人可 以與此虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互的技術(shù)。從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種嶄新的人機(jī)交互界面， 是物理現(xiàn)實(shí)的仿真。它的出現(xiàn)徹底改變了用戶和系統(tǒng)的交互方式，創(chuàng) 造了一種

10、完全的、令人信服的幻想式環(huán)境，人們不但可以進(jìn)入計(jì)算機(jī) 所產(chǎn)生的虛擬世界，而且可以通過視覺、聽覺、觸覺，甚至嗅覺和味 覺多維地與該世界溝通。這是一種具有巨大意義和潛力的技術(shù)，正在 迅速的發(fā)展之中。1、VR硬件：VR的硬件目前并不定形，主要有以下幾種(1)圖像生成器，它的作用是快速進(jìn)行圖形運(yùn)算；(2)操縱和控制設(shè)備：實(shí)現(xiàn)位置跟蹤和控制的鼠標(biāo)器，跟蹤球和游戲桿；數(shù)據(jù)手套，其手指部分裝有傳感器；數(shù)據(jù)緊身衣；最新的操縱是通過眼睛和思維操縱，這是通過測定神經(jīng)系統(tǒng)的微小電流來操作的；(3)位置跟蹤裝置：機(jī)械盔甲：提供快速準(zhǔn)確的跟蹤；超聲波傳感器；光學(xué)位置跟蹤器；慣性跟蹤器；(4)立體視見裝置：采用偏光眼鏡或

11、屏幕分割或立體鏡產(chǎn)生圖像的左右視差等手段來產(chǎn)生 立體。(5)頭盔：產(chǎn)生立體圖像或二維地圖。2、VR的硬件級別.初級VR是以PC機(jī)或低檔工作站為硬件基礎(chǔ)；.基本VR是在初級VR上，增加立體觀察器，3D或6D鼠標(biāo)或游戲 桿和數(shù)據(jù)手套等；.高級3D是在上述基礎(chǔ)上增加圖像加速器，幀緩存等，對于PC機(jī)則 是必須增加3D加速卡和3D音卡；.沉浸式VR,其中必須增加沉浸顯示裝置，如多個大型投影式顯示 器，還可以增加觸覺、力感和接觸反饋等交互設(shè)備。.駕駛艙仿真器：這是一個封閉式的虛擬環(huán)境，設(shè)備個人化并較為昂 貴；. DIVE (Distributed Interactive Virtual Environme

12、nt)分布式交互虛擬 環(huán)境，這是一個Internet上開發(fā)基于多個網(wǎng)絡(luò)用戶的虛擬環(huán)境、其用戶 界面及地域廣闊，用戶眾多，分布式交互，共享性高；基于其享式或 3D綜合環(huán)境等應(yīng)用系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)平臺，這完全稱得上是一個小型的世 界；. SIMNET和作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(Defense Simulation Internet)是目前世 界上最大的VR項(xiàng)目，目的是使不同的仿真器可在網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練和演習(xí)，即位于德國的坦克仿真器可與位于美國的坦克 仿真器一起聯(lián)合進(jìn)行軍事演習(xí)。上述7種VR,硬件部分一級比一級復(fù)雜、投入也高得多。3、軟件系統(tǒng)共分兩類：一類是工具包，即程序庫，往往需要程序員根據(jù)具體需

13、要來進(jìn)行編程；另一類是創(chuàng)作工具，后者不需要復(fù)雜的編程，有較多 不同層次的商品軟件：.免費(fèi)VR:這些是VR系列的入門級產(chǎn)品，代表產(chǎn)品為Rend38& Maltiverse。一般可從國際互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載。.低價 VR 程序：代表產(chǎn)品為 Dimension International 的 Virtual Reality Stud10 (VRS)。.中檔VR軟件包：它們一般可稱是優(yōu)秀的專業(yè)軟件包，而且僅要 求計(jì)算機(jī)作為基本硬件，這類代表產(chǎn)品有 Vitus的Virtus Walkthrough, Quick Time Vr 以及 Sense 8的 World Tollkit For Windows。.高

14、價VR軟件：是高檔的精彩的VR產(chǎn)品，需要多種硬件支持。 代表產(chǎn)品有 Straylight 公司的 MotoVB, Dimension, International 的 Superscape VRTB 等。4、VR的分類VR的類型是根據(jù)它的交互性質(zhì)來分的，也即是根據(jù)它能實(shí)現(xiàn)人的視 感、聽感、觸感、嗅感和傳感器的程度和質(zhì)量來區(qū)分。根據(jù)目前所見 資料，可分下列幾種：.世界之窗（WOW: Window on World System 它僅用顯示器和音卡 來顯示虛擬世界，它的衡量標(biāo)準(zhǔn)是”看起來真實(shí)，聽著真實(shí)，物體的行 為真實(shí);.視頻映射它在上述 WOW基礎(chǔ)上把用戶的輪廓剪影作為視頻輸入 與屏幕二維圖形合

15、成，屏幕上顯示用戶身體和虛擬世界的交互過程；.沉浸式系統(tǒng) 完全的VR系統(tǒng)把用戶的視點(diǎn)和其它感覺，完全沉浸到 虛擬世界中，它可以是頭盔加其它交互硬件，也可以是多個大型投影 儀產(chǎn)生的一個洞穴；4,遙視、遙作 遙視把用戶的感覺和真實(shí)世界中的遠(yuǎn)程傳感器、遙測 儀連接起來，并用機(jī)器人，機(jī)器手進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。實(shí)際上，阿波曼登 月計(jì)劃和網(wǎng)絡(luò)會診，網(wǎng)絡(luò)手術(shù)已顯現(xiàn)了這方面的實(shí)際進(jìn)展；5.混合現(xiàn)實(shí)遙現(xiàn)和虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合產(chǎn)生了混合現(xiàn)實(shí)和無縫仿真，例 如腦外科手術(shù)時，腦外科醫(yī)生看到的是由真實(shí)場景，預(yù)先得到的掃描 圖像和實(shí)時超聲圖像組合而成的場景；領(lǐng)航員則在它的頭盔或顯示屏 上既看到電子地圖和數(shù)據(jù)，又看到真實(shí)景象。5、VR

16、的意義由上已完全可以見VR具有極大深遠(yuǎn)的意義。它將組成人們的環(huán)境 -一個極其廣闊的世界級環(huán)境，它本身是共享的，協(xié)同的，分布的。這 個環(huán)境是虛擬的現(xiàn)實(shí)，必須是真實(shí)世界的仿真，因而地理信息的可視 化將是第一位的。世界是不能試驗(yàn)的，大的環(huán)境工程也不能試驗(yàn)。甚至小到一個雕 塑、一個零件，進(jìn)而一棟房屋，一項(xiàng)工程，大而言之一場戰(zhàn)爭，其實(shí) 際運(yùn)作需要很多時間和經(jīng)費(fèi)，而且大型的過程無法重新進(jìn)行，現(xiàn)在可 能以在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)，找出最佳方案。VR技術(shù)使用前景 是無可估量的，其意義是極其巨大的，它是影響整個 21世紀(jì)及未來的 信息技術(shù)。要制造好一個虛擬現(xiàn)實(shí)，就必須加深理解我們的現(xiàn)實(shí)世界，尤其是 地學(xué)環(huán)境，

17、這是不可缺的。途徑幾千年歷史長河的地學(xué)科學(xué)，它對地 學(xué)環(huán)境的描寫，對浩瀚信息的綜合概括，層次化圖形符號的模型化表 達(dá)是正在迅速發(fā)展中VR的基石和向?qū)АＯ鄬Χ訴R技術(shù)的發(fā)展，對 地理信息的可視化將提出更高、更復(fù)雜的要求。5、VR技術(shù)的應(yīng)用VR技術(shù)最先進(jìn)的應(yīng)用領(lǐng)域就是軍事國防。飛行模擬：飛行員的飛行訓(xùn)練是一件十分昂貴、危險和困難的事， 由于飛行費(fèi)用昂貴，飛行均在高速中進(jìn)行，天空中對飛行員的保護(hù)又 很有限，對飛機(jī)的保護(hù)幾近于零。一個細(xì)小的疏忽，就會造成機(jī)毀人 亡的嚴(yán)重事故。因此，世界上VR的應(yīng)用均首先從飛行模擬開始。飛行 員載上頭盔，坐在VR裝備的飛行座倉內(nèi)，由VR制作的飛行氣氛和 電子地圖及飛行儀表的顯示，以及駕駛員進(jìn)行操作，機(jī)械和儀表的相應(yīng)運(yùn)作及反饋，使飛行員在虛擬的飛行狀態(tài)中進(jìn)行各種訓(xùn)練。大大提高了飛行員訓(xùn)練密度、強(qiáng)度和質(zhì)量以及降低了訓(xùn)練的費(fèi)用。戰(zhàn)斗模擬：VR應(yīng)用不僅用于飛機(jī)，而且還用于船艦、坦克通訊及步 兵演習(xí)。隨著網(wǎng)絡(luò)VR技術(shù)的出現(xiàn)，美軍得以在被其稱為防御模擬互 聯(lián)網(wǎng)”的全球范圍內(nèi)實(shí)施Simnet坦