计算机技术在虚拟现实技术中的应用

计算机技术在虚拟现实技术中的应用

发表时间：2018-06-06T15:39:06.000Z 来源：《科技新时代》2018年3期作者：程熹[导读] 引言：计算机技术是一场空前的技术革命，是第三次技术革命的代表之一，推动了生产力的空前发展，使得科学技术在促进生产力的发展上占据了原来越重要的地位。虚拟现实技术（也被人们成为VR）是计算机技术在仿真领域的进一步发展，引言

计算机技术是一场空前的技术革命，是第三次技术革命的代表之一，推动了生产力的空前发展，使得科学技术在促进生产力的发展上占据了原来越重要的地位。虚拟现实技术（也被人们成为VR）是计算机技术在仿真领域的进一步发展，以让用户真实的感知周围的环境为目的，是一种多学科交叉技术的集合品，包括信息融合、三维动态和实体行为等的融合。随着技术的发展以及大众认知水平的提高，人们对于虚拟现实技术的要求也越来越高，人们认为最理想的VR应该可以感知人们所能感知的一切，它是通过复杂的传感器设备（也被称为三维交互设备）来模拟人的行为、嗅觉、味觉等，甚至是可以感知人体的情感。VR不仅可以为用户带来惊险刺激的在体验，更因为其在医学、军工和教育等多个领域具有更大的未知前景，而让众多研究者坚持不懈的去探索其中的奥秘。 1虚拟现实技术的概念及发展历史

1.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实系统（也被称为计算机仿真系统）是通过仿真技术、传感技术和网络技术等耦合来对现实进行虚拟，使用户能够更真实地感知周围的世界，是计算机行业的前沿领域，极富刺激性和挑战性。

1.2 虚拟现实技术的技术特点

虚拟的最终目的是真实，要想达到真实就要通过一定的技术手段来使计算机再现真实世界，包括物理、光学、相对位置和纹理等属性的更好模拟。基于此，虚拟现实技术具有以下特征：（1）感知性：感知是人体所具有的独有特性，VR是指通过技术手段来具备人体所具备的感知功能。除了简单的视觉感知外，也包括听觉、触觉、运动，甚至是可以感知人的情绪变化，最终目的是通过技术手段完全模拟人体丰富的感知功能。

（2）存在感：所谓存在感主要体现的是真实性，即用户在体验虚拟现实技术过程中的真实程度，虚拟现实的最高要求是让用户完全融入到虚拟的环境中，达到真假难辨。

（3）交互性：单纯的体验已经难以达到用户的要求，人们希望能够与环境进行互动，因此虚拟现实技术需具备人体与周围虚拟环境自由交流的功能，即可操作性，虚拟环境与人体的互馈。

（4）自主性：为了增加用户体验，使人们可以更简单的使用，虚拟现实也更加强调技术的自主性，即可以根据现实世界的物理运动规律自主的运行，不需要过多的耗费人力。

1.3 虚拟现实技术的发展历史及应用

1.3.1 发展历史

虚拟现实技术的发展虽起步比较晚，但是发展速度迅猛，其大体可以分为四个历史阶段：第一阶段是在1963年以前，当时刚刚起步，只能简单的进行声音的模拟，从而能够增加是觉得可观赏性，减少视觉的依赖性，虚拟现实的思想也刚刚开始萌发，以期满足人们更多的要求；第二阶段是在1963-1972年之间，虚拟现实技术开始慢慢发展，也逐渐向其它的领域进发，其中，计算机图学之父发明了一个头盔显示器，是虚拟技术发展史上的重要里程碑；第三阶段在1973-1989年之间，有关虚拟现实的概念和理论已基本形成，这一段已经形成了两个典型的系统，VIDEOPLACE和VIEW，这两个系统除了简单的识别声音外，还可以将语言及手势等进行融合，初步形成了虚拟现实系统；第四个阶段是在1990-2004年之间，这一阶段是不断的改进并实际应用的阶段，现如今医学、军工、科研等领域也广泛的应用虚拟现实技术。

1.3.2 应用

由于虚拟现实广阔的研究前景，大量的人力、财力、物力等已经投入到该领域，包括计算机软硬件技术、传感器、立体显示等。人们对于虚拟现实最直观的理解是带着VR头盔，来模拟周围的环境，与周围环境亲切互动。但是随着技术的发展，其应用领域越来越广，对其未来的前景充满了无限的期待。在医学上，VR所发挥的意义非常重大，例如人们可以利用VR头盔来模拟人体的构造，从而在学习的过程中可以让学生清楚地掌握人体内部器官的结构，而且更加方便有效，也可以模拟手术台，可以让学生更好的学习手术台的操作，提高自己的基本能力，并且避免了医疗事故的发生，可谓一举两得；在军工领域上，无论是武器的研发还是航天军工领域的模拟训练都离不开VR这一技术的支撑，例如美国国防部研究计划局已通过VR技术来进行多空间协同作战模拟训练，也可以创造非重力环境来进行宇航员的空间模拟，提高宇航员的适应能力；在工业领域上，VR技术也具有重要应用，例如在市场上信息的获取、分析等具有极高的效率及其在相关的产品研发上，VR技术也都表现出了空前的优势相比较之前的人海战术，还有工业仿真系统，既可以用于指导生产，也可以建立用户数据库，提升企业竞争力，所以VR技术所体现的优势必将在工业领域取得进一步的发展；在设计领域上，VR技术不仅可以充当一个演示的媒体，而且由于VR技术交流互作的性质，可以让设计者根据自己的思想，自由不受规范的进行模拟，这种可以让空间环境虚拟化的技术可以给与设计者更大的便利并充分释放设计者的想象力。此外，VR技术还可以应用到娱乐、房产开发、应急推演上等等。

2 计算机技术在虚拟现实技术中应用

2.1计算机硬件设备在虚拟现实技术中的应用

与虚拟现实技术相关的计算机硬件设备主要包括建模装置、三维视觉显示器、声音装置和交流互作设备。常用的建模设备就是三维立体扫描仪，是融合了计算机、光等的高科技产品，3D扫描仪工作的基本原理是通过将该仪器扫描实物，然后获得实物的三维点云数据，进而生成相关的数据模型，速度与精度都空前提高，然后以数据的模式重现现实的世界。三维视觉显示器包括头显、全方位显示器、CRT终端、投影及洞穴式虚拟显示系统及智能眼镜等，其中头显指的就是头戴式显示器，它的工作原理是通过在左右眼形成视觉差异从而在人脑中形成立体感；全方位显示器简单来说就是将两个CRT显示器耦合在一块，可以让用户具有实时交互的能力；应用在虚实现实技术的声音装置可以带给人一种三维听觉效果，并且该装置装备了语音识别系统，方便人机的信息交换。交流互作设备主要包括交互工具-手套、输入设备-力矩球和操纵杆、真实感装备-触觉反馈和力觉反馈、运动捕捉装置、数据衣等。

2.2 计算机软件设备在虚拟现实技术中的应用