【正文】 ata Visualization）技術(shù)指的是運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。數(shù)據(jù)可視化概念首先來自科學(xué)計算可視化（ Visualization in Scientific Computing），是把函數(shù)值計算數(shù)據(jù)表現(xiàn)為人的視覺可以感受的計算機圖像。 四、數(shù)據(jù)可視化技術(shù) 163 TMA SRAM集成電路分析結(jié)果云圖 164 梅賽德斯車型應(yīng)力分析云圖 165 ? 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化概念已大大擴展，它不僅包括科學(xué)計算數(shù)據(jù)的可視化，而且包括工程數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的可視化。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子商務(wù)的發(fā)展，提出了信息可視化（ Information Visualization）的要求，通過可視化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大量金融、通信和商業(yè)數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律，從而為決策提供依據(jù)。 ? 核磁共振、 CT掃描、超聲波探傷、溫度場、力場、磁場 166 1. 虛擬現(xiàn)實基本概念 ? 虛擬現(xiàn)實（簡稱 VR），又稱靈境技術(shù)。他綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù) ，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的 虛擬境界 中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的 “ 身臨其境 ”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。 五、虛擬現(xiàn)實技術(shù) 167 以假亂真的存在技術(shù)。 即，怎樣合成對觀察者的感官器官來說與實際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實環(huán)境一樣的視覺，觸覺，嗅覺等。 相互作用。 觀察者怎樣積極和能動地操作虛擬現(xiàn)實，以實現(xiàn)不同的視點景象和更高層次的感覺信息。實際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等。 自律性現(xiàn)實。 感覺者如何在不意識到自己動作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實感。 生成虛擬現(xiàn)實需要解決以下三個主要問題 168 1. 核心設(shè)備： 是計算機 — 圖形工作站。它主要功能是生成虛擬境界的圖形，目前在此領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的是SGI、 SUN等生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的專用工作站，但近來基于Intel奔騰 Ⅲ （ Ⅳ 代）代芯片的和圖形加速卡的微機圖形工作站性能價格比優(yōu)異，有可能異軍突起。 圖像顯示設(shè)備： 用于產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵外設(shè)，常見的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現(xiàn)實世界的同時，提供高分辨率、大視場角的虛擬場景，并帶有立體聲耳機，可以使人產(chǎn)生強烈的浸沒感。 其他外設(shè)： 用于實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實的交互功能，包括數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、運動跟蹤器、力反饋裝置、語音識別與合成系統(tǒng)等等 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的硬件 169 170 171 172 2. 虛擬現(xiàn)實的技術(shù)特征 虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下四個重要特征： ? （ 1）沉浸感 用戶感到作為主角存在與模擬環(huán)境中的真實程度。 ? （ 2）多感知性 具有視覺感知、聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知甚至味覺感知、嗅覺感知等。 173 ? （ 3）交互性 用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。 ? （ 4）自主性 虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動作的程度。 174 3. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) ? （ 1）環(huán)境建模技術(shù) ? （ 2）跟蹤技術(shù) ? （ 3）虛物實化感知技術(shù) ? （ 4）高性能計算處理技術(shù) ? （ 5）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具技術(shù) 175 4. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用 ? 載人航天 核試驗 新武器研制 自然災(zāi)害預(yù)報 醫(yī)療手術(shù)的模擬與訓(xùn)練 多兵種聯(lián)合訓(xùn)練與演習(xí) ? 軍事上 武器性能評價，武器操縱訓(xùn)練，指揮大規(guī)模軍事演習(xí) ? 產(chǎn)品研制 176 ? 教育與娛樂領(lǐng)域 ? 作業(yè)訓(xùn)練核技術(shù)培訓(xùn) 醫(yī)療手術(shù)訓(xùn)練， 宇航員、飛行員、駕駛員訓(xùn)練 ，有毒、有害環(huán)境操作 ? 科學(xué)計算 結(jié)構(gòu)模型， 大壩應(yīng)力計算的結(jié)果，地震是由勘探數(shù)據(jù)處理等。 177 在科技開發(fā)上， 虛擬現(xiàn)實可縮短開發(fā)周期，減少費用。例如克萊斯勒公司 1998年初便利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在設(shè)計某兩種新型車上取得突破，首次使設(shè)計的新車直接從計算機屏幕投入生產(chǎn)線，也就是說完全省略了中間的試生產(chǎn)。 由于利用了卓越的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使克萊斯勒避免了 1500項設(shè)計差錯，節(jié)約了 8個月的開發(fā)時間和 8000萬美元費用。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以進行汽車沖撞試驗，不必使用真的汽車便可顯示出不同條件下的沖撞后果。 178 商業(yè)上， 虛擬現(xiàn)實常被用于推銷。例如建筑工程投標(biāo)時，把設(shè)計的方案用虛擬現(xiàn)實技術(shù)表現(xiàn)出來，便可把業(yè)主帶入未來的建筑物里參觀，如門的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。它同樣可用于旅游景點以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。因為用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)這類商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。 179 醫(yī)療上， 虛擬現(xiàn)實應(yīng)用大致上有兩類。一是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的人體模型醫(yī)生更容易了解人體的構(gòu)造和功能。另一是虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于指導(dǎo)手術(shù)的進行。 180 軍事上， 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬戰(zhàn)爭過程已成為最先進的多快好省的研究戰(zhàn)爭、培訓(xùn)指揮員的方法。也是由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)達到很高水平，所以盡管不進行核試驗，也能不斷改進核武器。戰(zhàn)爭實驗室在檢驗預(yù)定方案用于實戰(zhàn)方面也能起巨大作用。 1991年海灣戰(zhàn)爭開始前，美軍便把海灣地區(qū)各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊的各種數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)，進行各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案。后來實際作戰(zhàn)的發(fā)展和模擬實驗結(jié)果相當(dāng)一致。 181 娛樂上， 應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實最廣闊的用途。英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上載著頭盔顯示器，手腳上都裝著傳感器。雖然在斗室里，只要做著各種各樣的滑雪動作，便可通過頭盔式顯示器，看到堆滿皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁，一一從身邊掠過，其情景就和在滑雪場里進行真的滑雪所感覺的一樣。 182 能夠提供視覺和聽覺效果的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，已被用于各種各樣的仿真系統(tǒng)中。城市規(guī)劃中，這樣的系統(tǒng)正發(fā)揮著巨大作用。例如，許多城市都有自己的近期、中期和遠景規(guī)劃。在規(guī)劃中需要考慮各個建筑同周圍環(huán)境是否和諧相容，新建筑是否同周圍的原有的建筑協(xié)調(diào)，以免造成建筑物建成后，才發(fā)現(xiàn)它破壞了城市原有風(fēng)格和合理布局。 183 這樣的仿真系統(tǒng)還可用以保護文物、重現(xiàn)古建筑。把珍貴的文物用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)出來供人參觀，有利于保護真實的古文物。山東曲阜的孔子博物院就是這么做的。它把大成殿也制成模型，觀眾通過計算機便可瀏覽到大成殿幾十根鏤空雕刻的盤龍大石柱，還可以繞到大成殿后面游覽。 184 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的水庫和江河湖泊仿真系統(tǒng)，更能使人一覽無遺。例如建立起三峽水庫模型后，便可在水庫建成之前，直觀地看到建成后的壯觀景象。蓄水后將最先淹沒哪些村莊和農(nóng)田，哪些文物將被淹沒，這樣能主動及時解決問題。如果建立了某地區(qū)防汛仿真系統(tǒng)，就可以模擬水位到達警戒線時哪些堤段會出現(xiàn)險情，萬一發(fā)生決口將淹沒哪些地區(qū)。這對制定應(yīng)急預(yù)案有莫大的幫助。 185 在喧鬧都市的辦公室中忙碌了一天的人們，多么希望自己能一步跨入一個熱帶天堂。幻想一片一望無邊的海灘，挽起褲腿站在水邊，任憑海浪輕撫腳面，椰林隨風(fēng)清唱，海鷗自由翱翔，太陽在天際徐徐落下，余暉把海面染紅。這種想象能使許多人忘卻疲勞，他們在心中創(chuàng)造了一個使自己心曠神怡的幻境。但是如果那景象三維立體、細致入微，如果你能看到自己用手拾起一片貝殼，這個幻境就會變得活靈活現(xiàn)，你就會認(rèn)為自己實際已去過了那個海島?，F(xiàn)在，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的 “ 休息機 ” 可以為人們提供這種跨越空間的手段。 186 一個住宅小區(qū)的藍圖剛剛繪制完成，能否在動工之前，先讓未來的住戶們到自己的單元里面轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，對環(huán)境設(shè)施、房屋結(jié)構(gòu)、門窗位置以及裝修提出自己的意見？答案是肯定的：虛擬現(xiàn)實可以帶你走入未來。 187 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于 CAD/CAM最典型的例子是用 VR技術(shù)設(shè)計波音 777。設(shè)計師戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設(shè)計中的虛擬 “ 飛機 ” 中，去審視 “ 飛機 ” 的各項設(shè)計。這樣，便可以減少建造實物模型的經(jīng)費，同時也可以縮短研制周期，并實現(xiàn)了機翼與機身一次接合成功。 188 在當(dāng)今的信息時代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還將作為一個信息處理支撐技術(shù)，為多維信息表示與處理提供必要的手段與支持，以突破原有的基于文字的單維信息表示與處理方法，為人們相互之間用更為直觀的方法交流思想、傳遞信息打下基礎(chǔ)。 189 虛和實的關(guān)系是一個古老的哲學(xué)命題。我們是處于真實的客觀世界中，還是只處于自己感覺世界中，一直是唯物論和唯心論爭論的焦點。以視覺為例，我們所看到的一切，不過是視網(wǎng)膜上的影像。過去，視網(wǎng)膜上的影像都是真實世界的反映，因此客觀的真實世界同主觀的感覺世界是一致的?，F(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實導(dǎo)致了二重性，虛擬現(xiàn)實的景物對人感官來說是實實在在的存在，但它又的的確確是虛構(gòu)的東西?？墒?，按照虛構(gòu)東西行事，往往又會得出正確的結(jié)果。因此就引發(fā)了哲學(xué)上要重新認(rèn)識 “ 虛 ” 和 “ 實 ” 之間關(guān)系的課題。