虚拟现实综述

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1、虚拟现实技术发展及应用摘要：本文首先综述了虚拟现实技术的概念、特征和关键技术，然后分析了虚拟现实技术国内外发展现状，最后着重介绍了虚拟现实在军事、医学、数字展陈等方面的应用。关键词：虚拟现实技术；特征；关键技术；发展现状；应用领域中国分类号：文献标识码：文章编号：0引言虚拟现实技术（VritualReality，VR）是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门新兴的交叉学科，它实时的三维空间表现能力、自然的人机交互式操作环境以及给人带来的身临其境的感受，从根本上改变了人与计算机之间枯燥、

2、生硬和被动的交互现状，为人机交互技术的发展翻开了新的篇章，为智能工程的应用提供了新的界面工具。虚拟现实是多媒体技术发展的更高境界，是这些技术高层次的集成和渗透；它给用户以更逼真的体验，它为人们探索宏观世界和微观世界中由于种种原因不便于直接观察事物以得知运动变化规律的情况下，提供了极大的便利。由于它的诱人前景，一经问世就立即受到人们的高度重视。1虚拟现实的特征【1】虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户创造一个逼真的三维场景，提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，让用户有身临其境的

3、感觉，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。它具有四个突出特征：①交互性（Interactivity）是指用户对虚拟环境中对象的可操作成度和从虚拟环境中得到反馈的自然成度，这种交互主要借助于各种专用设备的产生，从而使用户以自然方式如手势、语言等操作虚拟现实中的对象。②沉浸感（Immersion）VR的沉浸感又临场感，是VR的主要特征，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，即让用户由观察者变为参与者，感觉自己是计算机系统的一部分，并能全身心的沉浸于虚拟现实中。③想象力（Imagination）。VR的想象力是指用户在虚拟世界

4、中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进行想象的能力。④多感知性（Multi-sensation）所谓多感知就是说除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至应该包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种，无论从感知范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。2虚拟现实的关键技术[2]

5、（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。动态建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可采用CAD技术（有规则的环境），而更多的情况则需采用非接触式的视觉模技术，二者有机结合可有效地提高数据获取的效率。（2）实时三维图形生成技术。目前，三维图形的生成技术虽然已比较成熟，但如何“实时生成”仍然是实现虚拟现实技术的重要瓶颈。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15帧／s，最好高于30帧／s。在不降低图形品质和复杂程度的前提下，如何提高刷新频

6、率是该技术的一项重要研究内容。同时计算机图形技术、仿真技术的提高对其发展也会产生重要影响，尤其图形生成的硬件体系结构在虚拟现实的真实感以及图形生成中用于加速的各种有效技术。（3）立体显示和传感器技术。VR是在三维空间中完成人机交流，为了准确及时地获取人的动作信息，需要各类精度高、可靠的三维人机交互设备和传感设备，即VR的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的VR设备还远不能满足系统的需要，例如头盔式三维立体显示器存在过重（15~20Kg）、分辨率低、刷新频率慢、跟踪精度低、视场不够宽、眼睛易疲劳等缺点；同样，数据手套、数据衣等都

7、有延迟大、分辨率低、使用不便等缺点。因此，有必要开发新的三维显示技术。而各种传感器则是有效进行视、听、动等高级人机交互技术的关键。比如人抓取物体时，机器应感应其动作，并对虚拟环境作相应的变化。所以，传感装置的研究以及设备的跟踪精度和跟踪范围都有待进一步深入研究。（4）应用系统开发工具。VR应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可大幅度地提高效率，减轻劳动强度，提高产品品质。为了达到这一目的，必须研究VR的开发工具。例如，VR系统开发平台、分布式VR技术等，这些都直接与计算机技术、多媒体技术的快速发展

8、密切相关。（5）多种系统集成技术。由于VR系统中包含大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。系统集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、模式