《2022年虚拟现实技术及其在科技馆中的应用简介 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年虚拟现实技术及其在科技馆中的应用简介 .pdf（3页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、虚拟现实技术简介及其在科技馆中的应用虚拟现实技术概念虚拟现实（ Virtual Reality ，简称 VR）是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异， 虚拟现实不仅可以模拟现实的世界，更重要的是它将过计算机虚拟出我们梦想中的天堂， 人们将有广阔的虚拟空间，在其间娱乐生活！虚拟现实最重要也是最诱人之处是其实时性和交互性。虚拟现实技术将给人们带来全新的视野，我们可以想象， 在一个更绚丽多彩的虚拟的三维场景中，一些数字化的有着真正三维身体的人 在其间交谈工作。目前国内科技馆的信息化展厅基本上都设置了一些虚拟现实的展品，还有的科技馆干脆就设置虚拟主题展厅。那么什么是虚拟现实？“ 虚拟
2、现实 ” 是 1989 年美国的JLanier（后来曾是专做VR 产品的 VPL 公司董事长）提出的，又称幻境或灵境技术，国外与虚拟现实同类的术语，还有虚拟环境、 人工现实及电脑空间等。所谓 “ 虚拟现实 ” ，是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、 听觉、 触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察，简单的说，VR 技术就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视听触嗅等手段所感受到的虚拟幻境，。这一定义强调的是：逼真的感觉、自然的交互、个人的视点及迅速的响应。虚拟现实具有以下三个方面的含义：首先 VR 是
3、通过计算机生成一个非常逼真的足以“ 迷惑 ” 我们人类视觉的虚幻的世界。这种“ 迷惑 ” 是多方面的， 我们不仅可以看到而且可以听到、触到及嗅到这个虚拟世界中所发生的一切。 这种感觉是如此的真实，以至于我们能全方位地浸没在这个虚幻的世界中，这就是VR 的首要功能，即浸没感（Immersion ）或临场参与感。如沉浸式影院和4D 影院就是这种技术的代表之作。其次，虚拟现实与通常CAD 系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而是一个开放的环境，它可以对使用者的输入（如手势，语言命令）作出响应，用户可以使用一个鼠标、 游戏杆或其它跟踪器就可以操纵航天飞机，可以漫游原子世界，你一推操纵杆，
4、就可以在地核里面漫游，你甚至可以用虚拟的手感触到虚拟物体存在，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响，这是VR 的第二个特征，即交互性（Interaction） 。这一特征主要体现在目前科技馆常设的一些虚拟展品，如虚拟排球， 虚拟滑雪， 虚拟飞行等。虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是为解决工程、医学、 军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件，它以夸大的形式反映了设计者的思想，比如当在盖一座现代化的大厦之前，你首先要做的事是对这座大厦的结构做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂。正如这些图纸反映的是设计者的构思， 虚拟现实同
5、样反映的是某个设计者的思想，只不过它的功能远比那些呆板的图纸生动。强大的多， 所以国外有些学者称VR 为放大人们心灵的工具，或人工现实 （artificial reality ） ，这是 VR 所具有的第三类特征，即思想性（Imagation ） ，如虚拟设计，小小设计师等展品就是提供观众实现自己梦想的代表展品。综上所述，虚拟现实是人们可以通过视听触等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。虚拟现实技术特征VR 技术带来了人机交互的新概念，带给用户的是强烈的真实感和临场感的体验，那么，这种沉浸式交互环境的实现依托哪些关键技术呢？总的来说，实物虚化、虚物实化和高性名师资料总结 - - -精品资料
6、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 能的计算处理技术是VR 技术的 3 个主要方面。实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射,主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它具体基于以下几种技术。（1）基本模型构建技术：它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的 3D 虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分
7、物理属性。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同，或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）等等。 （2）空间跟踪技术：主要是通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D 虚拟环境中的位置和方向。 （3）声音跟踪技术： 利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、 声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。（4）视觉跟踪与视点感应技术：使用从视频摄像机到 X-Y 平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真
8、实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉和力觉感知。 力觉感知主要由计算机通过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指产生运动阻尼从而使用户感受到作用力的方向和大小。触觉反馈主要是基于视觉、气压感、 振动触感、 电子触感和神经、肌肉模拟等方法来实现的。高性能计算处理技术主要包括数据转换和数据预处理技术；实时、逼真图形图像生成与显示技术； 多种声音的合成与声音空间化技术；多维信息数据的融合、数据压缩以及数据库的生成； 包括命令识别、 语音识别， 以及手势和人
9、的面部表情信息的检测等在内的模式识别；分布式与并行计算，以及高速、大规模的远程网络技术。一般的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机（VR 引擎） 、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，由于虚拟世界本身的复杂性（如大面积城区规划的立体显示等）及计算实时性的要求，产生虚拟环境所需的计算量极为巨大，这对中心计算机的配置提出了极高的要求。目前，VR 发动机由一台或数台配备有图形加速卡的计算机组成，它通过输入输出工具，从用户读入任务信息，将与任务相关的数据库资源用于虚拟环境。VR 的软件工程包括虚拟物体的几何模型、运动模型、 物理模型的建立，虚拟立体声的产生，模型管理技术及实时模拟技术等。另外虚拟现
10、实技术的特征之一就是人机之间的交互性（interaction ）.为了实现人机 之间充分交换信息，必须设计特殊输入工具和演示设备，以识别人的各种输入命令,且提供相应反馈信息，实现真正的仿真效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具,主要包括： .头盔式显示器和跟踪器，数据传感手套，大屏幕立体显示系统，三维虚拟立体声音生成装置。虚拟现实技术在科技馆中的应用虚拟现实是技术，还是媒体的欺骗？虚拟现实为何可能？这是一个古老的哲学问题。我们是处在现实中，还是在我们自己的感觉世界中？对于个人来说，更直接的是感觉世界。以视觉为例，我们看到的一切，不过是视网膜上的影像。从这一角度出发，我们应和
11、计算机、心理学、人类工程学（Ergonomics）等专家共同进行开发研究。虚拟现实有其二重性：对于人的感官来说，它是真实存在的；对于所构造的物体来说，它又是不存在的。因此，能利用这一技术模仿许多高成本的、对人有危险的、 或目前尚未出现的真实环境，人们可对它进行分析研究、仿真操作及改进设计等。2001 年以来，国内虚拟现实展品制作力量发展很快，各种开发虚拟现实设备或系统的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 公司成立，
12、新建或在建的科技馆纷纷上马虚拟现实类展品，以此提高观众参与的娱乐性，体现科技馆的科技含量，但此类虚拟现实离实际应用仍很远，已有的成果大多只能称为“ 演示 ”或“ 玩具 ” ，仅仅是体现了虚拟现实技术特征的某一个方面，而且制作的精致程度尚不能令观众满意。科技馆的作用在于喻教于乐，如何使展示的内容更能够为普通观众所理解并且乐于参与， 一直是一个很大的问题。而虚拟现实技术介入科技馆将是对科技馆展示手段的一次变革。对于那些笨重的大型的演示展品，采用虚拟现实技术可以使之小型化，逼真化， 不失原有的乐趣，而且更容易维护保养。对于一些常人尚不能涉足的领域，如海底，外太空，地心等，通过虚拟现实技术，可以使观众
13、有亲临其境的感觉，通过虚拟现实技术，我们可以用电脑重建那些早已不存在的古代建筑，仿佛时光倒转， 也可以发挥观众的想象力，去创造想象世界中的器件， 让观众完全沉浸在虚拟世界当中。再如通过虚拟物理实验室 学生们可以通过使用数据手套与系统进行各种交互，很容易的演示和控制力的大小、物体的形变与非形变碰撞、摩擦系数等物理现象。为了显示物体的运动轨迹，可以对不同大小和质量的运动物体进行轨迹追踪。 还可以停止时间的推移，以便仔细观察随时间变化的现象。在某种程度上，虚拟现实系统其实就是通过计算机系统仿真的数字化世界，但比传统世界功能更多、性能更强、 应用更广，是设计和规划表现工具从传统工艺向数字技术发展的一次
14、革命。科技馆中采用虚拟现实技术的最大好处是缩短了展品更新周期，使得科技馆可以始终追踪科技进步的步伐，真正实现普及科学知识，介绍前沿科学的功能。由于硬件设备基本上无须更换，所以展品的更新只局限于软件，而且想恢复到原来的展品也相当的方便。正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。 虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。还存在着开发费用大，投入成本高， 效果不尽逼真的问题， 这是由于各方面原因造成的。客观而论， 目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统，期待这有朝一日， 虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。江苏科学宫王维名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -