虚拟现实技术期末考试论文

2013-2014学年第1学期期末考试

论文

考试科目：虚拟现实技术

学院：电子工程学院

专业：光信息科学与技术班级：

班内序号：

学号：

姓名：

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任课教师：

北京邮电大学

时间：2013年12月31日

浅谈虚拟现实技术

肖文鑫

（北京邮电大学电子工程学院北京 100876）

摘要虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，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、没有限制地观察三维空间内的事物。本文简要地介绍了虚拟现实的概念、特征及应用领域，从多个技术方面分别阐述了虚拟现实涉及的关键技术，展示了国内外虚拟现实研究的最新进展。

关键词虚拟现实、计算机技术、三维模型、VR系统

虚拟现实，简称VR技术，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。[1]虚拟现实利用计算机技术，对现实的运动进行模拟和声像演示。在虚拟机过程中，操纵者可以身临其境地感觉到这个过程的运动情况，可以对设备进行操纵，可以查看生产过程、实验过程、施工图过程、供应过程、物流过程等活动的各种技术参数的动态值，从而确认现实的系统是否有能力完成预定的任务和如何去完成，也可从中发现运动过程的缺陷和问题，予以改进。

一、虚拟现实技术的主要特征：

(1)沉浸感。简单来说就是让人有一种身临其境的感觉，也就是说这一技术可以使人不单单从视觉和听觉上进入虚拟世界，而是让人以一个整体的形式融入到虚拟现实系统中去，让人们从切身实际出发，真正用身体去感知知识和思维过程。

(2)交互性。这一特征主要体现在虚拟现实与传统CAD模型和三维动画之间的差别，利用虚拟现实技术创建的是一个互动的开放环境，这一环境可以利用相关的监控设备来对使用者或被使用者所影响。也就是说使用者可以利用相关的设备来控制虚拟环境中的对象，实现了使用者对虚拟环境的操作性，相应的对象也可以通过己的行为来影响虚拟环境，计算机系统通过对虚拟环境变化的程度，进行相关虚拟环境的调整和改变。这也真正意义上实现了使用者与虚拟现实技术之间的交互作用。

(3)构想性。利用虚拟现实系统可以创建出一些现实生活中根本不存在的，只是停留在人们思想中的场景。使用者可以通过在虚拟环境中的各种活动获得相应的不同认识，进而对相关的知识进行更加深刻的理解，产生更具创意的想法，真正实现了人们认知和思维方式的飞跃。[2]

(4)多感知性。多感知性指除了视觉感知之外的其他感知，包括通过虚拟现实技术可以实现力觉感知、听觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知甚至嗅觉感知等等。理想中的虚拟现实技术应该同真实的人类感知系统一样，具有一切的感知功能。目前虚拟现实技术所具有的感知功能介于当前传感技术的限制，在视觉、听觉、力觉、触觉、运动感等几种感知类型上较为成熟，其他感知功能的模拟还有待进一个开发。

(5)临场感。临场感指用户在模拟环境的存在感，对模拟环境感觉的真实度。用户理想中的模拟环境应该是难分真假的，只有越真实的模拟环境，用户才能越全身心地投入到三维虚拟环境中。这种计算机模拟出来的环境，让用户把一切看上去都是真的，甚至听上去、动起来、闻起来、尝起来都是真实的，如同现实世界中的感觉一样。

二、虚拟现实技术的应用领域：

1. 城市规划。在城市规划的各个方面虚拟现实技术可以得到广泛的应用：展现规划方案、规避设计风险、加快设计速度、加强宣传效果。

2. 旅游景观。通过 3D 影装或互动技术模拟真实的景区场景，甚至在网上构建一个三维的虚拟景区。用户可在三维的景区环境中直接试玩旅游景点，景点管理人员或导游也可以在线主动推荐特色旅游景点，更好的推广旅游景点。同时，也可以通过这个平台，听取游客的建议及点评，更好的规划与建设现实中的旅游景点。

3. 医学。外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，寻找最佳手术方案并提高熟练度，对术后监测也可发挥重大作用。

4. 文化教育。

1）娱乐和游戏领域。现有的很多游戏设备和电影院都广泛的使用了基于三维的虚拟现实技术。

2）艺术领域。虚拟现实技术在艺术领域具有巨大的应用潜力，它为用户提供的特有的临场参与感和交互能力可以将原来静态体现的艺术转化为动态表现，能使观赏者更好地欣赏及参与艺术家的思想和行为。

3）教育领域。通过虚拟现实技术模拟的教育场景，能够为学生提供更逼真和生动的学习环境，学生通过虚拟的体验，能够更快的学到知识，知识的消化和接受效果也会更好。例如，我们可以通过虚拟现实技术，建立不同的虚拟实验室，包括地理、汽车、土木、物理、化学、生物等等，虚拟实验室带来的优势是传统实验室无法比拟的，比如：降低成本、规避风险 ( 例如：虚拟的飞机驾驶教学系统 )、打破空间、时间的限制。另外，通过虚拟现实技术创建的实训场地，所有的设备和器材都是计算机虚拟的，根据不同的要求和计算，可以随时生成新的设备，教学内容也可以灵活的更新，实践内容和手段及时跟上时代的发展。

5. 室内设计。虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，还是一个设计工具，实可以把设计构思变成看得见的虚拟物体和环境大大提高了设计和规划的质量与效率。

6. 房产开发。虚拟现实技术能够为房地产行业带来最新型的营销方式，无论国内外，通过虚拟现实技术展示自己房产项目的营销方式都非常热门，它的运用是房地产开发商综合实力的象征和标志。

7. 工业仿真。全球各大企业在工业仿真领域对虚拟现实技术的广泛地应用，对提高企业生产能力，加强企业挂历能力、降低决策失误概论，提高企业稳定性等方面起到重要作用。

8. 应急推演。应急演练领域对虚拟现实技术的应用为提供其工作开展提供了一种全新的模式，例如，虚拟场景中模拟事故现场，即能够降低了成本，提高推演的效果，又能让用户能够身临其境学到面对应急情况是的应对措施。

9. 能源领域。能源的开采和开发涉及到很多模块，很多行业，常常需要对大量数据进行分析管理，运用三维虚拟技术不但能够实现庞大数据的有效管理，还能够创建