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虚拟现实技术的国内外研究现状与发展

2015-10-14 15:31| 发布者: dzly| 查看: 1486| 评论: 0|原作者: 杨江涛

摘要: 虚拟现实技术是一项新兴技术,结合了多种技术如多媒体技术、计算及图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技 术以及立体显示技术等等,前景非常的广阔。文章结合了虚拟现实技术国内外的研究现状对虚拟现实技术的发展趋势 进行了分析。
  虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是一种综合了多媒体技术、计算机图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技术以及立体显示技术等多种科学技术综合发展起来的计算机最新技术,综合应用了力学、光学、数学、机构运动学等学科。这种技术的特点就是用模仿的方式给用户创造一种虚拟的环境,通过感知行为如视觉、听觉和触觉等让用户有一种身临其境的感觉,并带有交互作用。现在虚拟现实的发展速度越来越快,内容也扩大了很多。
  1 国外虚拟现实技术研究现状
  (1)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。一开始用于美国军方对宇航员和飞行驾驶员的模拟训练。随着科技和社会的不断发展,虚拟现实技术也逐渐转为民用,集中在用户界面、感知、硬件和后台软件四个方面。20世纪80年代,美国国防部和美国宇航局组织了一系列对于虚拟现实技术的研究,研究成果惊人。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;施乐公司主要将虚拟现实技术用于未来办公室上,设计了一项基于VR 的窗口系统。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。
  (2)虚拟现实技术在欧洲的研究现状。在欧洲,英国在辅助设备设计、分布并行处理和应用研究方面是领先的,在硬件和软件的领域处于领先地位。欧洲其它一些比较发达的国家如德国以及瑞典等也积极进行了虚拟现实技术的研究和应用:德国将虚拟现实技术应用在了对传统产业的改造、产品的演示以及培训三个方面,可以降低成本,吸引客户等等;瑞典的DIVE 分布式虚拟交互环境是一个在不同节点上的多个进程可以在同一个师姐中工作的一直分布式系统。
  2 国内虚拟现实技术研究现状
  我国对于虚拟现实技术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,我国各界人士对于虚拟现实技术也越来越重视,正在积极进行虚拟环境的建立以及虚拟场景模型分布式系统的开发等等。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:北京航空航天大学时国内最早进行虚拟现实技术研究的单位之一,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。
  清华大学国家光盘工程研究中心采用了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。
  3 虚拟现实技术的发展趋势
  (1)动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容,而动态环境建模技术的目的就是对实际环境的三维数据进行获取,从而建立对应的虚拟环境模型,创建出虚拟环境。
  (2)实时三维图形生成和显示技术。在生成三维图形方面,目前的技术已经比较成熟,关键是怎么样才能够做到实时生成,在不对图形的复杂程度和质量造成影响的前提下,如何让刷新频率得到有效的提高是今后重要的研究内容。另外,虚拟现实技术还依赖于传感器技术和立体显示技术的发展,现有的虚拟设备还不能够让系统的需要得到充分的满足,需要开发全新的三维图形生成和显示技术。
  (3)适人化、智能化人机交互设备的研制。虽然手套和头盔等设备能够让沉浸感增强,但在实际使用当中效果并不尽如人意。交互方式使用最自然的视觉、听觉、触觉和自然语言的话,能够让虚拟现实的交互性效果得到有效的提高。
  (4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合当中,对新型的人机交互设备进行一个用,介入计算机中,产生适用于用户的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了要让复杂虚拟环境计算的需求得到满足之外,还需要让协同工作以及分布式仿真等应用对共享虚拟环境的自然需要得到满足。分布式虚拟现实可以看成是一种基于网络的虚拟现实系统,可以让多个用户同时参与,让不同地方的用户进入到同一个虚拟现实环境当中。目前,分布式虚拟现实系统已经成为了全世界的研究热点,我国也由杭州大学、北京航空航天大学、中国科学院软件所、中国科学院计算所以及装甲兵工程学院等单位共同感开发了一个分布虚拟环境基础信息平台,为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要的软硬件基础环境和网络平台。__
    

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