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虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向,是仿真技术与计算机图形学人机接*术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合,是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体*真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
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虚拟现实是多种技术的综合,包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。实时三维计算机图形相比较而言,利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型,又有足够的时间,我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像,但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中,图像的刷新相当重要,同时对图像质量的要求也很高,再加上非常复杂的虚拟环境,问题就变得相当困难。人看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这些图像在脑子里融合起来,就形成了一个关于周围世界的整体景象,这个景象中包括了距离远近的信息。当然,距离信息也可以通过其他方法获得,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。在VR系统中,双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器,但用户带上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。
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VR已不仅仅被关注于计算机图象领域,它已涉及更广的领域,如电视会议、网络技术和分布计算技术,并向分布式虚拟现实发展。虚拟现实技术已成为新产品设计开发的重要手段。其中,协同工作虚拟现实是VR技术新的研究和应用的热点,它引入了新的技术问题,包括人的因素和网络、数据库技术等。如人的因素,已需要考虑多个参与者在一个共享的空间中如何相互交互,虚拟空间中的虚拟对象在多名参与者的共同作用下的行为等。在VR环境下的进行协同设计,团队成员可同步或异步地在虚拟环境中从事构造和操作虚拟对象的活动,并可对虚拟对象进行评估、讨论以及重新设计等活动。分布式虚拟环境可使地理位置上分布不同的设计人员面对相同的虚拟设计对象,通过在共享的虚拟环境中协同地使用声音和视频工具,可在设计的初期就能够消除设计缺陷,减少产品上市时间,提高产品质量。
此外,VR已成为构造虚拟样机,支持虚拟样机技术的重要工具。VE――虚拟环境技术可使工程师在三维空间中实时地与他们的设计样机(虚拟样机)进行交互。传统的信息处理环境一直是人“适应”计算机,而我们的目标或理念是要逐步使计算机“适应”人,使我们能够通过视觉、听觉、触觉、嗅觉,以及形体、手势或口令,参与到信息处理的环境中去,从而取得身临其境的体验。这种信息处理系统已不再是建立在单维的数字化空间上,而是建立在一个*的信息空间中。虚拟现实技术就是支撑这个*信息空间的关键技术。