面向未来的技术_虚拟现实

面向未来的技术——虚拟现实∷ 许 云 XU Yun Face to the Future Technology,Virtual Reality 曲双为 QU Shuangwei 尹雅琪 YIN Yaqi ∷ 西安工程大学机电工程学院 摘 要:随着科学技术的发展，虚拟现实技术的应用越来越广泛，研究的内容涉及各个领域。虚拟现实技术是未来重要的发展学科，它将给人类的生活带来全新的面貌。文章介绍了虚拟现实的基本概念、特征、发展历史，分析了目前的应用现状，给工业设计带来的影响，以及对未来的发展趋势进行了展望。关键词:虚拟现实 交互技术 工业设计检 索:http://www.artdesign.org.cn/Abstract:With the development of science and technology,the virtual reality technology used more widely,research content involves the fields.Virtual reality technology is the development of future important subject,it will give the human life brings brand-new appearance.This paper introduces the basic concept of virtual reality,characteristic,the development history,analyzes the present situation of the application,the impact of industrial design,and the future development trends are discussed.Keywords:virtual reality,interactive technology,industrial designInternet:http://www.artdesign.org.cn/引言二、虚拟现实的特征20世纪50年代，虚拟现实的基本思想诞生了。随虚拟现实技术具有三个主要特征：着科学技术的不断更新与发展，虚拟现实的基本概念（1）浸没感（Immersion）——主要指使用者存逐渐形成，放眼世界，如今虚拟现实技术得到了广泛在于模拟环境中真实感觉，在这样的环境中，使用者全面的发展，并且取得了令人瞩目的成绩。随着通讯应该有“身临其境”的感觉。技术、计算机等信息技术的相互促进同步发展，虚拟（2）交互性（Interactivity）——指用户对模拟环现实正在改变着我们的生活。境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。一、虚拟现实的概念（3）构想性（Imagination）——指虚拟的环境是人想象出来的，同时这种想象体现出设计者相应的虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），也称“灵思想，因而可以用来实现一定的目标。境技术”或“人工环境”等。虚拟现实是指采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触三、虚拟现实技术的发展历史觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互作用，相互影虚拟现实技术从20世纪50年代开始形成，到如今响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。[2]在这个已经经历了三个发展阶段，分别是虚拟现实基本思想虚构的环境中能实现与现实相同的感受，可以利用它的形成，虚拟现实技术的概念形成以及虚拟现实技术观察宏观与微观的世界，可以与虚拟环境进行人机互的全面发展。动等，大大推动了人机互动技术的发展。Ivan Sutherland被称为“虚拟现实技术之父”，他1991968年在哈佛大学组织开发的第一个计算机图形驱动的头盔显示器（Helmet Mounted Display，即HMD）及与之匹配的头部位置跟踪系统。在一个完整的头盔显示系统中，用户不仅可以看到三维物体的线框图，还可以确定三维物体在空间的位置。并能通过头部运动从不同视角观察三维场景的线框图。[1]在当时的计算机技术水平下，这是虚拟现实技术的一个里程碑。从80年代初到80年代中期，出现了VIDEOPLACE和VIEW两个比较经典的虚拟现实系统。VIDEOPLACE系统的设计者是M.W.Krueger。他提出“计算机应该适用于人，而不是人去适应计算机”，而且他的目标是无障碍的环境式人工现实。VIEW系统是美国NASA Ames实验中心研制的第一个进人实际应用的虚拟现实系统，该系统对虚拟现实技术的发展产生了深远的影响。目前，大多数虚拟现实系统的硬件体系结构大都由VIEW发展而来， 在VIEW的带动下，从1989年起全世界掀起了研究虚拟现实技术的热潮，从而在硬件技术、软件体系结构及软件工具等方面取得了很大的进展。在虚拟技术全面发展阶段，诞生了两个著名的的系统：Dialogue和Super Vision系统。在虚拟现实系统中只有各种交互设备还不够，还必须提供基本的软件支撑环境，使用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进行高级交互。Dialogue目的是解决虚拟现实系统的动态灵活性问题。Super Vision系统是由DIVISION公司开发的并行虚拟现实系统，是从硬件的角度来解决计算复杂性问题的。四、虚拟现实技术的应用虚拟现实技术的应用前景十分广泛，目前，正大量运用在军事、航天、科研、商业、医疗、产品制造、文化教育、展览等等各种不同领域。（1）军事。美国国防部和军方认为，VR将在武器系统性能评价、武器操纵训练及指挥大规模军事演习三方面发挥重大作用，此外，利用VR技术模拟战争过程已成为最先进的研究战争、培训指挥员的方法；（2）航天。20世纪70年代。美国最先利用虚拟现实技术运用于培训宇航员。宇宙飞船及各类航空器是需耗费巨资的现代化工具，而进入宇宙有大量未知、危险的因素，因而模拟各种航空器可能遇到的环境，不仅可节省大量费用，而且可降低风险；（3）产品设计和制造。虚拟现实技术为设计师们提供了一种全新的数字平台，各种工业产品，建筑物都需要反复修改设计方案，在设计开发过程中利用虚拟现实技术可以缩短设计制造周期、降低成本、提高新产品的质量，而且还可以实现更加自然的人机交互。不久的将来，虚拟现实技术将运用在设计和制造的各个环节，并产生深远的影响；（4）文化领域。2010年的上海世博会另全球瞩目，为世界举办了一次绚丽多姿的视听盛宴。作为世博史上首个“在200线世博”，充分利用了3D、虚拟现实和互联网技术，打造了一个能够进行三维体验和互动的交流平台，使世博会文化得到了很好的传播和发展；（5）商业。虚拟商店掀起了新的购物浪潮。通过运用虚拟现实技术，商家可以模拟实体店场景，展示各种各样的三维商品，购买者可以近距离接触商品，方便购物。虚拟购房可以解除实地看房的奔波之苦，虚拟现实技术可以实现楼盘样板间、周边配套设置的动态展示，并可化身为三维人物“亲自”在样板房里来回走动，挑选心仪的户型。此外，虚拟购车、虚拟旅游等新兴商业项目也得到了蓬勃的发展；（6）医疗。虚拟现实技术可以用于解剖教学、复杂的手术过程的规划、预测手术结果以及远程医疗等。虚拟手术台已能部分模拟外科手术的现场，提供模拟的人体器官，可让学生逼真地观察器官内部的构造在手术过程，提供操作和信息上的辅助，是医疗卫生领域的重要研究手段；（7）教育。随着教学科技手段的不断发展，虚拟现实技术可以为学生提供形象、生动的学习环境，学生能够成为虚拟环境中的一名参与者，调动各个感官的认知，提高了学生的想象力，激发了学生的学习兴趣，从而提高学习效率。五、虚拟现实技术给工业设计带来的影响虚拟现实技术在设计和制造领域发挥的作用越来越显著，并对工业产品的各个设计阶段带来了不小的影响。（1）虚拟现实技术与网络技术的结合，可以构建全新的开放式的设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图，打破了地域限制，实现了用户与设计、开发人员的良好互动。（2）工业产品的设计面向使用用户，良好的人机关系评价是实现优良设计产品的关键环节。利用虚拟现实技术可以建立虚拟人体环境，并且可以实时更换数据，方便数据的采集和整理。（3）利用虚拟现实技术构建的虚拟环境中实现虚拟展示，用户不仅可以看到、摸到产品，并且可以亲身体验使用产品的感受，还可以按照自己的想法替换产品部件。六、虚拟现实的关键技术虚拟现实技术综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等先进科技，通过模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。[3]实现虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面：（1）动态环境建模技术，包括实际环境三维数据获取方法、非接触式视觉建模技术等；（2）实时三维图形生成技术；（3）应用系统开发工具；（4）系统集成技术，包括数据转换技术、语音识别与合成技术等；（5）三维跟踪技术；（6）立体显示和传感技术，包括头盔式三维立体显示器、数据手套、力觉和触觉传感器技术。杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要 有必要开发新的三维图形生成和显示技术。（4）智能化的语音虚拟现实建模。建模是一个比较繁复的过程。它的建立需要开发人员花费大量的时间和精力。为了解决这个问题，可以考虑将技术与智能技术、语音识别技术结合起来。（5）大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。七、虚拟现实技术的发展前景虚拟现实技术的实质是构建一种“身临其境”并可以与之交流的“世界”。纵观虚拟现实技术的发展历史，未来的发展趋势归纳为以下几个方面：（1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。（2）新型交互设备的研制。借助的输入输出设备，例如头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等，虚拟现实技术能够实现人自由的与虚拟世界进行交互。因此，新型、便宜、性能优良的交互设备将成为未来研究的重要方向。（3）实时三维图形生成和显示技术。三维图形的生成技术已较成熟，而关键是如何实时生成在不降低图形的质量和复结论虚拟现实技术由许多相关学科交叉而产生。随着社会的进步，科学技术的不断更新与发展，虚拟现实技术正在向我们展示它广阔的发展前景。作为“21世纪的新科技”，虚拟现实技术必定会给我们带来更多惊喜，未来生活的面貌也会为之一新。∷注释[1] 王红兵：《虚拟现实技术——回顾与展望》，计算机工程与应用，2001。[2] 胡小强：《虚拟现实技术》，北京，北京邮电大学出版社，2005。[3] 刘露：《熠熠发光的虚拟现实技术》，北京，科技视野，2011。参考文献1 韩晓玲：《虚拟现实技术发展趋向浅析》，电脑知识与技术，2007。2 张占龙、罗辞勇、何为：《虚拟现实技术概述》，计算机仿真，2005。3 何毅兵：《21世纪初的虚拟现实》，湖北工学院学报，2000。201