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虚拟现实技术

编辑:VR视角 发布时间:2020-08-24 09:53:35 0

简介


  虚拟现实(Virtual Reality),简称VR,也称灵境技术或人工环境,是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。使用者进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的3D世界影像传回产生临场感。

  该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

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发展历程


  虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段。有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的第一阶段(1963)年以前虚拟现实萌芽为第二阶段(1963-1972)虚拟现实概念的产生和理论初步形成为第三阶段(1973-1989)虚拟现实理论进一步的完善和应用为第四阶段(1990-2004 )。


特性


  技术的角度来说,虚拟现实系统具有下面三个基本特征:即三个“I”,Immersion-Interaction-Imagination(沉浸—交互—构想),它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。

  从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果,到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中;

  从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用,到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用;

  从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识,到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。

  总之,在未来的虚拟系统中,人们的目的是使这个由计算机及其它传感器所组成的信息处理系统去尽量“满足”人的需要,而不是强迫人去“凑合”那些不是很亲切的计算机系统。


行业概况


  现在

  虚拟现实技术不仅创造出虚拟场景,而且还创造出虚拟主持人、虚拟歌星、虚拟演员。

  日本电视台推出的歌星DiKi,不仅歌声迷人而且风采翩翩,许多追星族欲亲睹其芳容,迫使电视台只好说明她不过是虚拟的歌星。美国迪斯尼公司还准备推出虚拟演员。这将使“演员”艺术青春常在、活力永存。明星片酬走向天价是导致使用虚拟演员的另一个原因。虚拟演员成为电影主角后,电影将成为软件产业的一个分支。固然,在幽默和人情味上,虚拟演员在很长一段时间内甚至永远都无法同真演员相比,但它的确能成为优秀演员。

  《古墓丽影》女主角入选全球知名人物,预示着虚拟演员时代即将来临。

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  前景

  虚拟现实发展前景十分诱人,而与网络通信特性的结合,更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式,甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。

  它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它,我们可以建立真正的远程教室,在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏,就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备,我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。

  难题

  虚拟现实技术未来将会发展成一种改变我们生活方式的新突破。在第一代Oculus Rift的开发者大会上,所有与会者都看到了一个充满潜力的虚拟现实平台。

  但是从现在来看,虚拟现实技术想要真正进入消费级市场,还有一段很长的路要走。目前,开发者如何为用户提供一个真正身临其境的游戏或应用体验还存在着以下五大障碍:

  没有真正进入虚拟世界的方法;

  如何“输入”也是一大困扰;

  缺乏统一的标准;

  容易让人感到疲劳;

  看起来还是有点蠢。


技术应用


  医疗/军用

  主要研究领域涉及传感技术、输入输出设备(如头盔式三维立体显示器、数据手套、多方位体验真实感的传感器和三维声音产生器)等。中国也建立了专门的研究机构,对虚拟现实技术开展了研究,已取得了一定的成果,并投入到了实际应用。

  VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、HMD、感觉手套,可以学习了解人体内部各器官结构,对虚拟的人体模型进行手术等。

  模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为VR提供了广阔的应用前景。

  游戏/艺术/教育

  游戏。丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具,VR在该方面发展最为迅猛。对于游戏的开发,角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏,其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果,而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。目前已投入市场商业运营,显示出了很好的前景。

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  艺术领域。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术(如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外,VR提高了艺术表现能力。同时,各种大型的文艺演出效果,也可能通过VR技术进行效果模拟。

  教育领域。主要是发挥其互动性和生动的表现效果,用于立体几何、物理化学等相关课件的模拟制作,解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等。在相关专业的培训机构,虚拟现实技术能够提供学员更多的辅助,比如虚拟驾驶、各种交通规则的模拟,特种器械模拟操作、模拟装备等等。

  城市规划/地理交通

  VR技术对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。用VR技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境,而且能很好地模拟飓风、火灾、水灾、地震等自然灾害的突发情况,排水系统,供电系统,道路交通,沟渠湖泊等也都一目了然。

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  应急推演

  对于具有一定危险性的行业(消防、电力、石油、矿产等)来说,定期执行应急推演是传统并有效的防患方式,但投入成本高,使得其不可能进行频繁性的执行。

  而虚拟现实为应急演练提供了一种全新的模式,将事故现场模拟到虚拟场景中去,人为制造各种事故情况,组织参演人员做出正确响应。这样的推演大大降低了投入成本,提高了推演实训时间,从而保证了人们面对事故灾难时的应对技能,并且可以打破空间的限制方便的组织各地人员进行推演。这样的案例已有应用,必将是今后应急推演的一个趋势。

  文物古迹

  将文物实体通过影像数据采集手段,建立起实物三维或模型数据库,保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源,实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。

  其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段,同时可以缩短修复工期。通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源,并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物,从而使文物脱离地域限制,实现资源共享。

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  Web3D

  Web3D主要有四类运用方向:商业、教育、娱乐、和虚拟社区。

  电子商务。三维的表现形式能够全方位的展现一个物体,具有二维平面图象不可比拟的优势。

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  教育业。计算机辅助教学(CAI)的引入,弥补了传统教学所不能达到的许多方面。在表现一些空间立体化的知识,如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时,三维的展现形式必然使学习过程形象话,学生更容易接受和掌握。

  娱乐游戏业。永远是一个不衰的市场。

  虚拟社区。只须构建一个三维场景,人以第一视角在其中穿行。场景和控制者之间能产生交互,加之高质量的生成画面使人产生身临其境的感觉。如果是建立一个多用户而且可以互相传递信息的环境,也就形成了所谓的虚拟社区。

  数字地球

  拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。

  从战略角度来说,数字地球是全球性的科技发展战略目标,数字地球是未来信息资源的综合平台和集成。

  从科技角度分析,数字地球是国家的重要基础设施,是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华,是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。


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