【文章內(nèi)容簡介】 擬對象的材料與物理信息表示、虛擬對象的運動和行為模型；增強現(xiàn)實與人機交互機制，主要研究虛擬物體與真實環(huán)境的虛實融合、用戶與增強現(xiàn)實場景的交互、人機交互技術(shù)與裝置設(shè)備研制；虛擬現(xiàn)實的平臺工具與系統(tǒng)，主要研究支持虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究與開發(fā)的平臺工具、虛擬現(xiàn)實實驗裝置、特定領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實與可視化仿真聯(lián)合實驗室已有如數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套等虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備以及三維圖形引擎等相應(yīng)的軟件。但該實驗室的相關(guān)研究成果的影響力和展示度還不足，以致研究成果不明顯。信息學(xué)院在電子學(xué)、控制學(xué)、人工智能、計算機圖像和檢測等學(xué)科上有著較好的研究基礎(chǔ)，在VR技術(shù)的部分研究領(lǐng)域已開展了相關(guān)研究，并具有了一定的條件。院長吳斌教授、張紅英副教授和方艷紅領(lǐng)導(dǎo)的項目組現(xiàn)正針對在虛擬手術(shù)仿真訓(xùn)練、手術(shù)診斷等醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，為解決人體組織器官受力后形變與力的復(fù)雜關(guān)系、物體的實時形變和力反饋計算等研究和實際應(yīng)用的難題，開展虛擬現(xiàn)實中柔性體的力觸覺交互研究。目前具備的研究基礎(chǔ)和實驗條件如下：（1）在醫(yī)學(xué)圖像處理方面，具備一定的CT圖像處理基礎(chǔ)，包括CT圖像的去噪、組織分割、三維重建等；（2）在虛擬柔形體力觸覺控制方面，提出優(yōu)化的柔性體碰撞檢測、物體形變及反饋力計算方法，并具備一定的應(yīng)用驗證；（3）在虛擬柔性體力交互實驗平臺搭建方面，已利用目前最新的虛擬環(huán)境渲染軟件Vizard搭建虛擬力觸覺交互平臺，并基于SensablePHANTOM174。 Desktop?力反饋設(shè)備實現(xiàn)操作者與虛擬柔性體的力交互；（4）目前項目組具備的實驗設(shè)備有：DELL圖形工作站1臺、SensablePHANTOM174。 Desktop?力反饋設(shè)備1臺、5DT數(shù)據(jù)手套一只及相應(yīng)的位置跟蹤器1臺。該項目組與計算機學(xué)院于亞東副教授帶領(lǐng)的虛擬現(xiàn)實研究團隊有著密切的科研合作，已合作取得了部分的研究成果。黃玉清教授、劉桂華教授、梁艷陽和胡天鏈等老師帶領(lǐng)的項目組已開展了VR技術(shù)與機器人技術(shù)結(jié)合的相關(guān)研究工作。主要研究方向是遙操作機器人系統(tǒng)（亦稱臨場感遙控作業(yè)系統(tǒng)）。遙操作機器人系統(tǒng)工作在交互方式下的遙控作業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展是在復(fù)雜或非確定環(huán)境下完成作業(yè)任務(wù)的一種實用手段。它由操作者、遙操作機器人、計算機生成的虛擬環(huán)境和交互界面構(gòu)成。系統(tǒng)通過基于多傳感器和虛擬環(huán)境的人機交互界面,把遠(yuǎn)地工作現(xiàn)場的信息反饋給操作者。操作者作為控制回路的一部分，以自主或半自主的方式控制遙操作機器人的作業(yè)。以上老師帶領(lǐng)的項目組所研制的遙操作機器人系統(tǒng)主要用于一些對人體和健康存在一定的危險性和危害性的環(huán)境場合，個別系統(tǒng)已有了實際的工程應(yīng)用，取得了較好的作業(yè)效果。劉先勇教授、李曉霞副教授、劉恒、蔡波等帶領(lǐng)的項目組基于計算機圖像處理方面的研究基礎(chǔ)，在圖像處理、運動目標(biāo)檢測和跟蹤、圖像理解、機器視覺等方面已有一定的研究成果，有望在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為VR中的交互技術(shù)進行應(yīng)用。制造學(xué)院對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，偏重于機構(gòu)的動力學(xué)仿真、虛擬設(shè)計等方面。對采用VR技術(shù)的機械設(shè)計和CAD/CAE/CAM領(lǐng)域方面的專業(yè)化工具具有較好的應(yīng)用基礎(chǔ)，如機械產(chǎn)品的虛擬制造和虛擬裝配等。制造學(xué)院計劃基于VR技術(shù)建設(shè)“虛擬制造實驗室”，將其定位于多功能綜合性實驗教學(xué)與社會服務(wù)，從“虛擬制造”，“虛擬生產(chǎn)”，“虛擬企業(yè)”開展產(chǎn)品全過程的虛擬制造技術(shù)及其集成的虛擬制造環(huán)境的研究，包括產(chǎn)品全信息模型、支持各層次虛擬制造的技術(shù)并開發(fā)相應(yīng)的支撐平臺、以及支持三個平臺及其集成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)。希望在虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面幫助改進企業(yè)的組織管理工作。制造學(xué)院目前有SensablePHANTOM174。 Desktop?力反饋設(shè)備1臺，無其它的虛擬現(xiàn)實設(shè)備。環(huán)資學(xué)院對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用需求是進行數(shù)字化校園三維場景系統(tǒng)建設(shè)，計劃運用Web地理信息技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實與360度全景等技術(shù)，構(gòu)建西南科技大學(xué)數(shù)字校園，通過二維、三維與真實再現(xiàn)技術(shù)的結(jié)合，宣傳校園文化，展現(xiàn)校園風(fēng)貌，重點突出學(xué)科建設(shè)過程中成績和特色。環(huán)資學(xué)院目前尚無專業(yè)的三維GIS與虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件和相關(guān)硬件設(shè)備。土木學(xué)院對虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有著強烈的應(yīng)用需求，已向?qū)W校提交了建設(shè)“城市規(guī)劃與建筑虛擬現(xiàn)實仿真實驗室”的項目建議書，該實驗室定位于多功能綜合性實驗教學(xué)與社會服務(wù)，是一套集教學(xué)、科研、演示匯報功能于一體，以沉浸式顯示和實時交互為主要功能的虛擬現(xiàn)實實驗室環(huán)境與新一代數(shù)字媒體科技創(chuàng)新平臺。并希望在為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展服務(wù)方面，一是可以大大提升設(shè)計服務(wù)的水平和質(zhì)量，拓展服務(wù)領(lǐng)域，強化競爭力；二是為社會提供高度參與的、體驗式、交互式環(huán)境，對于各類觀摩、會議、展示、研討等活動具有重要價值。五、虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺的技術(shù)前沿及相關(guān)設(shè)備和軟件VR技術(shù)的未來研究將遵循“低成本、高性能”這一主線，從軟件、硬件上分別展開，有以下幾個主要發(fā)展方向：（1）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。虛擬環(huán)境的建立是VR技術(shù)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。（2）實時三維圖形生成和顯示技術(shù)。三維圖形的生成技術(shù)已較成熟，而關(guān)鍵是如何“實時生成”。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內(nèi)容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需要，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。（3）新型交互設(shè)備的研制。虛擬現(xiàn)實能讓參與者用人類自然的技能與感知能力與虛擬世界中的對象進行交互作用，使之身臨其境，借助的輸入輸出設(shè)備主要有：頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優(yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研究的重要方向。（4）智能化的語音虛擬現(xiàn)實建模。VR建模是一個比較繁復(fù)的過程，它的建立需要開發(fā)人員花費大量的時間和精力。為了解決這個問題，可以考慮將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語音識別技術(shù)結(jié)合起來。任何模型都包含有模型的概念、模型的描述、模型的功能約束條件、模型的空間和模型的多種形態(tài)等基本特征說明。這些信息若用計算機語言來編寫說明有時會顯得不很方便甚至無法表達清楚，而且工作量也非常大。而人類的語言可以容易地描述任何簡單或復(fù)雜的事物，因此，利用語音識別技術(shù)將人類對模型的屬性、方法和一般特點的描述轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利用計算機的圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進行設(shè)計、導(dǎo)航和評價，即將基本模型用對象表示出來，并符合邏輯地將各種基本模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來，最后形成系統(tǒng)模型，在各種模型形成后進行評價并給出結(jié)果，最后由人直接通過語言來進行編輯和確認(rèn)。（5）大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實（Distributed Virtual Reality，DVR）的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)分布式VR將分布于多個地點的VR系統(tǒng)或仿真器通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來，采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬／合成環(huán)境，參與者可自由地進行交互作用。目前，分布式虛擬交互仿真已成為國際上的研究熱點，是今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著眾多DVR開發(fā)工具及其系統(tǒng)的出現(xiàn)，DVR本身的應(yīng)用也滲透到各行各業(yè)，包括醫(yī)療、工程、訓(xùn)練與教學(xué)以及協(xié)同設(shè)計。相繼推出了DIS（Distibuted Interactive Simulation，分布式交互仿真）、HLA（High Level Architecture，高層仿真體系結(jié)構(gòu)）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分布式VR在航天中極具應(yīng)用價值，例如，國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域，分布式VR訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費設(shè)備費用，而且也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。VR系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括場景顯示設(shè)備、力/觸覺交互設(shè)備、跟蹤定位設(shè)備和行走交互設(shè)備等。近年來，以上設(shè)備發(fā)展迅速，目前已經(jīng)形成了一個非常大的消費市場。，銷售包括3D立體顯示器、立體投影機、數(shù)字頭盔、位置追蹤器、眼動儀、多點觸控、數(shù)據(jù)手套、力反饋設(shè)備等近萬種VR產(chǎn)品，并且每月會出一期產(chǎn)品目錄大全。利用該產(chǎn)品目錄可以全面了解市面出售的各種VR硬件交互設(shè)備及其價格。VR系統(tǒng)開發(fā)工具種類繁多，有的支持VR應(yīng)用系統(tǒng)不同組成模塊的開發(fā)，有的支持特定領(lǐng)域VR應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。國內(nèi)和國外都提供有相關(guān)的VR設(shè)計軟件產(chǎn)品。Open GL是通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)和繪制庫，可以直接操作圖形硬件，提供三維圖形繪制的底層基礎(chǔ)API，在其基礎(chǔ)上開發(fā)有很多種圖形引擎，冥想實時VR應(yīng)用聽完整的軟件開發(fā)支持；WorldToolKit(WTK)就是基于OpenGL的三維圖形引擎，提供了完整的三維虛擬環(huán)境開發(fā)平臺；Vega也是基于OpenGL的三維繪制引擎，主要應(yīng)用于實時視覺模擬；OpenInventor是面向?qū)ο蠛徒换ナ降膶I(yè)3D圖形開發(fā)工具包；OpenGVS用于場景圖形的實時開發(fā)；EON是實時視覺效果與物理機制以及真實的人體動作有機結(jié)合體；VRML和X3D常用于基于Internet的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實；AVS/Express涉及工程分析、航空航天、遙感和國防等領(lǐng)域；STK用于航天和衛(wèi)星的虛擬仿真；STAGEScenario是作戰(zhàn)指揮等高度靈活開放的開發(fā)平臺；CG2VTree是基于便攜平臺的圖象開發(fā)包；VRAX和NavMode的沉浸感做得比較