虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 【摘 要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)稱VR技術(shù)。目前，除了在城市規(guī)劃、大型工程漫游、數(shù)字化酒店、展會(huì)、博物館展示系統(tǒng)等領(lǐng)域中得以利用外，在電子商務(wù)、育、娛樂等領(lǐng)域，也正表現(xiàn)出不同一般的非凡魅力?！娟P(guān)健詞】 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 【Abstract】Virtual reality technology abbreviation VR technique at present, except in urban planning large engineering roaming digital hotel exhibition museum exhibition systems, etc. To use

2、 outside, in e-commerce education entertainment etc, also are showing a different general special charm【keyword】virtual reality technique1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virual Reality)也稱VR技術(shù)，是指利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、多媒休技術(shù)、人工智能技術(shù)以及人機(jī)接口技術(shù)等高新技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要通過構(gòu)建一個(gè)文字(Text)，圖形(Graph)，圖像(Image)，動(dòng)畫(Animation)，聲音(Audi

3、o)，視頻(Video)等不同信息為一體的人機(jī)交互系統(tǒng)，營(yíng)造出一個(gè)內(nèi)容豐富、色彩繽紛、圖文并茂、動(dòng)靜相融的虛擬情景，促使人們腦、眼、手、鼻等多種器官接受刺激，使人們產(chǎn)生一種身臨其境的近乎完全真實(shí)的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要通過構(gòu)建一個(gè)文字(Text)，圖形(Graph)，圖像(Image)，動(dòng) (Animation)，聲音(Audio)，視頻(Video)等不同信息為一體的人機(jī)交互系統(tǒng)，造出一個(gè)內(nèi)容豐富、色彩繽紛、圖文并茂、動(dòng)靜相融的虛擬情景，促使人們腦、眼、手、口等多種器官接受刺激.使人們產(chǎn)生一種身臨其境的近乎完全真實(shí)的感覺。2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類根據(jù)支持設(shè)備來分類沉浸式：除計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備外，還

4、要增加一些特殊的外部設(shè)備。如三維立體顯示器、數(shù)字手套、操縱桿等，體驗(yàn)者可以感知視覺、觸覺、嗅覺、味覺等多種信息。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以營(yíng)造一種較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使體驗(yàn)者有如親臨其境的感覺，但是外加的設(shè)備昂貴，不利于推廣使用。非沉浸式:只使用計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，只能感受視覺與聽覺，盡量使用軟件去模擬接近較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。效果雖然不如沉浸式理想，但是經(jīng)濟(jì)方便，便于推廣使用。 自動(dòng)漫游：由制作者在制作時(shí)設(shè)定漫游的路徑，計(jì)算機(jī)根據(jù)這一事先設(shè)定的路徑從相應(yīng)的角度和方位去展示虛擬場(chǎng)景。自動(dòng)漫游作品一般以視頻文件提供，通過視頻播放器播放，體驗(yàn)者除了操作播放器按鍵外，不能與虛擬場(chǎng)景有任何交互。交互式漫游

5、:與自動(dòng)漫游最大的不同，就是漫游的路徑由體驗(yàn)者通過鼠標(biāo)、鍵盤或其他特殊設(shè)備進(jìn)行操控，可以由體驗(yàn)者任意從不同的角度和方位去觀看虛擬場(chǎng)景。交互式漫游作品一般以可執(zhí)行文件提供，可以直接運(yùn)行。3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征3.1多感知性(Mufti-Sensory )所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、視覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。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。但由于相關(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)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。沉浸性(Immersion ) 沉浸性也稱臨場(chǎng)感，指體驗(yàn)者感

6、到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使體者難以分辨真假，全身心地投人到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。3.3交互性(Interactivity ) 交互性指體驗(yàn)者對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物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)。用戶可以通過蘭維交互設(shè)備直接操縱計(jì)算機(jī)所給出的虛擬世界中的對(duì)朵，虛擬世界中的對(duì)象也能夠?qū)崟r(shí)地做出和應(yīng)的反應(yīng)。3.4構(gòu)想性(Imagination) 構(gòu)想性指體驗(yàn)者從虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，深化對(duì)概念的理解，主動(dòng)獲取新的信息，并產(chǎn)生新的想法，進(jìn)而解決實(shí)際應(yīng)用問題。虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)建涉及的技術(shù)很多，如投影變換（將三維物

7、體投影到二維屏幕上）消隱處理（刪除一個(gè)物體的不可見面片）光照模型（一個(gè)物體在一定環(huán)境和光照下呈現(xiàn)的顏色和亮度）；LOD模型（多重細(xì)節(jié)模型，即一個(gè)物體由近及遠(yuǎn)會(huì)變得逐漸模糊）；文理貼圖霧化效果等。目前有許多軟件和工具對(duì)這些算法予以包裝和實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者可以不必從底層做起。一般來說，構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有2種方法：利用高級(jí)語(yǔ)言和三維圖形函數(shù)庫(kù)。常用的開發(fā)語(yǔ)言是VG，常用的圖形函數(shù)庫(kù)是場(chǎng)renGL和Directx：靈活性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能。缺點(diǎn)是:需要較高的編程水平，以及對(duì)圖形函數(shù)庫(kù)的掌握。這種方法開發(fā)的難度大，且開發(fā)的系統(tǒng)很難網(wǎng)上發(fā)布。利用VRML語(yǔ)言(虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)，輔以其他工具。VRML是

8、一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式三維境界。其定義了一種把三維圖形和多媒體集成在一起的文件格式（擴(kuò)展名為wrl ）。構(gòu)建一個(gè)虛擬環(huán)境，就是創(chuàng)建一個(gè)個(gè)文件，通過包含關(guān)系和超鏈接連接起來，構(gòu)成一個(gè)龐大的場(chǎng)景。由于VRML用代碼描述一個(gè)個(gè)實(shí)體和場(chǎng)景，給編程者帶來很大困難，因此就出現(xiàn)了一些可視化的場(chǎng)景編輯器，常用的有SGI公司的Cosmo World Platinum Technology公司的VRCreator等。虛擬現(xiàn)實(shí)有三個(gè)最突出的特征即人們稱道的“31”特性:交互性沉浸感和構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)旨在突破系統(tǒng)和用戶環(huán)境之間的界限突破用傳統(tǒng)方法表達(dá)事物局限使人們不僅可以將任何想象的環(huán)境虛擬實(shí)

9、現(xiàn)，并且可以在其中以自然的行為與這種虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行交流。4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用作為尖端科技虛擬現(xiàn)實(shí)集成計(jì)算機(jī)圖形技術(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)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)它可以滲透到我們工作和生活的每個(gè)角落，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)人類社會(huì)意義是非常大的。正因如此它和其它很多信息技術(shù)一樣當(dāng)專家還未把它的理論和技術(shù)探討得十分清楚時(shí)，它已滲透到科學(xué)技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、文化、娛樂的各個(gè)領(lǐng)域，并受到極大注意。 目前在我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)多應(yīng)用在城市規(guī)劃、大型工程漫游、數(shù)字化酒店、展會(huì)、博物館展示系統(tǒng)等領(lǐng)域在這些領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所表現(xiàn)出的效

10、果比起其他技術(shù)要優(yōu)秀許多。首先與傳統(tǒng)沙盤比較，傳統(tǒng)沙盤最大缺點(diǎn)在于空間限制性太大了，不足以體現(xiàn)出整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，同時(shí)，將其它的媒體信息加入其中亦存在許多困難，導(dǎo)致信息量嚴(yán)重羞乏，而虛擬現(xiàn)實(shí)為我們提供了無(wú)限的虛擬空間，近乎完美解決了這個(gè)問題，同時(shí)，他也可以與其它媒體手段無(wú)縫結(jié)合，輔以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，所傳遞信息量更加巨大。其次與傳統(tǒng)效果圖畫比較，靜止的效果圖只能向觀者展示項(xiàng)目某一個(gè)或某幾個(gè)方面，對(duì)觀者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明運(yùn)作起來不直觀、不全面具有相當(dāng)大的局限性。而以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為核心的多媒體介紹程序不需要觀看者發(fā)揮任何想象力以空前直觀方式將項(xiàng)目展現(xiàn)給觀眾在虛擬世界

11、我們可以任意角度任意比例觀看我們所感興趣的內(nèi)容。第三與傳統(tǒng)三維動(dòng)畫比較，動(dòng)畫演示在一定程度上彌補(bǔ)了靜止畫面的不足聲音與動(dòng)畫同步播放生動(dòng)細(xì)致。但是嚴(yán)格意義上，這種瀏覽演示方式用于地產(chǎn)演示項(xiàng)目或其它類似項(xiàng)目。只是為了表現(xiàn)視頻效果，對(duì)于典型的工程項(xiàng)目缺少應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)性和靈活性，以及客觀性。動(dòng)畫在播放過程中觀者只是在被動(dòng)的觀看接受一些有關(guān)于項(xiàng)目的信息，并不能按照自己的意愿去觀看、查閱檢索信息。而虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式所存在的問題。我們可以虛擬空間中的任意地點(diǎn)、時(shí)間進(jìn)行觀察。 目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)除了在上述領(lǐng)域得以利用外在電子商務(wù)教育、娛樂等領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也正表現(xiàn)出不同一般的魅力我們來看看

12、目前和未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及特點(diǎn)。4.1電子商務(wù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為企業(yè)、消費(fèi)者提供擺脫各級(jí)經(jīng)銷商和賣場(chǎng)的機(jī)會(huì)。目前網(wǎng)上銷售和購(gòu)物正在成為一種主流的買賣方式但一般的網(wǎng)上購(gòu)物買家只能看到商品的縮略圖尹無(wú)法對(duì)商品有全面認(rèn)識(shí)目前已經(jīng)有商家引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。主要通過360度全景照片或者三維立體技術(shù).來更直觀更全面展示商品消費(fèi)者通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以多角度的了解和接觸商品。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展相信在不久將來，網(wǎng)上消費(fèi)者將可以通過視覺聽覺、觸覺甚至嗅覺來體驗(yàn)商品。4.2教育 在教育領(lǐng)域.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響作為受教育者主動(dòng)云交互與被動(dòng)的觀看有質(zhì)的差別。因此基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)嶄新的教

13、育模式會(huì)帶給我們嶄新的教育思維解決我們以前無(wú)法解決的問題將給我們帶來一系列的重大變革想象一下我們坐在虛擬的課堂里聽虛擬的教師講課.教學(xué)節(jié)奏完全由學(xué)習(xí)者來掌握，隨時(shí)可以與虛擬教師進(jìn)行互動(dòng)授課內(nèi)容不再以空洞的說教為基礎(chǔ).而是以大里的詳實(shí)、生動(dòng)、直觀的虛擬情節(jié)出現(xiàn)寓教于樂成為教學(xué)的主要方式。4.2. 1輔助專業(yè)教學(xué) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，外觀設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)，以往要制作外觀模型多采用油泥、泡沫塑料等材料進(jìn)行制作，不但加工時(shí)間長(zhǎng)，成本高，修改起來也非常麻煩。而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的產(chǎn)品模型可以隨時(shí)修改，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后可將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接用于加工，極大的提高了效率。與一般的三維軟件不同，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)創(chuàng)建

14、的模型可直接生成可執(zhí)行文件(exe文件)，在不需要軟件支持的情況下就可以在系統(tǒng)運(yùn)行，而且支持在線瀏覽，使產(chǎn)品的宣傳展示更加便利。 建筑教學(xué)。在傳統(tǒng)的教學(xué)中像中外建筑史、建筑結(jié)構(gòu)選型等課程都是采用教師口述加上文字圖片演示的方式進(jìn)行教學(xué)的。在遇到一些較少見的結(jié)構(gòu)或較抽象的概念時(shí)學(xué)生會(huì)難以理解。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，同學(xué)們不但可以全方位互動(dòng)地觀察古今中外各種建筑的外部結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)入到建筑物的內(nèi)部，甚至可以對(duì)虛擬建筑物的各個(gè)部分進(jìn)行拆解和組裝，使原本抽象的概念變得直觀易懂。教師和學(xué)生一起經(jīng)歷虛擬環(huán)境，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)效率大為提高。 建筑漫游。建筑效果圖是目前建筑表現(xiàn)中用的較多的

15、方式。靜態(tài)的效果只能向觀者展示項(xiàng)目某一個(gè)或某幾個(gè)方面，要全面了解的話還要加上自己的想象力。建筑漫游動(dòng)畫在一定程度上彌補(bǔ)了靜止畫面的不足，聲音與動(dòng)畫同步播放，生動(dòng)細(xì)致。但是動(dòng)畫在播放過程中，觀者只是在被動(dòng)的觀看接受一些有關(guān)于項(xiàng)目的信息，并不能按照自己的意愿去隨意觀看，只能按照預(yù)定好的路徑進(jìn)行瀏覽，互動(dòng)性差，動(dòng)畫制作完成后，如要改變?yōu)g覽路徑，就要重新進(jìn)行動(dòng)畫渲染，這就需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則完全解決了以上兩種表現(xiàn)形式所存在的問題。虛擬建筑場(chǎng)景制作完成后，使用者可通過鼠標(biāo)、鍵盤進(jìn)行控制，按照自己的意愿在場(chǎng)景中任意角度、位置、高度進(jìn)行瀏覽。由于采用顯卡進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，無(wú)需漫長(zhǎng)的渲染等待，使得

16、虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景有著極佳的互動(dòng)性。 虛擬實(shí)驗(yàn)室。通常我們由于設(shè)備、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等硬件的限制，許多實(shí)驗(yàn)都無(wú)法進(jìn)行。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相同的體驗(yàn)，能仿真實(shí)現(xiàn)各種實(shí)際的甚至不可視、不可摸、不可入、危險(xiǎn)性高的實(shí)驗(yàn)，也能夠真實(shí)的模擬，拓寬了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間與空間的限制，在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。 虛擬校園。虛擬校園是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園場(chǎng)景的虛擬，校園信息的瀏覽、查詢以及與圖像、聲音、文字、視頻等多媒體技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建出一個(gè)生動(dòng)逼真的三維可視化虛擬校園，具有高度交互功能和沉浸式現(xiàn)實(shí)仿真功能，還可以與數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)等無(wú)縫結(jié)合，使校園管理更

17、加高效、便利。 教學(xué)管理。在教室的安排方面，教師在開設(shè)課程之前，可以根據(jù)課程需要，在各種類型的教室中，通過虛擬校園直觀的選擇到符合需要的教室，使教室的安排更合理。每學(xué)期在安排課程的時(shí)候，多少都會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如上一節(jié)課結(jié)束后，下一節(jié)課安排在另一個(gè)教室上課，有時(shí)兩個(gè)教室相距太遠(yuǎn)，不跑步的話可能就會(huì)遲到了。之所以出現(xiàn)這種情況是因?yàn)樨?fù)責(zé)排課的工作人員在安排課程時(shí)看到的只是兩個(gè)教室的編號(hào)，對(duì)其具體位置沒有直觀的感受，通過虛擬校園的使用，可以通過教室編號(hào)直觀的看到教室所在的空間位置，使課程安排得以優(yōu)化。 學(xué)生管理。輔導(dǎo)員和班主任都經(jīng)常要和學(xué)生保持溝通，在巡視宿舍前，通過虛擬校園系統(tǒng)可以快速的查到整個(gè)班

18、級(jí)所有同學(xué)的宿舍所在位置，提高工作效率，使宿舍的安排更合理。作為家長(zhǎng)，也可通過該系統(tǒng)了解到子女在校內(nèi)所住的位置和居住環(huán)境，適當(dāng)?shù)陌才抛优钠鹁印?校園管理。每年的學(xué)生報(bào)到新生報(bào)到日，都會(huì)有大量的人員和車輛涌入校園。由于對(duì)環(huán)境不熟悉，找不到報(bào)到點(diǎn)，找不到停車位等情況非常普遍，如果他們之前來過的話，情況就會(huì)好得多了。通過虛擬校園系統(tǒng)，學(xué)生及家長(zhǎng)可以在家里通過步行、駕車等操作模式進(jìn)入學(xué)院內(nèi)熟悉環(huán)境，當(dāng)真正進(jìn)入校園時(shí)，就不會(huì)再有陌生感了，因?yàn)橐呀?jīng)“來過了”。 安防監(jiān)控系統(tǒng)與虛擬校園系統(tǒng)相結(jié)合，當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，可以讓安保人員快速定位事發(fā)地點(diǎn)的空間位置，更快到達(dá)事發(fā)地點(diǎn)，及早控制事態(tài)發(fā)展，給校園帶來更安全的環(huán)境。 校園規(guī)劃。在以往的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，常用到沙盤模型，它可以較直觀的觀察項(xiàng)目的整體布局，但受空間限制太大，成本高，制作周期長(zhǎng)，修改不便。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的校園系統(tǒng)則非常靈活，修改方便快速，在同一場(chǎng)景中可以設(shè)定多套方案進(jìn)行比較，給排水系統(tǒng)、電力布線、網(wǎng)絡(luò)布線等都可以分層顯示，克服了以往的不足，為校園的設(shè)計(jì)規(guī)劃帶來便利。 對(duì)外宣傳。與傳統(tǒng)的宣傳手段相比，