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西南交通大学

本科毕业设计（论文）

外文文献翻译

虚拟驾驶三维场景设计及实现

年级: 2007级

学号: 20072067

姓名: 曲品

专业: 电子信息工程

指导老师: 苏虎

2011 年 6 月

虚拟现实及其发展趋势

作者：Shu LIU，Hong-Liang Jiang ,Ming-Fa SUIJing YANG

翻译：曲品

摘要：虚拟现实技术是当前国内外计算机仿真领域应用研究的热点，大量的科研和应用成果中都蕴含着虚拟现实的成分。众多专家坚信：虚拟现实技术已经成为人们正在探索的客观世界的三大规律之一。论文阐述了虚拟现实技术多感知性、沉浸性、自主性、交互性等特性，并把虚拟现实技术划分为桌面型，沉浸式，增强型，网络分布式四种类型。最后论文介绍了虚拟现实技术在军事等领域的应用和发展趋势。

关键词：虚拟现实，虚拟场境，发展趋势

一、虚拟现实技术概论

幻真技术在英语中译做“虚拟现实”，因此被简称为VR技术。它囊括了计算机图形学、多媒体技术、传感技术、人工智能、高度并行实时计算技术、人机接口技术、行为学等关键技术，是这些技术高层次地集成与相互渗透。一些专家认为，虚拟现实技术作为人们正在探索的客观世界的三大规律之一，被广泛用于理论分析和科学实验当中。

二、虚拟现实技术的典型特征

虚拟现实技术有以下四个典型特征：

1、多感知性。除了具有一般计算机技术能实现的感知视听，还可以提供触觉、嗅觉、味觉等的仿真。理想的虚拟现实可以提供所有人类所具有的感知特征。

2、沉浸性。这意味着参与者在这种虚拟的环境中有如同身临其境的感觉，理想的模拟环境应达到参与者难辨真伪的程度。

3、自主性。它指的是在虚拟环境中的对象是基于物理运动规律进行动作。例如，物体受力则沿着所受力的方向运动。

4、交互性。它指的是执行层面上的物体和模拟环境中的参与者存在交互的反馈。例如，当一只手抓取了模拟环境中的某一个物体，则这只手应该感觉到手中似乎有东西存在，并且能感知它的重量。

三、虚拟现实技术的分类

根据参与者沉浸程度的不同，虚拟现实技术可以分为桌面型，沉浸式，增强型，网络分布式四种类型。

1、桌面型。桌面型采用PC机和一些服务器连同计算机屏幕，让参与者通过屏幕参与模拟环境，从而引起周边环境的改变。这种沉浸效果很差，但是价格低廉，所以也得到了广泛的应用。

2、沉浸式。沉浸式系统可以提供完全沉浸感觉，所以参与者能完全融入虚拟环境，它通过头盔和一些其他的装备消除周边实际环境的影响，使参与者享有沉浸其中的感觉。

3、增强型。增强型系统结合计算机产生的和其它信息合成的虚拟物体，然后用虚拟绘图软件贴图实现，使参与者感觉在真实的世界看到了真实的

物体。然而这种方法是对真实世界的补充，它不能完全替代真实的世界。

4、网络分布式。网络分布式系统在网络环境下充分利用分散的吞吐率资源，协调各类虚拟现实的发展。它通常是沉浸式系统的延拓，通过网络将散乱各地的不同的沉浸系统连接在一起，以实现特定的功能。

四、虚拟现实技术的应用

随着计算机技术和人机交互手段的发展，虚拟现实技术已经逐步渗透到各个领域。并广泛应用于科学研究领域，产品设计，制造业，军事训练，交通事故模拟等领域。

1、军事领域的应用

美国国防部研究计划局的模拟系统通过虚拟现实技术、实时操作技术，将200种不同的飞机、坦克连同一些其它的模拟器构成一个虚拟的战场，并以此来训练不同分支士兵作战能力。这种虚拟战场是最先进的研究战争和培养指挥官的方法。

2、航空领域的应用

宇宙飞船和各种飞行器械造价昂贵的现代化工具，它们进入太空也面临着大量潜在未知的凶险因素。因此如果能提前模拟飞行器可能遇到的环境状况，不仅可以降低成本，还可以减少风险。在载人航天飞机的研究过程中，美国国家宇航局，欧洲太空总署的焦点是实时仿真操作的空间站，如约翰逊空间中心已经建立了一个虚拟现实实验中心，它们广泛使用飞行仿真技术为驾驶舱导航。

3、民用领域

虚拟现实技术在军事和航空领域的成功运用，推动虚拟现实技术向着平民化的方向发展，伴随着相关软硬件价格的不断下降，虚拟现实技术的应用已经扩展到产品生产的培训，医疗卫生事业，市场营销，游戏，建筑设计，工业设计等领域。

4、遥感控制

虚拟现实可以遥感控制手段来控制机械手、机器人完成在有危险或者有毒环境中的动作。

5、虚拟演播室和虚拟演员

虚拟演播室是一个典型的被成功应用的增强型虚拟现实系统。它可以追踪摄像机当前位置渲染一个实时的虚拟场境，采用色度关键技术综合主播和虚拟场境进行实时渲染，使观众感觉到似乎演主播就是在真实的场境当中。以色列的一家公司甚至提供了一个虚拟演播室系统，在这个系统中成百上千英里的地盘都被综合到同一个虚拟场景中。虚拟现实技术可以产生虚拟的主播，虚拟的歌手，虚拟的演员等。

五、虚拟现实技术的发展趋势

虚拟现实技术高度涵盖了计算机软件技术，硬件技术，传感技术，立体显示技术等。虚拟现实技术实质上可以构造出一个虚拟的世界，在这个世界里参与者可以实时地探索和操控物体。沉浸式虚拟现实系统是人们最理想的追求目标，实现它的主要途径是戴上特殊的头盔显示器，数据手套，主体跟踪器，参与者可以通过听觉、触觉、视觉在虚拟场景中漫游。桌面型虚拟现实系统被人称为“仿真窗口”，并由于它的价格低廉而得到广泛应用。增强型系统主要用于佩戴3D眼睛去观察虚拟场景的群体，这样的系统逐步成为最热门的研究课题之一，它的性能介于上述两者之间。大众观

念认为未来的虚拟现实技术会奔着“低价格，高性能”的方式发展下去。分别考虑软件和硬件，虚拟现实将会在以下领域得以应用和发展：

1、动态建模技术。虚拟场景的建立是虚拟现实技术的核心，动态环境建模技术的目标是从实际环境中采集三维数据信息，从而生成所需的虚拟场景数据库。虚拟现实建模语言VRML是可以导出来的，并且可以进行网络超链接的。

2、实时三维图形生成和显示技术。三维图形生成技术相对比较成熟，它的关键是如何做到“实时生成”。在不降低图形质量和复杂性的前提下，如何提高刷新频率将会成为未来研究的课题。此外，虚拟现实技术同样依赖三维显示器和传感器的发展技术，现存的虚拟装备已经不能满足系统的要求，因此有必要开发新一代的三维图形生成和显示技术。

3、新交互设备的发展。虚拟现实可以使参与者在虚拟世界自由交互动作，如同他亲身经历一样。虚拟现实所依赖的输入输出设备有：头盔显示器，数据手套，数据衣，三维位置传感器，三维发生器等。因此，新一代的、廉价的、鲁棒性将会成为今后研究的重要的方向。

4、智能发声虚拟现实模型。虚拟现实建模是一个需要投入大量时间和精力的复杂过程。如果虚拟现实技术、智能技术相结合的语音识别技术可以很好地解决这个问题，优化模型的性能、概念、和方法，可以转化为数据建模所要使用的语音识别技术，并利用计算机图形学和人工智能技术设计、导航和评价来表达基础的模型。在建立各种合乎逻辑的基础模型之后给出评价，最终人们可以通过特定语言直接修改和确认。

5、大规模网络分散式虚拟现实应用。分散式网络可以通过网络连接在一起，运用协调结构、标注、协议及数据库，形成一个在时空上交互耦合的虚拟环境。分布式虚拟的交互仿真已经介绍了DIS，人类白细胞抗原等很多互动标准，所以目前已经成为国际研究的热点。网络分布式虚拟现实技术在太空中是非常有用的，例如，国际空间站的成员国分布在世界上的不同地区，但是虚拟技术培训环境却不需要重建，这不仅节约了开发成本，还减少了人才出差费用和外出引起的生活不便。

附录

外文翻译如下：