虚拟现实理论与技术28

【摘要】：21世纪的人类社会是信息化社会，以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重不断增加，多媒体技术及产品是计算机产业发展的活跃领域。虚拟现实理论与技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。它是随着科学和技术的进步、军事和经济的发展而兴起的一门由多学科支撑的新理论技术，可以很好地面对市场全球化的要求，并且有助于人们更好地去解决资源问题、环境问题与需求多样性问题。与传统开发设计的产品相比，大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据，也为人类的生活和工作提供全新的信息服务。本文将从虚拟现实定义及原理、特征、应用、未来发展方向及研究重点方面介绍虚拟现实理论与技术。【关键词】：虚拟现实理论技术研究状况发展方向【Abstract】：Modularfixtureconfigurationdesignisacomplicatedtaskrequiringstrongprofessionalbackgroundandpracticalexperience.However,automatedorsemi-automatedcomputeraidedmodularfixturesystemsbasedonCADpackagesstillarenotwellacceptedbythemanufacturingindustryduetothelackofintuitiveinteractionandimmediatefeedbackcomparedwithtraditionalmodelssuchaspaperandphysicalmodels.Inthispaper,anovelVirtualReality-basedsystemforinteractivemodularfixtureconfigurationdesignispresented.Weuseamulti-viewbasedmodularfixtureassemblymodeltoassistinformationrepresentationandmanagement.Inaddition,thesuggestedstrategyiscompatiblewiththeprinciplesofvirtualenvironmentanditiseasytoreutilizetheelementmodel.Basedongeometricconstraints,weproposeaprecise3Dmanipulationapproachtoimproveintuitiveinteractionandaccurate3Dpositioningoffixturecomponentsinvirtualspace.Thus,themodularfixtureconfigurationdesigntaskcanpreciselybeperformedinvirtualspace.【1】【Keywords】：virtualreality,theory,technology,researchstatus，developmentdirection.虚拟现实理论与技术1目录第一章：虚拟现实理论与技术...........................31.1、虚拟现实的定义及原理........................................31.2、虚拟现实特征................................................31.2.1、多感知性(Multi-Sensory)................................31.2.2、浸没感(Immersion)......................................41.2.3、交互性(Interactivity)..................................41.2.4、构想性(Imagination)....................................41.3、虚拟现实的发展历程.......................................41.4、国内外虚拟现实的研究现状....................................61.4.1、虚拟现实技术在美国的研究现状...........................61.4.2、虚拟现实技术在欧洲的研究现状...........................81.4.3、虚拟现实技术在日本的研究现状...........................81.4.4、国内虚拟现实技术研究现状...............................9第二章：虚拟现实理论与技术应用举例...................102.1、虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用现状及发展...............102.1.1、构建虚拟战场环境......................................102.1.2、进行单兵模拟训练......................................102.1.3、通过网络进行异地同环境作战训练........................112.1.4、进行军事指挥人员训练..................................112.1.5、提高指挥决策能力......................................122.1.6、缩短武器装备的研制周期................................122.1.7、信息网络虚拟战........................................132.2、虚拟现实技术在化学教学中的应用现状分析.....................142.2.1、ChemLab...............................................142.2.2、IrYdiumChemistryLab.................................142.2.3、浙江大学有机化学虚拟实验室............................152.2.4、金华科仿真化学实验室..................................16虚拟现实理论与技术22.2.5、东师理想初中化学虚拟仿真实验室软件....................172.3、虚拟现实技术在机械设计与制造中应用.........................172.3.1、虚拟产品概念设计......................................172.3.2、虚拟设计..............................................182.3.3、虚拟制造..............................................19第三章：虚拟现实理论与技术的发展方向及研究重点......203.1、虚拟现实技术的几个瓶颈问题.................................203.1.1、虚拟环境表示的准确性..................................203.1.2、虚拟环境感知信息合成的真实性..........................203.1.3、人与虚拟环境交互的自然性..............................203.1.4、实时显示问题..........................................203.1.5、图形生成..............................................203.1.6、智能技术(ArtificialIntelligence，简称AI).............213.2、虚拟现实技术的未来发展趋势.................................213.2.1、动态环境建模技术......................................213.2.2、实时三维图形生成和显示技术............................213.2.3、新型交互设备的研制....................................213.2.4、智能化语音虚拟现实建模................................223.2.5、分布式虚拟现实技术的展望..............................22第四章：个人感想及总结..............................234.1、个人感想..................................................234.2、整体总结..................................................24附录一：分工说明.....................................25附录二：参考文献.....................................25虚拟现实理论与技术3第一章：虚拟现实理论与技术1.1、虚拟现实的定义及原理虚拟现实，(VirtualReality，简称VR;又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统【2】。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。1.2、虚拟现实特征1.2.1、多感知性(Multi-Sensory)所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等【3】。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。虚拟现实理论与技术41.2.2、浸没感(Immersion)又称临场感或存在感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。1.2.3、交互性(Interactivity)指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然