简谈虚拟混合现实的应用

简谈虚拟混合现实的应用

摘要：虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中，综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、显示技术等多种学科技术，从而使用户亲身体验沉浸虚拟空间中的感受。

关键词：计算机科学与技术仿真技术增强现实

文化创新产业

引言

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机

接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。

虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

“3I”特性，沉浸“(Immersion)”“交互(Interaction)”“想象(Imagination)”。

1.虚拟现实技术与数据管理技术融合

虚拟现实技术可以帮助我们对现实世界进行数字化模拟和呈现,在数字博物馆的景观复原、馆藏文物三维展示等领域都有着广泛的应用前景,而虚拟现实技术与数据管理技术的融合则为数字博物馆的建设带来了新的思路。

杭州工艺美术博物馆虚拟博物馆三维展厅根据浏览和藏品知识点信息浏览的需求,融合虚拟现实技术与数据管理技术设计并实现了数字博物馆系统。该系统基于Unity3D开发平台搭建,根据杭州工艺美术博物馆虚拟博物馆藏品信息可视化需求分别设计实现了相应的三维虚拟现实组件,结合已有的数据管理平台实现了虚拟博物馆的数据发布与资源管理,最终通过Web3D客户端技术实现了用户通过浏览器高速、便捷地浏览虚拟三维博物馆与馆藏文物的功能需求。

2.虚拟现实的图形生成技术

虚拟现实是一种高度逼真的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面。图形生成是虚拟现实技术的重要瓶颈。虚拟现实技术作为一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面技术,具有两个基本特征,即交互和身临其境。其中,身临其境特征要求计算机所创建的三维虚拟环境看起来、听起来和感觉起来是真的。无疑,使用户对虚拟环境产生犹如身临其境的可行性技术的应用是虚拟现实走向成功的必要条件。这其中包括先进的交互、视频等技术的发展和应用。而对于虚拟现实的虚拟环境而言,实时动态的图形视觉效果是产生现实感觉的首要条件,舍此便无“现实”可言。因而图形快速生成技术便成为虚拟现实的关键技术。

3.虚拟现实和声音合成与空间化技术

在虚拟现实和分布交互仿真应用中，为增加参与者或观察者的沉浸感，生成多维的感官信息（如视觉、听觉、触觉以及动感等信息）更能符合人的生理和心理感知。论述虚拟环境中的声音渲染技术，首先从声音的传播和人的感知角度，论述了声音渲染的数学模型，然后论述了其研究内容和实现的关键技术，如声音的建模分析、三维空间定位、距离感知、与图象信息的融合以及声音渲染的验证

等，最后给出了用于虚拟座舱的一种声音渲染方案。

听觉信息的作用一方面为实时生成的视景伴音, 产生视觉和听觉的叠加效应, 达到声像融合, 另一方面三维声音信息可补充由于视野所限、视景未显示到的信息, 使人可监控、识别来自任何方位的信息, 不仅仅是视野内的方位信息。由于声音渲染技术可生成具有环境特性的、任意方位的各种声源, 具有灵活和动态性, 可在虚拟现实和分布交互仿真中得到应用。

声音的建模—>声音的定位和空间化—>声音的距离感—>声源的瞬态和运动附属特性—>多种声音的叠加(混响)—>声音与图像的同步与融合机理—>声音的听点切换—>扬声器阵列重发声音—>声音仿真的验证

4.虚拟现实结合模式识别技术

表面肌电信号作为一种重要的生物电信号,已被广泛应用于生物反馈、康复工程、仿生学和运动医学中。近年来,随着人机交互技术的发展,手势识别成为其中一项关键技术,基于动作SEMG信号的手势识别技术作为一个研究热点,被开发为人机交互的控制信号,广泛用于机器人、虚拟现实、三维设计、计算机视觉、医学研究、手语理解等领域中。

虚拟现实通常是指头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境，人们通过这些设施以自然的技能、听觉及触觉等多种感官的反馈。现阶段，虚拟现实技术已不仅仅是那些戴着头盔显示器和传感手套的技术，而且还应包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操纵的空间。它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，能够达到或部分达到这样目标的系统就称为虚拟现实系统。

结束语：

自21世纪，虚拟现实技术在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，包括Oculus公司在内。在Oculus内部，也对虚拟现实技术现在面对的问题进行了讨论，并且不断的在寻找解决方法。虽然所有问题最终都会找到答案，但是都不太可能在一夜之间全部解决。

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比较大的技术局限性，而一些问题到现在仍然还没有很好的解决办法。如没有真正进入虚拟世界的方法、如何“输入”、缺乏统一的标准、容易让人感到疲劳、佩戴起来非常笨重并且不自然等等。虽然虚拟现实技术现在看起来还非常初级，但是终有一天它将成为我们与计算机交互方式最大的一种转型，改变人们与科技之间的关系。虚拟现实技术未来最终将让我们与虚拟世界之间，更加自然的交互。

参考文献：

[1] 任国栋等《虚拟现实技术与数据管理技术融合的数字博物馆》[J].

虚拟博物馆WedD信息可视化2013年03期

[2]刘学慧等《中国图象图形学报》[J], 虚拟现实图形生成图形加速

1997年04期

[3] 黄心渊等《基于空间多点信息采集的虚拟现实人景合成关键技术研究》[R]虚拟现实声音渲染声音空间化分布交互仿真1999年5月