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《多媒体技术》期末论文

《多媒体技术》期末论文

题目：

虚拟现实技术的应用研究

《多媒体技术》期末论文

关键字：虚拟现实虚拟环境虚拟现实系统

一虚拟现实技术综述与发展方向

虚拟现实是从英文VirtualReality翻译而来，是一项融合了计算机图形学、人

机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。它们带给

人们的共同感受是：虚拟和现实间已没有明显界限。虚拟现实的广泛应用前景使

之成为目前最具影响力的技术之一。

虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示

技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具

有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思，它

已成为构造虚拟样机，支持虚拟样机技术的重要工具。虚拟样机是一个复杂的系

统，主要表现在组成关系复杂、与外界环境的交互关系复杂、开发过程复杂、涉

及的仿真类型和学科领域众多、应用范围广泛等。虚拟样机可以理解为利用虚拟

现实技术将产品数据变为取代物理样机的数字模型，强调仿真数据的可视化，在

虚拟环境中逼真地显示产品的全部特征。虚拟样机是由分布的、不同工具开发的、

甚至异构的子模型组成的模型联合体，主要包括产品的CAD模型、产品的外观模

型、产品的功能和性能仿真模型、产品的各种分析模型(可制造性、可装配行等)、

产品的使用和维护模型和环境模型等。借助虚拟样机，设计人员可以通过成熟的

三维计算机图形学，模拟在真实环境下产品的各种运动和动力特性，并能根据仿

真结果优化产品的设计方案。

二虚拟现实技术的接口

2.1输入设备的接口

三维位置跟踪器：虚拟现实技术中用于测量三维对象位置和方向的实时变化

的专门硬件设备为跟踪器，在虚拟现实应用中，为控制观察方向和操纵对象，需

测量用户头部、手、四肢的运动，还有一种需要跟踪的信息是三位声音信息。三

位跟踪器的性能参数包括：精度、抖动、偏差、和延迟。现常用的跟踪器有：机

械跟踪器、电磁跟踪器、交流电磁跟踪器、直流电磁跟踪器、超声波跟踪器、光

学跟踪器、混合惯性跟踪器。

(1)漫游和操纵接口

该接口是一种设备，它允许通过选择和操纵感兴趣的虚拟对象，交互式的改

变虚拟环境和探索过程中的视图。

(2)手势接口

是测量用户手指实时位置的设备，其目的是为了实现虚拟环境下的基于手势

识别的自然交互。

2.2输出设备的接口

输出设备作为一类专门的硬件设备，他们为用户提供仿真过程对这些输入的

反馈，通过这些接口给用户产生反馈的感觉通道，包括视觉(通过图形显示设

备)、听觉(通过三维声音显示设备)和触觉(通过触觉显示设备)。

(1)图形显示设备

是一种计算机接口设备，它把合成出的世界图像展现给与虚拟世界进行交互

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的一个或多个用户。

（2）声音显示设备

是一类计算机接口，能给与虚拟世界交互的用户提供合成的声音反馈。

（3）触觉反馈

可以分为接触反馈和力反馈两种模态。接触反馈传送接触表面的几何结构、

虚拟对象的表面硬度、华东和温度等实时信息。

三虚拟现实技术的重要技术特征

虚拟现实的定义可以归纳如下：虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境

（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，

实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术因此具有以下四个重

要特征：

（1）多感知性

所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，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。理想的虚拟

现实就是应该具有人所具有的感知功能。

（2）存在感

又称临场感，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想

的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（3）交互性

交互性是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（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有

握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。

（4）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，

物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。

四现有虚拟现实系统的关键技术

虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面：

（1）动态环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的