昨天的创新 今天的标准—谈虚拟现实技术及其应用.doc

昨天的创新,今天的标准—谈虚拟现实技术及其应用 黄南华　　李治柱 annyhuang@ li-zz@ 摘 要 本文介绍了一项新的技术----虚拟现实，它的重要特征、软/硬件设备及建模软件----VRML，特别介绍了它在各个领域的应用。作为一个很有潜力的技术,它是一种可视化的工具,并可以运用在远程培训、通讯、新手培训、定位和导航等方面。 关键词 虚拟现实 沉浸性 交互性 VRML Abstract In this paper， I introduce a new technology----Virtual Reality and its vital characteristic, hardware/software equipment and Virtual Reality modeling language –VRML. The work-related application that appear to be most promising are those that employ virtual reality for visualization and representation, distance training and communication, hands-on training and orientation and navigation Key words virtual reality，immersion，interactionVRML 1 引言 虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）或称虚拟环境（Virtual Environment，简称VE）技术是二十世纪末发展起来的由应用驱动的涉及众多学科的高新实用技术，是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门交叉技术。它利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种传感设备使用户沉浸到该环境中去。虚拟现实系统的目标就是要去除系统和用户环境之间的界限，极大地突破了事物表达传统方法的局限，使人们可以将任何想象的环境虚拟实现，并且人们可以在其中以最自然的动作与这种虚拟现实进行交流。虚拟现实是一门比较新的技术，但却引起了广泛地关注，人们已经认识到：虚拟现实是下一代的用户界面。 虚拟现实中的“虚拟”指的是利用虚拟现实技术所产生的局部世界是虚构的，而“现实”说明对于进入这一虚构的局部世界的人来说，在感觉上是进入了现实世界。 1．1虚拟现实的特征 Grigore Burdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，也是人们称为三“I”特性，即交互性(interactivity)、沉浸感(Illusion of Immersion)和想象性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度，例如用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，且用户有抓东西的感觉，还能感到物体的重量，视场中被抓起的物体也应随手的移动而移动。虚拟现实并不只是一种媒介或一个高层终端用户界面，它的应用能解决在工程、医学、军事等方面的一些问题。 沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征。虚拟现实的追求目标是力图使用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种“全身心投入”的感觉状态，有身临其境感。在该环境中的一切，看上去是真的、听起来是真的、动起来也是真的，一切感觉如真。用户觉得自己是虚拟环境中的一个部分，而不是旁观者。 沉浸感 认知 存在感 图像 交互 行为 导致沉浸感的原因是用户对计算机环境的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉。为此必须具备3种基本要素：图像、交互和行为，他们是相互关联的（关系如右图）。它们对于用户的“存在”意识的影响、进而导致“沉浸感”的过程实际上基于人的认知机理。所以有人认为：“心理学是虚拟现实的物理学”。虚拟现实技术将从根本上改变人与计算机系统的交互操作方式。 在一个理想的虚拟现实世界中，使用者根本无法确定他们是面对的计算机所仿真的环境还是面对的一个真实世界。实现一个虚拟现实环境一般需要高速、高质量的三维图形、三维音频以及诸如头盔显示器和数据衣等硬件，以便获得高度的逼真性和可信度。 2 虚拟现实的软硬件状况分析 一个基本的虚拟现实系统由虚拟环境发生器、虚拟环境、传感器件、作用器件及人组成。虚拟现实的模型图如下： 具有临境感和交互性的虚拟现实系统的基本构成应包括：虚拟现实发生器、声音合成器、3