網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality〕簡(jiǎn)稱VR.又稱靈境技術(shù)，是集人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)等多種技術(shù)為一體的綜合集成技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR〕主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技藝和傳感器設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像、感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。自然技藝是指人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)眼睛、手勢(shì)、或其他人體行為動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)來(lái)處置與參與者的動(dòng)作相順應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶的輸入做出實(shí)時(shí)呼應(yīng)，并分別反響到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展歷程虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展根本上可以分為三個(gè)階段:第一階段是20世紀(jì)50年代到70年代，是屬于預(yù)備階段:第二階段是80年代初到80年代中期，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入實(shí)踐運(yùn)用階段：第三階段是從80年代末至今，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全面開(kāi)展時(shí)期。虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)源于三維交互式圖形學(xué),目前已開(kāi)展成為一門(mén)相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科。1.1沉浸性虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的生理心思特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像，運(yùn)用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套交互設(shè)備，便可將本人置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員，有種身臨其境的覺(jué)得。1.2交互性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互?？山?jīng)過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備進(jìn)展交互。運(yùn)用者經(jīng)過(guò)本身的言語(yǔ)、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技藝，對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)展觸摸或操作。1.3多感知性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽(tīng)、觸、動(dòng)覺(jué)的傳感及反響安裝，因此，運(yùn)用者在虛擬環(huán)境中可獲得多種感知，親身體驗(yàn)交互操作的反響與感受。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類(lèi)(1)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(2)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)1)沉浸桌(IMMERSEDESK)2)全景墻(POWERWALL)3)沉浸屋(CAVE)(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的工具集1產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的硬件構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需求利用并集成高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類(lèi)先進(jìn)的傳感器,其硬件主要包括了能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示三維場(chǎng)景的計(jì)算機(jī)與圖形加速設(shè)備、實(shí)時(shí)跟蹤和交互安裝以及各類(lèi)傳感器件等。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件組成(1)計(jì)算機(jī)與圖像生成器(2)交互設(shè)備〔六自在度(6D)鼠標(biāo)/跟蹤球/游戲桿，數(shù)據(jù)手套，魔棒〕(3)位置跟蹤器〔機(jī)械傳感器、超聲波傳感器、磁跟蹤器、光學(xué)位置跟蹤系統(tǒng)、慣性跟蹤器〕(4)立體視覺(jué)安裝〔投影設(shè)備、立體視覺(jué)設(shè)備〕網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由于對(duì)硬件設(shè)備的要求非常高，而且還有很多技術(shù)問(wèn)題等待處理，因此妨礙了它的普及和運(yùn)用。有些專(zhuān)家又提出了網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)〔virtualrealityforweb〕的概念。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)是虛擬現(xiàn)實(shí)的一種網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)：指基于最根本的多媒體PC硬件環(huán)境，經(jīng)過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)銜接的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它與設(shè)備無(wú)關(guān)，不強(qiáng)求沉浸感，也不排斥沉浸感。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成：由用來(lái)生成虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)、一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)操作人員、用來(lái)與虛擬環(huán)境交互的人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境〔可以是局域網(wǎng)也可以是互聯(lián)網(wǎng)〕。由于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)設(shè)備要求不高，因此對(duì)各種虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用層次它都能滿足。具有很大的伸縮性，特別容易普及。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)是直接針對(duì)目前開(kāi)展迅猛的互聯(lián)網(wǎng)提出的。因此它有著光明的運(yùn)用前景。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)提供了一種可以共享的的虛擬空間，使地理上分散的用戶在同一時(shí)間里可以交流與協(xié)作，共同完成某項(xiàng)任務(wù)，可以廣泛的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的表示圖如下圖：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研討現(xiàn)狀1.VR技術(shù)在美國(guó)的研討現(xiàn)狀美國(guó)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研討的發(fā)源地，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以追溯到上世紀(jì)40年代。最初的研討運(yùn)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)逐漸轉(zhuǎn)為民用.目前美國(guó)在該領(lǐng)域的根底研討主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。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。2.VR技術(shù)在歐洲的研討現(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置輔助設(shè)備(包括觸覺(jué)反響)設(shè)計(jì)和運(yùn)用研討方面，在歐洲來(lái)說(shuō)是領(lǐng)先的。英國(guó)Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR運(yùn)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)先位置。英國(guó)ARRL公司關(guān)于遠(yuǎn)地呈現(xiàn)的研討實(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。德國(guó)在VR的運(yùn)用方面獲得了出乎預(yù)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)、降低本錢(qián)，防止新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn);一是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭(zhēng)取定單;二是用于培訓(xùn)，在新消費(fèi)設(shè)各投入運(yùn)用前用虛擬工廠來(lái)提高工人的操作程度。3.VR技術(shù)在日本的研討現(xiàn)狀日本的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展在世界相關(guān)領(lǐng)域的研討中同樣具有舉足輕重的位置，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。2004年開(kāi)發(fā)出一種嗅覺(jué)模擬器，只需把虛擬空間里的水果放到鼻尖上一聞，安裝就會(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)研討領(lǐng)域的一項(xiàng)突破。4.國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研討現(xiàn)狀在我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研討和一些興隆國(guó)家相比還有很大的一段間隔，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)的高速開(kāi)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)己經(jīng)得到了相當(dāng)?shù)淖⒅?，引起我?guó)各界人士的興趣和關(guān)注，研討與運(yùn)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)正朝著深度和廣度開(kāi)展。國(guó)家科委國(guó)防科工委部己將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研討列為重點(diǎn)攻關(guān)工程，國(guó)內(nèi)許多研討機(jī)構(gòu)和高校也都在進(jìn)展虛擬現(xiàn)實(shí)的研討和運(yùn)用井獲得了一些不錯(cuò)的研討成果。清華大學(xué)國(guó)家光盤(pán)工程研討中心所作的“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)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一套桌面虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)遨游系統(tǒng);哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系己經(jīng)勝利地合成了人的高級(jí)行為中的特定人臉圖像，處理了表情的合成和唇動(dòng)合成技術(shù)問(wèn)題，井正在研討人說(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。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用自從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來(lái)，曾經(jīng)在航空航天、視景仿真、船舶建造與設(shè)計(jì)、軍事模擬、機(jī)械工程、先進(jìn)制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域顯示示出巨人的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)并稱為21世紀(jì)最具運(yùn)用前景的三大技術(shù)。1.虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)根源可以追溯到軍事模擬，最初的模擬是用來(lái)訓(xùn)練飛行員能熟習(xí)和掌握平常的和緊急情況下的飛行環(huán)境，其實(shí)踐的訓(xùn)練是經(jīng)過(guò)將飛行員放在一個(gè)虛擬的環(huán)境中來(lái)完成的。這種模擬不僅用來(lái)培訓(xùn)噴氣式樣飛機(jī)的飛行員，還可以用來(lái)培訓(xùn)支配坦克、武器和其他設(shè)備的軍事人員。

美國(guó)的軍事運(yùn)用不斷是推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展的動(dòng)力。1988年，美國(guó)國(guó)防部的先進(jìn)研討方案署〔ARRPA〕就備Simnet，這是一個(gè)連機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它將分布在世界各地的200多個(gè)模擬艙銜接在一個(gè)實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中。它可以銜接各種各樣的飛行器和車(chē)輛模擬器，如飛機(jī)和坦克，而且即使兩地分割數(shù)千里，它們的駕駛員也可以進(jìn)展實(shí)時(shí)地交互。一名坦克乘員可以在位于加州沙漠的一個(gè)座艙中，而另一個(gè)坦克乘員那么能夠在歐洲。每個(gè)座艙都是獨(dú)立的，而且利用各自的虛擬現(xiàn)實(shí)接口和計(jì)算機(jī)進(jìn)展模擬。模擬時(shí)，座艙經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號(hào)，而該網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)過(guò)公用線或衛(wèi)星鏈路銜接世界各地的座艙。在進(jìn)展虛擬現(xiàn)實(shí)軍事訓(xùn)練里，不用支付操作實(shí)踐坦克所需求支付的費(fèi)用。這類(lèi)虛擬訓(xùn)練大大地節(jié)省了燃油，而且還防止了環(huán)境污染，而在過(guò)去的實(shí)戰(zhàn)演習(xí)中是不可防止的。在陸軍虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)度表中，下一階段I-Port，這是一種使一個(gè)戰(zhàn)士進(jìn)入一個(gè)虛擬的仿真環(huán)境的單獨(dú)入口，不久的未來(lái)，進(jìn)入該虛擬境界的人就可以在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上都投入到與其他戰(zhàn)士、坦克、飛機(jī)等聯(lián)網(wǎng)仿真環(huán)境中，這一切都發(fā)生在合成戰(zhàn)斗環(huán)境中的真實(shí)地形上。該戰(zhàn)士將完全投入該虛擬還擊功能，這是經(jīng)過(guò)運(yùn)用一種可提供觸覺(jué)和力反響的接口完成。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將概念化的產(chǎn)品或研發(fā)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可視化的立體虛擬產(chǎn)品樣本。在機(jī)械制造過(guò)程過(guò)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可將消費(fèi)過(guò)程模擬化、利用電腦和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)整、維護(hù)、可視覺(jué)化。同時(shí)將機(jī)械消費(fèi)的產(chǎn)品虛擬化、利用網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的研討、開(kāi)發(fā)、檢測(cè)、測(cè)試等多項(xiàng)功能。大規(guī)模的降低消費(fèi)過(guò)程演示、消費(fèi)過(guò)程監(jiān)視、消費(fèi)過(guò)程檢測(cè)、消費(fèi)過(guò)程學(xué)習(xí)的本錢(qián)。提高效率、降低誤差、帶來(lái)效益。研發(fā)過(guò)程和產(chǎn)品的虛擬化將研發(fā)過(guò)程變成可控制的一個(gè)進(jìn)程，研發(fā)的過(guò)程的每個(gè)細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)化為虛擬演示，防止研發(fā)過(guò)程的失誤、危險(xiǎn)、浪費(fèi)。同時(shí)產(chǎn)品的虛擬化更是將研發(fā)成型的各類(lèi)動(dòng)作避開(kāi)，降低了制造樣品本錢(qián)、修正本錢(qián)。經(jīng)過(guò)虛擬互動(dòng)技術(shù)，可以直接對(duì)研發(fā)的動(dòng)作進(jìn)展模擬、修正，以虛擬的技術(shù)演示真實(shí)的過(guò)程。哈雷摩托例如：工業(yè)仿真平臺(tái)集工業(yè)邏輯仿真，三維可視化虛擬表現(xiàn)，虛擬外設(shè)交互等功能于一體，虛擬系統(tǒng)包括虛擬裝配、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬仿真、員工培訓(xùn)四個(gè)子系統(tǒng)

虛擬裝配：實(shí)現(xiàn)用戶可定制設(shè)備零件庫(kù)，并可在三維可視化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)設(shè)備零件的裝配

虛擬設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)根據(jù)CAD圖紙及設(shè)備零件參數(shù)，進(jìn)展設(shè)備及工廠的設(shè)計(jì)與改造

虛擬仿真：實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、消費(fèi)運(yùn)轉(zhuǎn)流程、設(shè)備交互操作仿真功能

員工培訓(xùn)：實(shí)現(xiàn)消費(fèi)流程三維可視化演示、設(shè)備操作虛擬交互培訓(xùn)、按崗位考試、事故預(yù)演、三維仿真應(yīng)急演練功能模型化，角色化，事件化的虛擬模擬，使演練更接近真實(shí)情況，降低演練和培訓(xùn)本錢(qián)，降低演練風(fēng)險(xiǎn)。3.虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在建筑/城市規(guī)劃中的運(yùn)用建筑是受虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)影響的另一個(gè)領(lǐng)域，建筑師可以獲得一幢房子或建筑物CAD數(shù)據(jù)，然后將它轉(zhuǎn)化成一次仿真，包括自來(lái)水龍頭、電燈開(kāi)關(guān)、門(mén)把手等等，在仿真過(guò)程中它還可以修正照明、供暖、音響效果等等。經(jīng)過(guò)運(yùn)用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)好手套，建筑師可以引導(dǎo)用戶進(jìn)入仿真的建筑物，頭盔顯示器可以讓用戶以不同的角度察看其內(nèi)部空間，同時(shí)，可以在建筑物中遨游。數(shù)據(jù)手套是實(shí)施時(shí)改動(dòng)窗戶位置