虚拟现实技术的特点与核心技术
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  一、虚拟现实技术特点

  虚拟现实基于动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等多项核心技术,主要围绕虚拟环境表示的准确性、虚拟环境感知信息合成的真实性、人与虚拟环境交互的自然性、实时显示、图形生成、智能技术等问题的解决使得用户能够身临其境地感知虚拟环境,从而达到探索、认识客观事物的目的。

  1、构想性。指虚拟的环境是人想像出来的,同时这种想像体现出设计者相应的思想,因而可以用来实现一定的目标。所以说虚拟现实技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面,同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。虚拟现实技术的应用,为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段,可以使人类跨越时间与空间,去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的事件;可以使人类突破生理上的限制,进入宏观或微观世界进行研究和探索;也可以模拟因条件限制等原因而难以实现的事情。

  2、沉浸感。是指用户感受到被虚拟世界所包围,好像完全置身于虚拟世界之中一样。虚拟现实技术最主要的技术特征是让用户觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界中的一部分,使用户由观察者变成参与者,沉浸其中并参与虚拟世界的活动。沉浸性来源于对虚拟世界的多感知性,除了常见的视觉感知外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知、嗅觉感知等。理论上来说,虚拟现实系统应该具备人在现实世界中具有的所有感知功能,但鉴于目前技术的局限性,在现在的虚拟现实系统的研究与应用中,较为成熟或相对成熟的主要是视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸技术,而有关味觉与嗅觉的感知技术正在研究之中,目前还很不成熟。

  3、实时交互性。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程度。交互性的产生,主要借助于虚拟现实系统中的特殊硬件设备(如数据手套、力反馈装置等),使用户能通过自然的方式,产生同在真实世界中一样的感觉。虚拟现实系统比较强调人与虚拟世界之间进行自然的交互,交互性的另一个方面主要表现了交互的实时性。

  二、虚拟现实的核心技术

  虚拟现实是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段,因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。其实,虚拟现实技术并不是一项单一的技术,而是多种技术综合后产生的,其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。

  1、动态环境建模技术

  动态环境建模技术是虚拟现实比较核心的技术,它的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

  2、立体显示和传感器技术

  虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围有待提高。同时,显示效果对虚拟现实的真实感、沉浸感,都需要通过高的清晰度来实现。

  3、系统开发工具应用技术

  虚拟现实技术应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的,必须研究虚拟现实的开发工具。例如,虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

  4、实时三维图形生成技术

  目前,三维图形技术已经较为成熟,其关键是如何实现实时三维效果的生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒,最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下,如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。

  5、系统集成技术

  集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型,因此系统的集成技术也起着至关重要的作用。

  另外,虚拟现实系统主要由检测模块、反馈模块、传感器模块、控制模块、建模模块构成。检测模块,检测用户的操作命令,并通过传感器模块作用于虚拟环境。反馈模块,接受来自传感器模块信息,为用户提供实时反馈。传感器模块,一方面接受来自用户的操作命令,并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。控制模块则是对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。建模模块,获取现实世界组成部分的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境。在五个模块的协调作用下,最终够建出3D模型,实现对现实的虚拟。

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