【正文】 提高，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為各國致力研究的熱點之一，在應(yīng)用、學(xué)術(shù)研究及軟件支持等方面取得了顯著的成果。而近些年來，迅速發(fā)展的計算機硬件技術(shù)與不斷改進的計算機軟件系統(tǒng)相匹配，使得人機交互系統(tǒng)的設(shè)計不斷創(chuàng)新。新穎、實用的輸入輸出設(shè)備也不斷進入市場。而這些都為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也逐漸從飛行仿真、戰(zhàn)爭應(yīng)用到教育、科研、娛樂、建筑、醫(yī)療、工業(yè)等各個方面。二、技術(shù)特色一個合格的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，往往擁有以下幾個特色：①沉浸性：這是虛擬現(xiàn)實的核心，指使用戶投入到由計算機生成的虛擬場景中的能力。用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。如果這種感受不明顯，說明這個虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品并不成熟。②交互性：指用戶與虛擬場景中各種對象相互作用的能力，它是人機和諧的關(guān)鍵性因素。一個成熟的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，一定能夠讓用戶真真切切感受得到自己可以影響周圍的環(huán)境，可以按照個人習(xí)慣在虛擬場景中活動。③構(gòu)想性：虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個用戶與終端的接口，更可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。這樣，用戶也將進一步沉浸其中，使得用戶的思維也將隨著虛擬場景拓展延伸。第二節(jié) 虛擬社區(qū)所謂虛擬社區(qū)，就是在虛擬現(xiàn)實的技術(shù)背景下，構(gòu)建出來的，基于網(wǎng)絡(luò)運用的虛擬共享環(huán)境。在虛擬社區(qū)中，一群主要藉由計算機網(wǎng)絡(luò)彼此溝通的人們,他們彼此有某種程度的認識，分享某種程度的知識和信息，進行某種程度上的交流，因此在很大程度上如同對待朋友般彼此關(guān)懷。簡單來說，虛擬的場景+網(wǎng)絡(luò)技術(shù)+用戶，共同構(gòu)建成了虛擬社區(qū)。虛擬社區(qū)來源于現(xiàn)實社區(qū)，虛擬社區(qū)是現(xiàn)實空間在虛擬空間的“投影”。在虛擬社區(qū)中，每個人都擁有充分的話語權(quán)，不同意見相互尊重與互不排斥。通過討論和爭鳴解決問題，消除歧見。這樣一來，民眾易于發(fā)表自己的意見，同時政府也可以方便地實現(xiàn)低廉高效的管理。虛擬社區(qū)是虛擬的，基于網(wǎng)絡(luò)的運用，因此人們之間的交流不受地域的限制，只要你有一臺計算機，一條電話線，就可以和世界上任何地方的人（也具備相應(yīng)硬件條件）暢所欲言了，由此誕生了它最重要的超時空性。其次，在虛擬社區(qū)里，網(wǎng)民用一ID號標識自己，而并非自己的真實姓名，這樣一來，在虛擬社區(qū)中，代表用戶的，僅僅只是一段符號而已，于是便有了匿名性和徹底的符號性。再次，社區(qū)因為無地域性的限制，任何人都可以來，任何人都可以走，若是虛擬社區(qū)用戶量可觀，就必然導(dǎo)致群體流動的頻繁性。最后，自由，平等，民主，自治和共享是虛擬社區(qū)的基本準則。只要你不違反論壇條例，你什么都可以說。由此一來，虛擬社區(qū)開拓了人的思維，也造成了對現(xiàn)有生活方式的沖擊，同時，它也是對現(xiàn)實的社會空間的發(fā)展。第三節(jié) 虛擬人物在任何場景里，人總是焦點。因此人物形象與動作也直接影響著整個虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品的最終效果。所謂虛擬人物，也就是在虛擬場景中代表用戶本身形象的人物角色。這個人物角色可以是男人，可以是女人，也可以是小孩，甚至可以是長相特殊的外星人。因此虛擬人物憑借它的代表性，成為了虛擬場景中的重中之重。與之相關(guān)，虛擬環(huán)境人物動作控制則貫穿了諸多領(lǐng)域，因為在任何場景中，人物的表現(xiàn)力往往與用戶聯(lián)系得最直接，最緊密，也是用戶最能感受得到的東西。從絕大多數(shù)用戶的使用情況來看，用戶進入社區(qū)之后，往往最喜歡擺弄的，就是那個代表用戶本身的虛擬人物。因為在他們心中，虛擬人物就代表了他自己，自然也就成了他最關(guān)心的東西。“我可不可以跳？怎么跳起來？”“我想跟別人打個招呼，怎么才能打招呼？”“我想走到那邊去，該如何走？”等等這些問題，無一不說明著用戶對于虛擬人物的關(guān)切程度。這也是本課題主要研究的內(nèi)容。說到底，其實我們需要做的，就是將虛擬人物的特點發(fā)揮到淋漓盡致，將人物的各種動作與形象結(jié)合起來，通過程序代碼，使之成為可控，并能協(xié)調(diào)地與虛擬場景形成互動，這樣一來，虛擬人物不再是一個死物，它在用戶的控制之下栩栩如生，讓用戶感到仿佛自身已融入了一般。第四節(jié) 虛擬社區(qū)與虛擬人物的關(guān)系如果說把虛擬社區(qū)比作一盤棋，那么虛擬人物就是棋盤上的棋子。在虛擬社區(qū)這個大環(huán)境下，用戶們通過虛擬人物在整個社區(qū)中相互交流、相互影響。不管用戶是進入了虛擬社區(qū)，還是離開了虛擬社區(qū)，虛擬社區(qū)就在那里，不曾改變。沒有了虛擬社區(qū)，虛擬人物也就不存在了。虛擬人物依賴于虛擬社區(qū)平臺，只有在這個平臺上，虛擬人物才能得到應(yīng)有的發(fā)揮，才能暢所欲言，廣交朋友。與之相對，沒有了虛擬人物的虛擬社區(qū)，仿佛是一潭死水，沒有了意義。人們無法向其他人宣稱自己的存在，也無法完成交互。虛擬社區(qū)就因為沒了虛擬人物而失去了用戶，留之何用？因此，虛擬社區(qū)和虛擬人物相互相成，缺一不可，二者共同構(gòu)成了繽紛的虛擬世界！第五節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀就目前來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，包括國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)，主要涉及到三個研究領(lǐng)域：實時的三維視覺效果，對虛擬世界的觀察界面，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)加強各種方面的技術(shù)應(yīng)用。一、在美國的研究現(xiàn)狀美國是虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的發(fā)源地，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以追溯到上世紀40年代。最初的研究應(yīng)用主要集中在美國軍方對飛行駕駛員與宇航員的模擬訓(xùn)練。然而，隨著冷戰(zhàn)后美國軍費的削減，這些技術(shù)逐步轉(zhuǎn)為民用。就目前而言，美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。上世紀80年代，NASA (美國宇航局，National Aeronautics and Space Administration)及USDOD(美國國防部，United States Department of Defense)組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果。美國宇航局里面的Ames實驗室致力于一個叫“虛擬行星探索”(VPE，Virtual Planet Explore)的實驗計劃?，F(xiàn)NASA已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并已經(jīng)建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學(xué)的計算機系是進行VR研究最早最著名的大學(xué)。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。喬治梅森大學(xué)研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。施樂公司研究中心在VR領(lǐng)域主要從事利用VRT建立未來辦公室的研究，并努力設(shè)計一項基于VR使得數(shù)據(jù)存取更容易的窗口系統(tǒng)。波音公司的波音777運輸機采用全無紙化設(shè)計，利用所開發(fā)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將虛擬環(huán)境疊加于真實環(huán)境之上，把虛擬的模板顯示在正在加工的工件上，工人根據(jù)此模板控制待加工尺寸，從而簡化加工過程。就虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身看，圖形圖像處理技術(shù)和傳感器技術(shù)是以上VR項目的主要技術(shù)。而就目前看，空間的動態(tài)性和時間的實時性是這項技術(shù)的重點。 此處引自參考文獻[13]，第7576頁二、在歐洲的研究現(xiàn)狀在歐洲，英國在VR（虛擬現(xiàn)實）開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備(包括觸覺反饋)設(shè)計和應(yīng)用研究方面。在歐洲來說是領(lǐng)先的。英國百時美（Bristol）公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們在軟件和硬件的某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學(xué)可視化計算。而歐洲其它一些較發(fā)達的國家，比如荷蘭、德國、瑞典等也積極進行了VR的研究與應(yīng)用，下面將分別列出：瑞典的DIVE(分布式虛擬交互環(huán)境, Dismounted Infantry in a Virtual Environment)，是一個基于Unix操作系統(tǒng)上的，不同節(jié)點上的多個進程可以在同一世界中工作的異質(zhì)分布式系統(tǒng)。荷蘭海牙TNO（荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織, The Netherlands Organization）研究所的物理電子實驗室(TNOPEL)開發(fā)的訓(xùn)練和模擬系統(tǒng)，通過改進人機界面來改善現(xiàn)有模擬系統(tǒng)，以使用戶完全介入模擬環(huán)境，致力于沉浸。德國在VR的應(yīng)用方面就取得了出乎意料的成果。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面，一是用于產(chǎn)品設(shè)計、降低成本，以減少新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險；二是產(chǎn)品演示，吸引客戶用以爭取定單；三是用于培訓(xùn)，在新生產(chǎn)設(shè)備投入使用前用虛擬工廠培訓(xùn)來提高工人的認知水平和操作水平。如此三項，均與國家經(jīng)濟緊密結(jié)合。2008年10月2729日，在法國舉行的ACM協(xié)會（美國計算機協(xié)會，Association for Computing Machinery，創(chuàng)立于1947年，是世界上第一個科學(xué)性及教育性計算機學(xué)會）關(guān)于SymposiumonVirtualRealitySoftwareandTechnoogy的大會，整體上促進了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的深入發(fā)展。三、在日本的研究現(xiàn)狀日本虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展在世界相關(guān)領(lǐng)域的研究中同樣具有不可替代的作用。它在建立大規(guī)模VR知識庫和虛擬現(xiàn)實游戲方面作出了許多突出成就。在東京技術(shù)學(xué)院的“精密和智能”實驗室研究了一個用于建立三維模型的人性化界面，稱為SpmAR。NEC（日本電氣股份有限公司，Nippon Electric Company）公司則開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用代用手來處理CAD（計算機輔助設(shè)計，ComputerAided Design）中的三維形體模型。其用法主要是通過數(shù)據(jù)手套把對模型的處理與操作者的手聯(lián)系起來；日本國際工業(yè)和商業(yè)部產(chǎn)品科學(xué)研究院乃是開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置；東京大學(xué)高級科學(xué)研究中心的研究重點則主要集中在遠程控制方面。而他們最近的研究項目是能夠讓用戶控制遠程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機械人手臂的主從系統(tǒng)；東京大學(xué)廣瀨研究室則是重點研究的虛擬現(xiàn)實的可視化問題。他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)，用于克服當前顯示和交互作用技術(shù)的局限性；日本奈良尖端技術(shù)研究生院大學(xué)教授“千原國宏”領(lǐng)導(dǎo)的研究小組于2004年開發(fā)出一種嗅覺模擬器：只需把虛擬空間里的水果放到鼻尖上一聞，裝置就會在鼻尖處放出對應(yīng)的水果香味，這便是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在嗅覺研究領(lǐng)域的一項重大突破！四、在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀而在我國，虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究和一些發(fā)達國家相比還有很大的一段距離。隨著計算機圖形學(xué)、計算機系統(tǒng)工程等技術(shù)行業(yè)的興起和的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也已得到了相當?shù)闹匾?，引起我國各界人士的熱烈興趣和廣泛關(guān)注。研究與應(yīng)用VR，建立虛擬環(huán)境、虛擬場景模型分布式VR系統(tǒng)的開發(fā)正朝著深度和廣度大跨步地發(fā)展。國家科委國防科工委部已將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究列為重點攻關(guān)項目，國內(nèi)許多研究機構(gòu)和高校也都在進行虛擬現(xiàn)實的研究和應(yīng)用，并取得了很多不錯的研究成果。北京航空航天大學(xué)計算機系乃是國內(nèi)最早進行VR研究、最有權(quán)威的單位之一。其虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)的研究室集成了分布式虛擬環(huán)境，用于提供實時的三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境等。也同樣用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等，并取得了突出進展：著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面也開發(fā)出部分硬件，并提出相關(guān)算法以及實現(xiàn)步驟。而另一方面，清華大學(xué)國家光盤工程研究中心所作的“布達拉宮”，則采用了QuickTime技術(shù)，實現(xiàn)大全景VR制。在本次畢業(yè)設(shè)計所使用的Unity3D技術(shù)中，也可以支持該技術(shù)；浙江大學(xué)CAD＆CG國家重點實驗室開發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境之實時漫游系統(tǒng)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機系也同樣已經(jīng)成功地合成了人的高級行為中的特定人臉圖像，解決了表情的合成和唇動合成等重大技術(shù)問題，并且正在向研究人說話時手勢和頭勢的動作、語音和語調(diào)的同步進行深入探索。由此觀之，我們完全可以相信未來實現(xiàn)虛擬完全化也將不再是夢想。第二章 關(guān)鍵技術(shù)簡介第一節(jié) 軟硬件平臺簡介開發(fā)硬件方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身其實對硬件要求較高。因為真正意義上的虛擬現(xiàn)實會讓人分不清虛幻與實際。它能從觸覺、嗅覺、味覺、聽覺、視覺五感來全方位欺騙人體的感官系統(tǒng)，如此一來，觸覺就需要傳感器和反作用器，視覺就需要人眼3D成像技術(shù)，聽覺、嗅覺、味覺等也需要相針對的硬件技術(shù)支撐，故而整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)下來，定然對硬件有著較高的要求。但由于本次課題條件有限，技術(shù)水平也相應(yīng)欠缺，因此只能從視覺和聽覺這兩方入手進行開發(fā)，還請見諒。本次課題對硬件的要求不算高，市場上一般的CPU就能滿足，內(nèi)存只要不低于512M，顯卡只要是獨立顯卡就可以了。如果想要效果好，畫質(zhì)流暢，那么顯卡稍微好點就行。我的配置是：CPU(Genuine Intel174。 2140 @)，內(nèi)存()，顯卡(GeForce 7300GT)。開發(fā)軟件方面，完成本次開發(fā)需要的幾款軟件如下：Unity3D虛擬現(xiàn)實引擎、3D Studio Max、Photoshop、SmartFoxServer。其中Unity3D是一個集合工具，到最后出成品時，就是用它來進行發(fā)布。3D Studio Max則是一個建模工具，負責(zé)虛擬場景和虛擬人物等的建模工作。在3DSMAX里面建好模型后，再導(dǎo)入Unity3D虛擬現(xiàn)實引擎進行后期加工。而Photoshop則是一款著名的圖像編輯工具，它主要負責(zé)貼圖的處理，以及各種UI圖片的提供。它將圖片導(dǎo)出到3DMAX進行模型貼圖，或者將圖片導(dǎo)出到Unity3D虛擬現(xiàn)實引擎進行后期處理。針對于這幾款軟件的具體信息，我們將會在下一節(jié)進行詳細介紹。第二節(jié) 關(guān)鍵技術(shù)軟件相關(guān)介紹一、Unity3D虛擬現(xiàn)實引擎對于Unity3D，相信很多人都還比較陌生。這是一款近年來發(fā)展異常迅猛的虛擬現(xiàn)實軟件，在北美洲已有比較廣泛的普及，而在中國也已漸漸開始風(fēng)靡起來。Unity3D是一個讓你輕松創(chuàng)作的多平臺的游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎，同樣也可用于虛擬現(xiàn)實開發(fā)。 詳細見參考文獻[2]，Unity3D中文實例教程——從零開始，講述了Unity3D的概念Unity3D引擎已經(jīng)超越了原有的UDK、CryTek等游戲引擎受到了全世界的矚目。它支持把涉及3D游戲開發(fā)，AR（增強現(xiàn)實，Augmented Reality）領(lǐng)域、3D Web領(lǐng)域、建筑、時裝、商品宣傳等所有領(lǐng)域中所使用到的軟件在最短的時間內(nèi)開發(fā)成現(xiàn)在的大多數(shù)平臺(如PC, Mac, IPhone, IPad, Android, Wii, PS3,