前沿技術(shù)講座課程論文-虛擬現(xiàn)實技術(shù)29-wenkub
2023-07-09 20:39:08 本頁面
【正文】 用于培訓，在新生產(chǎn)設備投入使用前用虛擬工廠來提高工人的操作水平。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學可視化計算。 VR技術(shù)在歐洲的研究現(xiàn)狀 在歐洲，英國在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面。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。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，目前美國在該領(lǐng)域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。例如當你在設計一座大樓之前，傳統(tǒng)的方法是繪制建筑設計圖紙，無法形象展示建筑物更多的信息，而現(xiàn)在可以采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來進行設計與仿真，非常形象直觀。例如頭的轉(zhuǎn)動后能立即在所顯示的場景中產(chǎn)生相應的變化，并且能得到相應的其它反饋；用手移動虛擬世界的一個物體，物體位置會立即發(fā)生相應的變化。例如，用戶可以用手直接抓取虛擬世界中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺物體的重量，能區(qū)分所拿的東西，并且場景中被抓的物體也立刻隨著手的運動而移動。從理論上來說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應該具有一切人在現(xiàn)實生活中所具有的所有感知功能。2. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性1. 沉浸性沉浸性（Immersion）又稱浸入性，是指用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界之中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬現(xiàn)實的含義即這個世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實的，是由計算機生成的，存在于計算機內(nèi)部的世界；“現(xiàn)實”的含義是真實的世界或現(xiàn)實的環(huán)境，把兩者合并起來就稱為虛擬現(xiàn)實，也就是說采用計算機等設備，并通過各種技術(shù)手段創(chuàng)建出一個新的環(huán)境，讓人感覺到就如同處在真實的客觀世界一樣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用前景十分廣闊。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征就是讓用戶覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，使用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，沉浸與虛擬世界之中，參與虛擬世界的各種活動。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，研究與應用中較為成熟或相對成熟的主要是視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸，有關(guān)味覺等其它的感知技術(shù)正在研究之中，不是很成熟。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性具有以下特點：1) 擬環(huán)境中人的參與與反饋虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中人是一個重要的因素，這是產(chǎn)生一切變化的前提，正是因為有了人的參與和反饋，才會有虛擬環(huán)境中實時交互的各種要求與變化。沒有人機交互的實時性，虛擬環(huán)境就失去看真實感。制作的虛擬現(xiàn)實作品反映的就是某個設計者的思想，只不過它的功能遠比那些呆板的圖紙生動強大的多。 上世紀80年代，美國宇航局(NASA)及美國國防部組織了一系列有關(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Ames實驗室致力于一個叫“虛擬行星探索”(VPE)的實驗計劃。喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。在歐洲來說是領(lǐng)先的。 瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個基于Unix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)。 VR技術(shù)在日本的研究現(xiàn)狀 在東京技術(shù)學院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公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用代用手來處理CAD中的三維形體模型。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)實的研究和應用并取得了一些不錯的研究成果。但虛擬環(huán)境的建模技術(shù)與其它一般圖形建模技術(shù)不同，主要表現(xiàn)在：虛擬環(huán)境中往往需要很多物體，所以需要建造大量完全不同類型的物體模型；虛擬環(huán)境中的物體有些有自己的行為，而一般圖形建模技術(shù)中的物體只是靜止或一些簡單是運動；虛擬環(huán)境中的物體必須有良好的操作性，當用戶對物體進行操作時，可以物體必須以適當?shù)姆绞阶鞒龇从?。基于幾何的建模技術(shù)主要對象是對物體幾何信息的表示與處理，它涉及幾何信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)造的表示與操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模方法。幾何建模通常有以下幾種：1) 利用相關(guān)程序語言來進行建模。如AutoCAD、3DMAX、SoftImage、Pro/E等，但是這類軟件的一個問題是并非完全為虛擬現(xiàn)實技術(shù)所設計，所以在使用時必須要通過適當?shù)奶幚?。自相似的典型例子是樹：若不考慮樹葉的區(qū)別，當我們靠近樹梢時，樹的樹梢看起來也像一棵大樹。這種結(jié)構(gòu)上的自相似稱為統(tǒng)計意義上的自相似。其優(yōu)點是用簡單的操作完成復雜不規(guī)則物體建模，缺點是計算量大，不利于實時性。根據(jù)這個可以產(chǎn)生運動進化的畫面，從而在虛擬現(xiàn)實中，粒子系統(tǒng)常用于描述火焰、水流、雨雪、旋風、噴泉等現(xiàn)象。行為建模不僅賦予模型外形、質(zhì)感等表現(xiàn)特征，也賦予模型物理屬性和行為反應能力。一般說消除遲滯現(xiàn)象，計算機每秒必須生成1020幀圖像。下面來簡單敘述上述幾種方法:紋理映射是將紋理圖像帖子簡單物體的幾何表面，以近似描述物體表面的紋理細節(jié)，加強真實性。實質(zhì)上，它用二維的平面圖像代替三維模型的局部。關(guān)于真實感實時繪制技術(shù)，具體有以下幾種技術(shù)：1. 基于幾何圖形的實時繪制技術(shù)基于幾何模型的實時動態(tài)顯示技術(shù)2. 基于圖像的實時繪制技術(shù)基于圖像的繪制技術(shù)（Image Based Rendering,IBR）,完全摒棄了傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列已知的圖像中生成未知視角的圖像。既彩色眼鏡法之后，偏振光眼鏡法出現(xiàn)了，目前應用比較多。我們需要思考的是，如何讓她們更便宜融入于我們的生活。在過去15年中，我們對幾百名學習者做過試驗。現(xiàn)在如果我要模仿你們，只能選擇其中一人的動作來模仿，但虛擬現(xiàn)實可以改變這一狀況。這時突然有人按下按鈕，鏡中的形象變成了一名黑人女性，例如非裔美國人。當你的化身是美女時，你在上前與他人交流時會站在一個離對方相對較近的地方。在虛擬現(xiàn)實中，高大的形象也垂手可得，它甚至會影響到你的現(xiàn)實財務狀況。對這種角色的扮演會提升你的同理心。在美國，廁紙通常是不可循環(huán)再利用的。一段時間后，我們對這三組成員進行了后續(xù)追蹤調(diào)查，其中第三組成員的用紙量下降了20%，而其他兩組成員的行為基本沒有改變。建立一個虛擬對象模型所要考慮的一些基本問題有以下幾
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