虚拟现实技术特点范例(3篇)

虚拟现实技术特点范文

关键词：虚拟现实；研究现况；发展趋势

中图分类号：F061.3文献标识码：A文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02

1虚拟现实

虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(Artifi-cialReality)、“遥在”(Telepresence)、“虚拟环境”(VirtualEnvironment)、“赛博空间”(Cyberspace)等等。

2国外虚拟现实技术研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

2.1VR技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

上世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。

图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。

2.2VR技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。

欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。

瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。

荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO-PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。

德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法国举行的ACMSymposi-umonVirtualRealitySoftwareandTechnoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

2.3VR技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmARNEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。

3国内虚拟现实技术研究现状

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及

实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD＆CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

4虚拟现实技术的发展趋势

随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：

(1)动态环境建模技术。

虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

(2)实时三维图形生成和显示技术。

三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。

5结语

虚拟现实技术特点范文

[关键词]虚拟现实医学应用

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210060-01

一、引言

虚拟现实技术是推进医学信息化的重要手段。当前,国内外已经有许多研究机构和商业公司对虚拟现实技术应用于医学方面展开了广泛的研究和实践,并取得了相当的成果。如何将虚拟现实技术深入引进到医学领域,已成为医学领域共同关注的课题。据统计,世界市场上出现的805个虚拟现实应用系统中,就有49个用于医学。

二、虚拟现实技术概述

(一)虚拟现实技术的概念。虚拟现实(VirtualReality),简称VR,是在计算机基础上发展起来的一种新技术。确切地说,虚拟现实技术是人们通过三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示等技术,生成逼真的虚拟环境,得到一个经过计算机处理、控制的人们看到、听到甚至触摸到,可进行实时交互,感知和操作虚拟世界中的各种对象,从而获得身临其境的感受和体会。

(二)虚拟现实技术的主要特征。VR的主要特征是:多感知性(multi

-sensory)、沉浸感(immersion)、交互(interactivity)、构想性(imagination)。这些特征使操作者能够进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,启发参与者的思维,全方位获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。

三、虚拟现实技术在医学领域的应用

(一)虚拟人体。在虚拟现实技术下,人体的各个部位、功能、行为最终都能够实现模拟。包括人体骨骼模拟、人体动力学的模拟、大脑的结构和功能的模拟、人脸的模拟、器官的模拟、神经的模拟、心脏除颤的有限元模拟等,这些都可以通过虚拟现实技术来完成。

(二)模拟放射诊断和治疗。放射诊断专家可在虚拟环境中使用模拟的三维小器械,为有意义的部位作标记,同时又不会给患者原始数据造成任何影响,以便能更仔细的进行研究,这样更有利于正确的诊断某些疾病。

(三)虚拟外科手术。外科手术仿真器使得外科医生在做一次比较复杂的外科手术之前可以先进行练习,然后将练习的成果应用于实际手术之中。他们可以对各种各样的病历进行演练甚至可以使用根据某个病人的特点而形成的真实计算机三维人体模型,为医生给病人进行成功的手术创造了可能。

(四)医学教学。近年来,多媒体教学异军突起,它把文字、图象、声音、动画和视频等信息集于一体,以新颖的教学手段,活泼生动的表现形式,成为了现代教学方法的主流。随着现代科技的快速发展,虚拟现实技术将成为下一代医学院教学中的主要辅助力量。

(五)医疗可视化。医疗可视化技术是帮助我们理解采集医学试验数据的一个有效手段。虚拟人技术逐渐成为虚拟现实技术的一个重要分支,已经越来越受到人们的重视。对这一前沿性问题的研究已形成新的研究热点。例如:人体是一个复杂的系统。从外观到内部各部分之间,从宏观人体组织到微观的基因,从人的大脑到人的神经系统以及人的思维发展,人类研究一直在不停地探索着。在医学教学中对人体系统、器官以及组织的形成的认识是一个动态的发展过程。利用虚拟现实技术很容易将他们可视,并且生动地展现在我们面前。

(六)心理治疗。虚拟现实技术在心理学领域中的研究通常包括视觉感知心理与生理、听觉感知心理与生理、记忆与认知心理等内容。感觉、知觉、记忆、思维、想象等认识事物的过程中的心理现象一直是心理学研究的重要课题。利用虚拟现实技术制造的视觉、听觉系统可以很好地进行心理学研究。同时虚拟现实技术的发展需要心理学的参与并且可以对其建立一些客观的评判标准。

(七)虚拟实验室。虚拟实验室是在计算机上加上一组软件和相应的硬件,让使用者在操作这台计算机时就像操作一台实验仪器一样。许多医学教育中的实验和临床相关实验都可以在虚拟实验室中进行。虚拟实验室的硬件仅是解决信号的输入和输出,软件才是关键,软件能很方便的改变、增减、改善系统的功能与规模。美国加利福尼亚大学科尔曼实验室开发了EXP软件,就是一个基于VR技术,用于神经生理学虚拟实验的多功能软件。

四、虚拟现实技术对军事医学教学训练的影响

在军事医学教学中,VR技术的更大优势是它和军事仿真模拟结合起来,既能创造出逼真的战场环境、战斗场景以及随着战斗推进过程中虚拟的“指战员”伤亡状态,又可以模拟出野战条件下的战伤救治、运送等。特别是核武器、生物、化学战伤的救治、运送,不仅危险性大,而且救治复杂且难度较大,平时的学习和培训又不易实现。虚拟现实技术使军事医学教学更贴近实战,突出了对学生实战心理的训练,能充分表现出未来战争中的高技术、复杂性等特点,扩大军事医学院校学生的军事医疗体验和战场战伤救治的经验。在这些环境中学员们在操纵虚拟的工具、手术器械时,不仅会感受到压力,而且具有极强的参与性。

保持一支训练有素、装备良好的军队是美军训练的目标。因此,美军特别重视训练,按实战进行训练是美军军事训练的一项基本原则。虚拟现实技术的发展为美军的军事医学训练开辟了崭新的途径。美军若干医学技术领域的专家研究了新兴技术在未来20～30年内对医疗工作的影响,认为有34种技术将影响未来医疗工作,最后确定的13种按得票多少的顺序进行排列,虚拟现实、人工智能等几种技术高居榜首。事实上,早在几年前,随着美军组成21世纪数字化部队计划的实施,以及美国在热点地区部署维和部队所需的遥控医学技术中,虚拟现实技术的实际应用就已经开始崭露头角。在虚拟现实等支撑技术的支持下,美军已开发出高级创伤救治技术模拟训练系统、胸部创伤救治模拟训练系统、天花接种模拟训练系统、VR2Demo精神运动技术训练系统和环甲软骨切开术模拟训练系统。美陆军利用国防部的高级军事演习模拟与可视人体研究室合作,研究人体结构和功能模拟。

五、结束语

虚拟现实技术在医学方面的应用展现出了良好的前景,表现了其良好的应用效果。随着虚拟现实技术的不断发展完善以及医学教育环境的不断变化,硬件设备性价比的不断提高,虚拟技术必将更多的应用于医学领域,虚拟现实技术在医学领域中的作用显得越来越重要,显示出了巨大的优势。因此,我们有理由相信:与网络技术、多媒体技术并驾齐驱的虚拟现实技术,必将具有更加广阔的应用和发展前景。

参考文献:

[1](美)WilliamR.Sherman,(美)AlanB,虚拟现实系统――接口应用与设计,电子工业出版社,2004.11.

虚拟现实技术特点范文篇3

关键词：虚拟现实；室内设计；课程融合

室内设计专业教学具有较强的实践性，除了常规课程教学外，对于学生的专业考察、实践动手、毕业实习等环节来说，因缺乏时效性、针对性，往往制约该学科实践教学质量的提高。虚拟现实技术以现代计算机仿真系统为基础，通过构建虚拟三维图像技术，构建虚拟世界，增强学生对三维虚拟空间环境的视、听、触觉等感官的直接体验，让学生能够沉浸”其中，达到室内设计实践性目标。为此，针对室内设计课程与虚拟现实技术的融合教学，现就其应用思路进行如下归纳。

1虚拟现实技术特点及在室内设计中的应用必要性

虚拟现实技术（Virtual…Reality）最早由美国军方用于研制飞行驾驶模拟训练，因其综合了对人体视觉、触觉、听觉等感官的模拟感知，使其在学习领域更具应用优势。虚拟现实技术通过创建基于真实环境的虚拟空间，其特点表现在四方面。一是多感知性。从虚拟现实技术的应用之初，就是将人类的感知功能作为模拟对象，使其能够具有人具有的综合感知能力。二是沉浸性。虚拟现实技术将计算机生成的虚拟环境，作为逼真的体验空间，为人在虚拟空间中实现看得到、听得到、摸得到、感觉得到的真实体验，从而获得身临其境的感觉。三是交互性。借助用户与虚拟空间的相互作用，在用户体验与虚拟环境之间，形成与真实世界一模一样的互动”体验。

2虚拟现实技术与室内设计课程的融合

2.11+1”融合方式

所谓1+1”融合模式，就是将室内设计课程的常规教学与虚拟现实实践教学进行整合，促进学生理论知识与实践动手环节的有效互补，发挥虚拟现实课程教学的优势。在具体实施过程中，前期重点学习室内设计相关专业课程知识，条件成熟后将拓宽其在虚拟现实实践教学体系中的应用。当然，也可以将个别学科专业知识穿插到常规课程教学中。需要强调的是，在常规课程与虚拟现实实践教学融合时，要从设计思路、实验目标、虚拟环境等方面进行明确，引导学生在虚拟环境中正确、有序地展开各类操作实践，强化虚拟实践教学效果。比如以某居住空间设计教学为例，对于常规课程教学，主要围绕案例设计、小组讨论、引导启发、讲练结合等方法来突出基础知识、理论学习。在虚拟现实教学环节，主要由教师来引导学生设置虚拟实践教学环境，特别是在教学模式上，要发挥现代多媒体技术教学优势，通过案例解析、现场引导示范等方式，让学生了解和熟悉室内设计虚拟实践环境的规划。同时，在虚拟实践教学重点上，要突出对室内设计功能性、经济性、个性化、审美特性的渗透，尤其是在三维仿真环境下进行虚拟化空间设计，要从方案设计的可行性、实效性上进行评价。在能力目标考查上，虚拟现实实践教学更加注重启发学生在虚拟空间设计中的感性与理性设计能力。特别是在居室空间功能区划分上、室内设计施工图绘制上以及室内设计效果图展示等方面，要引导学生挖掘室内居室空间的特征，处理好居室、厨房、餐厅、卧室、卫生间、公共区域以及居室绿化区间的关系。

2.2差异化虚拟现实实践教学融合模式

对于室内设计课程中引入虚拟现实技术，可以从差异化虚拟实践教学模式中突出课程教学内容的差异性。比如在室内景观设计上，利用虚拟现实技术来重点训练学生对室内环境的总体规划与布局；在室内设计居室空间设计上，重点对室内空间进行规则与改造，以及对室内光照效果、家具陈设等环境的营造。因此，针对差异化教学目标，立足室内设计课程教学实际，细化虚拟现实实践教学任务，便于学生从模块化虚拟现实教学体系中，从虚拟”教学中得到真实”的验证，在真实”中不断完善虚拟”实践项目。比如在室内照明设计虚拟现实教学中，其课程重点要放在室内外照度的理解、材料的选择、电气线路的安装、光学原理及合理布局的应用。在能力目标上，要突出学生不同空间照明系统的规范化设计，以及电气线路的科学化设计与安装，能够根据虚拟布光实验，确定光源类型、布光位置以及得到的照明效果展示。因此，差异化虚拟现实实践教学模式，其目标在于结合专业教学方向来制定相应的实践内容，并确定虚拟现实教学任务和考评目标。

2.3定制式虚拟现实实践教学融合模式

从实践教学的初衷来看，学生能够从知识的获取、信息的交互，实践动手中来体验不同的虚拟现实实践教学内容，并启发参与定制设计任务。应该强调的是，对于虚拟现实实践教学环境，本身具有可视化软件与交互性硬件设备。比如每个学生可以配备Oculus…Rift…VR头盔显示器、交互操作计算机硬件系统，通过对虚拟化实践软件环境中各模块的学习，来完成相应的实践教学目标。在定制式虚拟现实实践教学融合模式中，可以通过虚拟教学模型及组件，来构建仿真环境。比如草木花卉、建筑、交通等人工环境。当然，学生也可以根据设计需求，自己定制特定的模型，来参照真实世界进行室内设计规划。以室内居住空间设计为例，在虚拟仿真三维设计环境中，学生不必关注虚拟环境，而是要专注于实践设计，明确室内居室的功能，对相关设计要素进行布局，依托设计方案的合理性、经济性而考查其实效性。

2.4确定虚拟现实实践教学评价机制

虚拟现实技术与室内设计课程的融合，要注重考评机制的完善，特别是对学生初期设计方案的规划，对中期设计思路的检验，对后期设计效果的评价等，都要给予全面评判。由于实践教学环节需要明确具体的设计任务，同样在室内设计虚拟环境设计实践中，也要根据项目设计的可行性进行实践验证，并对存在的问题进行改进、优化和完善，以强化虚拟现实技术的教学实效性。比如在室内家具虚拟设计教学中，通过对室内环境的考察，来分析家具设计的合理性问题，并通过不同家具的选用、组装、布置，来检验家具设计的舒适性，确保家具设计在整个室内空间上的审美体验。

3结语

在室内设计课程教学中融入虚拟现实技术，可以利用计算机仿真环境来模拟真实的室内设计教学训练场景，让学生从技能仿真实训中来感知和体验，激发创造力和实践积极性，增强综合动手实践能力。同时，虚拟现实技术独有的沉浸式、交互性实践环境，便于让学生从多种感知中来展现其创作构想，必将对室内设计实践教学带来深刻的变革。

参考文献：