虚拟现实技术及其在科技馆中的应用简介

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1、虚拟现实技术简介及其在科技馆中的应用虚拟现实技术概念虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异，虚拟现实不仅可以模拟现实的世界，更重要的是它将过计算机虚拟出我们梦想中的天堂，人们将有广阔的虚拟空间，在其间娱乐生活！虚拟现实最重要也是最诱人之处是其实时性和交互性。虚拟现实技术将给人们带来全新的视野，我们可以想象，在一个更绚丽多彩的虚拟的三维场景中，一些数字化的有着真正三维身体的"人"在其间交谈工作。目前国内科技馆的信息化展厅基本上都设置了一些虚拟现实的展品，还有的科技馆干脆就设置虚拟主题展厅。那么什么是虚

2、拟现实？“虚拟现实”是1989年美国的J．Lanier（后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长）提出的，又称幻境或灵境技术，国外与虚拟现实同类的术语，还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。所谓“虚拟现实”，是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察，简单的说，VR技术就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视听触嗅等手段所感受到的虚拟幻境，。这一定义强调的是：逼真的感觉、自然的交互、个人的视点及迅速的响应。虚拟现实具有以下三个方面的含义：

3、首先VR是通过计算机生成一个非常逼真的足以“迷惑”我们人类视觉的虚幻的世界。这种“迷惑”是多方面的，我们不仅可以看到而且可以听到、触到及嗅到这个虚拟世界中所发生的一切。这种感觉是如此的真实，以至于我们能全方位地浸没在这个虚幻的世界中，这就是VR的首要功能，即浸没感（Immersion）或临场参与感。如沉浸式影院和4D影院就是这种技术的代表之作。其次，虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而是一个开放的环境，它可以对使用者的输入（如手势，语言命令）作出响应，用户可以使用一个鼠标、游戏杆或其它跟踪器就可以操纵航天飞机，可以漫游原子世界，你

4、一推操纵杆，就可以在地核里面漫游，你甚至可以用虚拟的手感触到虚拟物体存在，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响，这是VR的第二个特征，即交互性（Interaction）。这一特征主要体现在目前科技馆常设的一些虚拟展品，如虚拟排球，虚拟滑雪，虚拟飞行等。虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件，它以夸大的形式反映了设计者的思想，比如当在盖一座现代化的大厦之前，你首先要做的事是对这座大厦的结构做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂。正如这些图纸反映

5、的是设计者的构思，虚拟现实同样反映的是某个设计者的思想，只不过它的功能远比那些呆板的图纸生动。强大的多，所以国外有些学者称VR为放大人们心灵的工具，或人工现实（artificialreality），这是VR所具有的第三类特征，即思想性（Imagation），如虚拟设计，小小设计师等展品就是提供观众实现自己梦想的代表展品。综上所述，虚拟现实是人们可以通过视听触等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。虚拟现实技术特征VR技术带来了人机交互的新概念，带给用户的是强烈的真实感和临场感的体验，那么，这种沉浸式交互环境的实现依托哪些关键技术呢？总的来说，实物虚化、虚物实化和高

6、性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射,主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它具体基于以下几种技术。（1）基本模型构建技术：它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的3D虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同，或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）等等。（2）空间跟踪技术：主要是

7、通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。（3）声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。（4）视觉跟踪与视点感应技术：使用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的