虚拟现实技术论文

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1、 YUNNAN NORMAL UNIVERSITY虚拟现实技术论文（设计）题目虚拟现实技术学 院旅游与地理科学学院专业测绘工程学号1443206000215班级14 测绘工程姓名 黄兴旺1 .虚拟现实技术的概念与特征 31.1 虚拟现实的概念 31.1.1 关于Virtual的释义31.1.2 关于Reality的释义 31.1.3 我国对 Virtual Reality 的翻译 31.2 虚拟现实技术的定义 41.2.1 狭义虚拟现实技术的定义 41.2.2 广义虚拟现实技术的定义 41.2.3 有关虚拟现实技术的其他定义 51.3 虚拟现实的特征和类型 51.3.1 虚拟现实技术的特征 5

2、1.3.2 虚拟现实技术的类型 52 .虚拟现实技术涉及的关键技术与问题 62.1 虚拟现实技术的关键技术 62.2 虚拟现实技术的几个瓶颈问题 73 .虚拟现实技术的国内外研究现状 83.1 国外虚拟现实技术研究现状 83.1.1 美国83.1.2 欧洲I 93.1.3 亚洲I 93.2 国内虚拟现实技术的研究现状 104 .虚拟现实技术的应用 124.1 虚拟现实技术的应用领域 124.1.1 军事领域124.1.2 医学134.1.3 教育144.1.4 工程领域144.2 虚拟现实技术的应用案例 145 .虚拟现实技术的未来展望 186 .总结 19虚拟现实技术摘要虚拟现实(Virt

3、ual Rea i ty, VR)技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器 技术创造的 一 种 崭新的人 机 交互手段 , 其核 心 是建模与 仿真。概括介 绍 了 虚 拟 现 实 技术的概 念、 特 征及原理 , 涉 及 的 关 键技术 , 研究状况 , 应用 领 域 与 前景展望 .关键字虚拟现实技术，VR,研究现状,相关应用，信息安全1. 虚拟现实技术的概念与特征1.1 虚拟现实的概念1989年，美国 VPA(Virt ual Programming Language)公司的创作者之一 Lanier 首先提出“Virtual Reaity”这个称谓，引发了科学界对这一术语的关注和研究。1

4、.1.1 关于 Virtual 的释义首先从VR这个词上进行分析，Virt ual Rea i ty (VR)中的Virt ual是形容词, Real i t y 是名词， Vi rt ual 是修饰 Real i t y 的。虽然不存在，但效果感觉存在；尽管事实并非如此，但就某些效果而言，也可以感觉是这样的。1.1.2 关于 Reality 的释义Vi rt ual Real i t y 中 Real i t y 为名词， Real i ty 它更为复杂。很多书籍表明， Real i ty 具有实质的状态或者性质，是真实的实际存在着，而不是仅具有表象的事物(或衍生物) 。 Real ity

5、表达的是世界上存在的一切事物。1.1.3 我国对 Virtual Reality 的翻译我过学者和翻译家对Vi rt ual Real i ty 有很多种不同的认识， 译名也有多种多样。有翻译为“虚真实” 、 “临境” 、 “灵境” 、 “电象”的，也有译为“虚拟真实”、 “虚拟镜像”和“虚拟现实”的。随着对Virt ual Real i ty 的认识不断加深入，以及Virt ualRea i ty研究的拓展和研究事业的转换，国内学者根据自己的理解对 Vi rt ual Rea i ty 给予了不同的理解。有人认为世界的现象是现实，但不一定实在。 “实在”在不同的条件和场合下将展开不同的现实，

6、大至虚拟世界，虚拟城市，虚拟企业，虚拟图书馆等；小到虚拟分 子，虚拟细胞等等。1.2 虚拟现实技术的定义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

7、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。1.2.1 狭义虚拟现实技术的定义1990年在美国达拉斯召开的SIGGRAPH际会议上，明确了 VR的上要技术构成，即三维计算机图形生成技术、 多功能传感式交互式接口技术及高分辨率的告诉显示技术。VR技术系统主要包括，（1）输入输出设备，如头盔式显示器、立体耳机、头部跟踪系统以及数字手套； （ 2） 虚拟环境及其软件， 用以描述具体的虚拟环境等动态特性、结构以及交互式规则；（ 3）计算机系统以及图形、声音合成设备等外部设备三个主要部分。1.2.2 广义虚拟现实技术的

8、定义所谓广义VR技术的定义，认为VR技术是对虚拟想象或真实的、多感官的三维虚 拟世界模拟。 换而言之， 是计算机技术所创建的三维环境， 这个环境可以是虚拟想象 的三维环境（三维可视化的） ，也可以是对真实世界的三维模拟，是一个既是物理又是心里的空间，它的本质应该是“人类想象力付诸实施的想象空间” ，是对人所处的自然真实环境的空间特性以及时间特性的一种扩展。VR不仅仅是一种人机接口，更主要的是对虚拟世界内部的模拟。人机交互接口采用VR的方式，对某个特定环境真实再现后， 用户通过自然的方式接受或响应模拟环境的各种感官刺激， 与虚拟世界中 的任何物体进行思想和行为等方面的交流，使用户产生身临其境的感

9、觉。1.2.3 有关虚拟现实技术的其他定义有一些书上表明，VR是一种高端人机接口，包括通过听觉、视觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交换。也有一些我国学者指出，VR技术使体验者通过传感器进入虚拟世界，让体验者发生感触， 沉浸其中。 这个虚拟世界可以说是纯粹虚构空间， 也可以是现实世界的虚 拟再现。1.3 虚拟现实的特征和类型1.3.1 虚拟现实技术的特征虚拟现实 （Virtual Reality） 又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术， 生成三维逼真的虚拟环境， 使用者戴上特殊的头盔、 数 据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入

10、虚拟空间，成为虚拟环境的一员， 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。虚拟现实技术具有以下五个主要特征：（ 1）沉浸性使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境”感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的， 而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用， 就 像真正的客观世界一样。（ 2）交互性是在虚拟环境中，学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中学生是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。（ 3）构想性是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示，提高感性和理性

11、认识，而且要能使学生产生新的构思。（ 4）动作性是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。（ 5）自主性是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。（ .3.2 虚拟现实技术的类型虚拟现实技术按照不同的标准有不同的分类，通常分为以下四类：1、桌面虚拟现实桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真， 将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。 通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互， 这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察 360度范围内的虚拟境界， 并操纵其中的物体， 但这

12、时参与者缺少完全的沉浸，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。 桌面虚拟现实最大特点是缺乏真实的现实体验，但是成本也相对较低，因而，应用比较广泛。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实QuickTime VR虚拟现实造型语言VRML桌面三维虚拟现实、MUD 等。2、沉浸的虚拟现实高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验， 使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、 声音等使得参与者产生一种身临其境、 全心投入和沉浸其中的感觉。 常见的沉浸式系统有：基于

13、头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。3、增强现实性的虚拟现实增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、 仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受， 也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。 典型的实例是战机飞行员的平视显示器， 它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上， 它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。4、分布式虚拟现实如果多个用户通过计算机网络连接在一起， 同时参加一个虚拟空间， 共同体验虚拟经历， 那虚拟现实则提升到了一个更高的境界， 这就是分布式虚拟现实系统。 在分

14、布式虚拟现实系统中， 多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作， 以达到协同工作的目的。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET SIMNE础坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过 SIMNET位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习。2 .虚拟现实技术涉 及 的关键技术与问题2.1 虚拟现实技术的关键技术虚拟现实技术的关键技术主要包括：1、动态环境建模技术，它包括实现环境三维数据获取方法、非接触式视觉建模技术等等。2、实时、现实三维动画技术，即实时三维动画生成技术。3、立体现实和传感技术，它包括头盔式三维立体显示器、数据手套、

15、力觉和触觉 传感器技术的研究。4、快速、高精度的三维跟踪技术5、系统集成技术，包括数据转换技术、语音识别与合成技术等等。2.2 虚拟现实技术的几个瓶颈问题(1)虚拟环境表示的准确性。为使虚拟环境与客观世界相一致，需要对其中种类 繁多、构形复杂的信息做出准确、完备的描述。同时，需要研究高效的建模方法，重 建其演化规律以及虚拟对象之间的各种相互关系与相互作用。(2)虚拟环境感知信息合成的真实性。抽象的信息模型并不能直接为人类所直接 感知，这就需要研究虚拟环境的视觉、听觉、力觉和触觉等感知信息的合成方法，重 点解决合成信息的高保真性和实时性问题，以提高沉浸感。(3)人与虚拟环境交互的自然性。合成的感知信息实时地通过界面传递给用户， 用户根据感知到的信息对虚拟环境中事件和态势做出分析和判断，并以自然方式实现与虚拟环境的交互。这就需要研究基于非精确信息的多通道人机交互模式和个性化的 自然交互技术等，以提高人机交互效率。(4)实时显示问题。尽管理论上讲能够建立起高度逼真的，实时漫游的VR