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1、精品资料推荐大学计算机基础课程小组项目文档课题名称 虚拟现实技术班 级 土木2013-1组 号 组 长 邢国兴小组成员 邢国兴 陈翔 黄振钢2013.12目录虚拟现实技术2一.虚拟现实技术简介与艺术特点21.1 多感知性41.2 临场性41.3 交互性41.4 自主性4二 关键技术51多媒体技术52计算机图形学63并行处理技术74计算机仿真技术85其他的技术需要9三技术应用103.1 医学103.2 娱乐113.3 军事航天113.4 室内设计113.5 房产开发123.6 工业仿真123.7 应急推演133.8 文物古迹153.9 游戏153.10 Web3D163.11 道路桥梁163.1
2、2 地理173.13 教育173.14演播室193.15水文地质1917虚拟现实技术一.虚拟现实技术简介与艺术特点简介虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。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、没有限制地观察三度空间内的事物。人作为参与者通过适当的装置，自然的对虚拟世界进行体验和交互作用.艺术特点“作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在
3、于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。艺术家通过对VR、AR等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的艺术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。如具有VR性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟
4、通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。”1.1 多感知性指除了一般多媒体计算机具有的视觉感知和听觉感知外，还有触觉，力觉，运动感知，甚至包括嗅觉感知和味觉感知等。理想的虚拟现实技术应具有一切人的感知功能。
5、1.2 临场性临场感又称存在感，它是指用户作为主角存在于模拟环境中感觉到的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假，如实现比现实更真实的照明和音响效果等。1.3 交互性指用户对模拟环境内的物体的可操作性程度和从环境得到反馈的自然程度。如用户可以直接抓取虚拟环境中的物体，这时手有握住东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中被抓的物体也会随手的移动而移动。1.4 自主性指虚拟环境中物体依据物理定律运动的程度，如当物体受到力的推动时会向力的方向移动或翻到。二 关键技术虚拟现实技术是一项相当前沿的技术，它呀，综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理
6、技术和多传感器技术。1多媒体技术多媒体是近几年者出现的新生事物，它的出现极大地改变了人们获取信息的传统方法，符合人们在信息时代的阅读方式。1.1、概念：多媒体技术（Multimedia Technology）是利用计算机对文本、图形、图像声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。也就是利用电脑把文字、图形、影像、动画、声音及视频等媒体信息都数位化，并将其整合在一定的交互式界面上，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。1.2、功能与应用意义：通常的计算机应用系统可以处理文字、数据和图形等信息，而多媒体计算机除了处理以上的信息种类以外，还可以综合处理图像、声音、动画、视
7、频等信息，开创了计算机应用的新纪元。多媒体技术应用的意义在于，使计算机可以处理人类生活中最直接、最普遍的信息，从而使得计算机应用领域及功能得到了极大的扩展；使计算机系统的人机交互界面和手段更加友好和方便，非专业人员可以方便地使用和操作计算机。多媒体技术使音像技术、计算机技术和通信技术三大信息处理技术紧密地结合起来，为信息处理技术发展奠定了新的基石。多媒体技术发展已经有多年的历史了，到目前为止声音、视频、图像压缩方面的基础技术已逐步成熟。2计算机图形学计算机图形学是计算机科学的一个分支领域，主要关注数字合成与操作视觉的图形内容。虽然这个词通常被认为是指三维图形，这只是通常而已，实际上，同时包括了
8、二维图形以及图像处理。2.1、概念：计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。2.2、主要研究内容与主要目的：简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦
9、目的真实感图形。为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。给人以视觉上的真实感。3并行处理技术并行处理技术是关键技术中的关键技术。1、概念：并行处理技术主要是以算法为核心，并行语言为描述，软硬件作为实现工具的相互联系而又相互制约的一种结构技术。2、并行处理技术的特点及应用范围：并行处理技术可多条指令并行执行，各指令中的微操作可并行执行，可使多个任务并行处理等，。并行处理技术主要用于加速对大的全3D数据模型的处理能力，可使全3D模拟工作的可适用性得到极大程度地扩展典型的处理器数介于8-12之间，并行处理的加速因子通常与处理器数接近
10、，即8个处理器的加速能力近于原来的8倍。以往需要数天才能完成的处理任务，仅需几小时即可完成。因为并行处理技术能够充分利用机群中所有内存。-并行处理技术还可用于对2D模型进行处理。并行处理技术是解决需要长时间处理，特别是全3D模拟难题极为高效的方案。4计算机仿真技术随着计算机技术的发展，计算机仿真技术得到了蓬勃发展，它使人们在科学研究、生产实践中获得了更好的系统优化性、预测的可靠性和研究的前瞻性，既节约了科研和生产的成本，降低了风险，也拓展了应用的领域。4.1、概念：计算机仿真技术利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术利用计算机科学
11、和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术4.2、计算机仿真技术的特点：.a模型参数可根据要求任意调整、修改和补充。人们可以得到各种可能的仿真效果，为进一步完善研究方案提供了可能。与传统的实物实验相比，具有运行费用低、无风险、方便灵活等优点。b.系统模型求解快速。运用计算机仿真，能够在较短的时间内得出仿真运算的结果，为生产实践提供最及时的指导。c.仿真运算结果可靠、准确。在机器没有故障的前提下，只要系统模型、仿真模型、仿真程序科学合理，那么计算机的运算结果是准确无误的。d.实物、实时仿真直观、逼真。仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特
12、性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。5其他的技术需要图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显示器在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，并带有立体声耳机，可以使人产生强烈的浸没感。其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能，包括数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。三技术应用 3.1 医学VR在医学方面的
13、应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。手术后果预测及改
14、善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如，导管插入动脉的模拟器，可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作；眼睛手术模拟器，根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像，并带有实时的触觉反馈，学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程，并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。还有麻醉虚拟现实系统、口腔手术模拟器等。外科医生在真正动
15、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，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。3.2 娱乐丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的VR游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。作为传输显示
