(VR虚拟现实)虚拟现实技术
8页1、虚拟现实技术韩xx 30xxxxxxxx 工科试验班xxxx Absract:阐述了虚拟现实的定义、重要特征和硬软件基础,研究了虚拟环境的体系结构、组 成模块、实现方法和系统分类方法,探讨了其技术的主要应用领域以及该技术带来的哲学思考. Key words:虚拟现实;体系结构;虚拟制造;哲学思考。 Introduction:虚拟现实(Virtual Reality , VR) ,又称虚拟环境(Virtual Environment , VE) 或灵境,是20 世纪90 年代最重要的成就之一,被称为“放大智慧的工具”,也有人认为“21 世纪的计算机是虚拟现实计算机”. 1 虚拟现实的定义、重要特征和硬软件基础 1. 1 虚拟现实的定义 虚拟现实技术可以定义为对现实世界进行五维时空的仿真,即除了对三维空间和 一维时间仿真外,还包含对自然交互方式的仿真. 它由计算机生成,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境的交互式场景仿真,是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统. 一个完整的虚拟现实系统包含一个逼真的三维虚拟环境和符合人们自然交互习惯的人机交互界面,分布式虚拟现实系统还要包含用于
2、共享信息的人机交互界面. 1. 2 虚拟现实的重要特征 虚拟现实技术是计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等技术综合发展的产物. 它具有以下4个特征: (1) 多感知性(Multisensory) ,所谓多感知性就是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、触觉感知、力觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等. 理想的虚拟现实环境应该包含对人自然交互方式的模拟,能提供给用户以视觉、听觉、触觉、嗅觉甚至味觉等多感通道. (2) 存在感(Presence) ,又称沉浸感( Immersion) ,在虚拟现实的环境中,用户能感到自己成为了一个“发现者和行动者”. 例如,视场中的景物随着人的走动或头部的转动甚至眼球的转动而变动. 理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度. (3) 交互性( Interaction) ,是指用户可以对模拟环境中的物体直接操作,并从环境得到信息或感受. 例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体,这时手要有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量(其实这时手里并没有实物) ,视场中被抓的
3、物体也立刻随着手的移动而移动.(4) 自主性(Autonomy) ,是指虚拟环境中的对象具有依据物理定律动作的能力. 例如,当受到力的推动时,物体会向力的方向移动,或反倒,或从桌面落到地面等1 . 虚拟现实技术是一种为改善人与计算机的交互方式,提高计算机可操作性的人机界面综合技术. 与其它计算机系统相比,虚拟环境可提供实时交互性操作、三维视觉空间和多通道(视觉、听觉、触觉、嗅觉) 的人机界面. 虚拟环境的三维属性和高保真性,使用户从单纯观测计算结果中解脱出来,沉浸到计算机创造的环境中,通过多种传感器和多维信息环境的交互作用,得到感性和理性的认识,从而深化概念并萌生新的创造思维. 1. 3 虚拟现实的硬软件基础 虚拟现实的主要硬件设备包括:高性能计算机;广角(宽视野) 的立体显示设备;观察者(头、眼) 的跟踪设备;人体姿势的跟踪设备;立体声设备;触觉、力反馈;语言输入输出等硬件设备2 . 系统交互性是虚拟现实系统的首要特性. 为了允许人机交互,必须使用特殊的人机接口与外部设备,既要允许用户将信息输入到计算机,也要使计算机能反馈信息给用户. 今天的外部设备在功能和目的上各不相同. 例如,身
4、体运动由3 - D 位置跟踪器跟踪,手势由传感手套数字化,视觉反馈发送给立体显示器,虚拟声音由3 - D 声音生成器计算,观察方向随跟踪球和操作杆改变等. 虚拟环境中采用的软件有四类: (1) 语言类:如C + + 、OpenGL 、VRWL 等. (2) 建模软件类:如AutoCAD、Solid Works、ProPEngineer、I - DEAS、CATIA 等. (3) 应用软件类:指用户自己的各种需求,选择或者开发的自用软件. (4) 通用的商用工具软件包:帮助用户建立虚拟环境的通用和基本的软件,可以使用户显著地加快虚拟现实系统的开发进程. 可用于建立虚拟环境的图形软件包有:WTK、OpenGL 、Java3D、VRML 等. 2 虚拟现实技术的体系结构 2. 1 虚拟环境的系统结构 虚拟环境(Virtual Environment , VE) 是体现了虚拟现实所具备的功能的一种计算机环境. 虚拟环境技术的体系结构可以用图1所示的3-I“三角形”来表示,所谓的“3-I”是:Immersion-Interaction-Imagination(沉浸-交互-构想)。 典型的虚拟现实
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