虚拟现实技术调查研究报告

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1、虚拟现实技术调研报告1.概述1.1虚拟现实技术简介虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受。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、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。1.2国内

2、外发展状况虚拟现实技术在美国的研究现状。美国是虚拟现实技术的发源地，对于虚拟现实技术的研究最早是在20世纪40年代。到了现在，已经建立了空间站、航空、卫星维护的VR训练系统，也建立了可供全国使用的VR教育系统；乔治梅森大学研制出了一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统；波音公司利用了虚拟现实技术在真实的环境上叠加了虚拟环境，让工件的加工过程得到有效的简化。传感器技术和图形图像处理技术是上述虚拟现实项目的主要技术，从目前来看，时间的实时性和空间的动态性是虚拟现实技术的主要焦点。我国对于虚拟现实技术

3、的研究和国外一些发达国家还存在相当大的一段距离，但随着计算机系统工程以及计算机图形学等技术的发展速度越来越快，国内许多高校和研究机构也都在积极的进行虚拟现实技术的研究以及应用，并取得了不错的成果：北京航空航天大学建立了一种分布式虚拟环境，可以提供虚拟现实演示环境、实施三维动态数据库、用于飞行员训练的虚拟现实系统以及虚拟现实应用系统的开发平台等等，并对虚拟环境中物体物理特性的表示和处理着重进行了研究，并在虚拟显示的视觉接口硬件方面进行开发，并提出了相关的算法和实现方法。清华大学国家光盘程研究中心采

4、用了QuickTime技术实现了大全景VR制布达拉宫；哈尔品工业大学计算机系成功解决了表情和唇动合成的技术问题等。...2.虚拟现实技术的原理与关键技术2.1虚拟现实技术原理（1）显示原理：由于人们的两只眼睛的位置不同，人在看周围的事物得到的图像也略有不同，这些图像在人脑中融合就形成了一个周围事物的整体景象，这个景象也包括距离远近的信息。根据这一原理，在VR系统中采用了双目立体视觉特点，系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧

5、之间的不同也就是视差就产生了立体感。（2）声音原理：在水平方向上，人们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。（3）感觉反馈原理：在一个VR系统中，人可以看到一个杯子，可以设法去抓住它，但无法有抓杯子的感觉，只会穿过杯子表面。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装

6、一些可以振动的触点来模拟触觉。（4）语音原理：在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。下图2.1所示的虚拟现实技术原理图，人在物理交互空间通过传感器集成等设备与由计算机硬件和VR引擎产生的虚拟环

7、境交互。交互计算机硬件+VR引擎渲染显示物理交互空间传感器、设备传感器集成实例图2.1虚拟现实技术原理图...2.2虚拟现实技术的关键技术虚拟现实技术的基本特征包括3个最突出的特征：交互性、沉浸性和想象性。它是由美国科学家BurdeaG.和PhilippeCoiffet在1993年世界电子年会上提出的。基于VR虚拟现实的沉浸性、交互性的特点,以及网络传输速率的制约，如何实时逼真的动态环境是虚拟现实系统能否实现的保证。以下介绍的技术正确实施是虚拟现实系统设计实现的关键技术。（1）VR渲染技术。典型

8、的渲染技术是Nvidia推出了MRS多重分辨率着色渲染技术，采用将整体渲染画面分区域模式，按照从中央到两边采用不同的分辨率方法，降低GPU渲染压力。国内某公司研发的焦点渲染（Foveatedrendering）技术，主要针对多重分辨率着色渲染技术渲染区域划分较为粗糙，采用眼球追踪技术使之精细化。（2）VR屏显技术。VR显示屏幕主要包括OLED、LCD两种类型，其中OLED采用有源阵列有机发光能够做到低余晖，不过在每个像素间存在分割网格的问题；LCD采用背投光源显示，每个像素都被动发光，相对较为容