【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 擬對(duì)象的材料與物理信息表示、虛擬對(duì)象的運(yùn)動(dòng)和行為模型；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互機(jī)制，主要研究虛擬物體與真實(shí)環(huán)境的虛實(shí)融合、用戶與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互、人機(jī)交互技術(shù)與裝置設(shè)備研制；虛擬現(xiàn)實(shí)的平臺(tái)工具與系統(tǒng)，主要研究支持虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的平臺(tái)工具、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置、特定領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)與系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化仿真聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室已有如數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套等虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備以及三維圖形引擎等相應(yīng)的軟件。但該實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)圖像和檢測(cè)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(kāi)展了相關(guān)研究，并具有了一定的條件。院長(zhǎng)吳斌教授、張紅英副教授和方艷紅領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目組現(xiàn)正針對(duì)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(shí)時(shí)形變和力反饋計(jì)算等研究和實(shí)際應(yīng)用的難題，開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)中柔性體的力觸覺(jué)交互研究。目前具備的研究基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)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(jué)控制方面，提出優(yōu)化的柔性體碰撞檢測(cè)、物體形變及反饋力計(jì)算方法，并具備一定的應(yīng)用驗(yàn)證；（3）在虛擬柔性體力交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jué)交互平臺(tái)，并基于SensablePHANTOM174。 Desktop?力反饋設(shè)備實(shí)現(xiàn)操作者與虛擬柔性體的力交互；（4）目前項(xiàng)目組具備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：DELL圖形工作站1臺(tái)、SensablePHANTOM174。 Desktop?力反饋設(shè)備1臺(tái)、5DT數(shù)據(jù)手套一只及相應(yīng)的位置跟蹤器1臺(tái)。該項(xiàng)目組與計(jì)算機(jī)學(xué)院于亞?wèn)|副教授帶領(lǐng)的虛擬現(xiàn)實(shí)研究團(tuán)隊(duì)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(yáng)和胡天鏈等老師帶領(lǐng)的項(xiàng)目組已開(kāi)展了VR技術(shù)與機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)（亦稱臨場(chǎng)感遙控作業(yè)系統(tǒng)）。遙操作機(jī)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(shí)用手段。它由操作者、遙操作機(jī)器人、計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境和交互界面構(gòu)成。系統(tǒng)通過(guò)基于多傳感器和虛擬環(huán)境的人機(jī)交互界面,把遠(yuǎn)地工作現(xiàn)場(chǎng)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(jī)器人的作業(yè)。以上老師帶領(lǐng)的項(xiàng)目組所研制的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)主要用于一些對(duì)人體和健康存在一定的危險(xiǎn)性和危害性的環(huán)境場(chǎng)合，個(gè)別系統(tǒng)已有了實(shí)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(xiàng)目組基于計(jì)算機(jī)圖像處理方面的研究基礎(chǔ)，在圖像處理、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤、圖像理解、機(jī)器視覺(jué)等方面已有一定的研究成果，有望在較短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為VR中的交互技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。制造學(xué)院對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，偏重于機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真、虛擬設(shè)計(jì)等方面。對(duì)采用VR技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械產(chǎn)品的虛擬制造和虛擬裝配等。制造學(xué)院計(jì)劃基于VR技術(shù)建設(shè)“虛擬制造實(shí)驗(yàn)室”，將其定位于多功能綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與社會(huì)服務(wù)，從“虛擬制造”，“虛擬生產(chǎn)”，“虛擬企業(yè)”開(kāi)展產(chǎn)品全過(guò)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(kāi)發(fā)相應(yīng)的支撐平臺(tái)、以及支持三個(gè)平臺(tái)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(shí)制造的相互影響和作用過(guò)程中，可以全面幫助改進(jìn)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(tái)，無(wú)其它的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。環(huán)資學(xué)院對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用需求是進(jìn)行數(shù)字化校園三維場(chǎng)景系統(tǒng)建設(shè)，計(jì)劃運(yùn)用Web地理信息技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實(shí)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(guò)二維、三維與真實(shí)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(diǎn)突出學(xué)科建設(shè)過(guò)程中成績(jī)和特色。環(huán)資學(xué)院目前尚無(wú)專業(yè)的三維GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)軟件和相關(guān)硬件設(shè)備。土木學(xué)院對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也有著強(qiáng)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(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室”的項(xiàng)目建議書(shū)，該實(shí)驗(yàn)室定位于多功能綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與社會(huì)服務(wù)，是一套集教學(xué)、科研、演示匯報(bào)功能于一體，以沉浸式顯示和實(shí)時(shí)交互為主要功能的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與新一代數(shù)字媒體科技創(chuàng)新平臺(tái)。并希望在為地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)方面，一是可以大大提升設(shè)計(jì)服務(wù)的水平和質(zhì)量，拓展服務(wù)領(lǐng)域，強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力；二是為社會(huì)提供高度參與的、體驗(yàn)式、交互式環(huán)境，對(duì)于各類觀摩、會(huì)議、展示、研討等活動(dòng)具有重要價(jià)值。五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)的技術(shù)前沿及相關(guān)設(shè)備和軟件VR技術(shù)的未來(lái)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(kāi)，有以下幾個(gè)主要發(fā)展方向：（1）動(dòng)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(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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?jī)?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(kāi)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(shí)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(duì)象進(jìn)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(lái)研究的重要方向。（4）智能化的語(yǔ)音虛擬現(xiàn)實(shí)建模。VR建模是一個(gè)比較繁復(fù)的過(guò)程，它的建立需要開(kāi)發(fā)人員花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以考慮將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)。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(shuō)明。這些信息若用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)說(shuō)明有時(shí)會(huì)顯得不很方便甚至無(wú)法表達(dá)清楚，而且工作量也非常大。而人類的語(yǔ)言可以容易地描述任何簡(jiǎn)單或復(fù)雜的事物，因此，利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)將人類對(duì)模型的屬性、方法和一般特點(diǎn)的描述轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利用計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、導(dǎo)航和評(píng)價(jià)，即將基本模型用對(duì)象表示出來(lái)，并符合邏輯地將各種基本模型靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地連接起來(lái)，最后形成系統(tǒng)模型，在各種模型形成后進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出結(jié)果，最后由人直接通過(guò)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編輯和確認(rèn)。（5）大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)（Distributed Virtual Reality，DVR）的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)分布式VR將分布于多個(gè)地點(diǎn)的VR系統(tǒng)或仿真器通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來(lái)，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(kù)形成一個(gè)在時(shí)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(jìn)行交互作用。目前，分布式虛擬交互仿真已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，是今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著眾多DVR開(kāi)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(jì)。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(jià)值，例如，國(guó)際空間站的參與國(guó)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(guó)重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費(fèi)設(shè)備費(fèi)用，而且也減少了人員出差的費(fèi)用和異地生活的不適。VR系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括場(chǎng)景顯示設(shè)備、力/觸覺(jué)交互設(shè)備、跟蹤定位設(shè)備和行走交互設(shè)備等。近年來(lái)，以上設(shè)備發(fā)展迅速，目前已經(jīng)形成了一個(gè)非常大的消費(fèi)市場(chǎng)。，銷售包括3D立體顯示器、立體投影機(jī)、數(shù)字頭盔、位置追蹤器、眼動(dòng)儀、多點(diǎn)觸控、數(shù)據(jù)手套、力反饋設(shè)備等近萬(wàn)種VR產(chǎn)品，并且每月會(huì)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(jià)格。VR系統(tǒng)開(kāi)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(kāi)發(fā)，有的支持特定領(lǐng)域VR應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)和國(guó)外都提供有相關(guān)的VR設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品。Open GL是通用共享的開(kāi)放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)和繪制庫(kù)，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(kāi)發(fā)有很多種圖形引擎，冥想實(shí)時(shí)VR應(yīng)用聽(tīng)完整的軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)平臺(tái)；Vega也是基于OpenGL的三維繪制引擎，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視覺(jué)模擬；OpenInventor是面向?qū)ο蠛徒换ナ降膶I(yè)3D圖形開(kāi)發(fā)工具包；OpenGVS用于場(chǎng)景圖形的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)；EON是實(shí)時(shí)視覺(jué)效果與物理機(jī)制以及真實(shí)的人體動(dòng)作有機(jī)結(jié)合體；VRML和X3D常用于基于Internet的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)；AVS/Express涉及工程分析、航空航天、遙感和國(guó)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(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)；CG2VTree是基于便攜平臺(tái)的圖象開(kāi)發(fā)包；VRAX和NavMode的沉浸感做得比較