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虚拟现实VR工作机理与关键技术分析_论文

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应用技术 虚拟现实 VR 工作机理与关键技术分析 黄煦桐 (河北省武邑宏达中学,河北武邑,053400) 摘要:本文论述了虚拟现实(Virtual Reality,VR)的工作机理和关键技术,对虚拟现实基本构成,特征和技术概念进行科学的介绍,简单 说明了虚拟现实所涉及的关键技术,并进行分析,得出结论。 关键词:VR;虚拟现实;工作机理;关键技术 0 引言 虚拟现实技术是将人工智能,计算机图形技术,跟踪技 术,显示技术等前沿技术集成在一起的综合模拟系统。虚拟 现实主要是模拟一个三维空间的虚拟世界,让参与者在视觉 听觉等感知方面身临其境,沉浸在里面。虚拟现实已经成为 我国科技发展的趋势,如果说 90 年代是网络多媒体时代, 那么 21 世纪就将是 VR 技术的年代。下面将对虚拟现实的 工作机理和关键技术进行分析。 理动作产生的对应数据,通过系统反馈对用人体技能所产生 的输入信息做出实时响应,让虚拟现实应用者有一种身临其 境的感觉,甚至在虚拟世界参与活动的过程中还可以与其他 参与者进行沟通交流。 虚拟现实技术中的模拟环境是由计算机生成并模拟的 三维立体图像,需要逼真到视觉、听觉、嗅觉和触觉等的三 维效果。生成的三维立体图像可以来自于真实世界的图像, 也可以来自于自己想象的世界。 ■■1.3 虚拟现实技术工作过程 1 虚拟现实工作机理分析 ■■1.1 虚拟现实技术概念 虚拟现实技术 ( 简称 VR) 是一门是由多种技术集合而成 的前沿学科,包括多媒体技术,网络技术等多个复杂技术, 极富挑战性和创造力。参与者通过特制的传感器,在视觉、 听觉、触觉等感知系统的方面达到模拟真实的效果,形成一 种虚拟世界。参与者依照自己的需要,在虚拟世界中进行操 作,从而使自己沉浸在其中,到达人机交互的效果。纵使这 周围的环境并不真实存在,但仿真的三维世界可以使参与者 身临其境。 ■■1.2 虚拟现实技术构成要素 从文献调研来看,传感设备、感知、自然技能与计算机 的模拟环境是构成虚拟现实技术的基本构成要素。 虚拟现实技术中的传感设备是指三维交互设备。三维交 互设备包括参与者身上穿戴的设备,比如数据手套、数据衣、 双目全方位显示器等。还有设置于现实环境中的传感设备, 比如 CAVE 洞穴式虚拟现实显示系统,红外跟踪器等。 虚拟现实技术中的感知是指在理想的环境中具有人的 感知功能,这通过包括由计算机图形带来的视觉,还包括环 境中的听觉、触觉等。随着多感知技术的发展,人们对嗅觉 和味觉技术追求日趋强烈。但就目前的技术水*来说,因为 受到传感装置的限制,能够具有的感知功能仅仅限于视觉, 听觉,触觉,运动等简单的感觉,在嗅觉,味觉等复杂的方 面还正在进一步的研究中。 虚拟现实技术中的自然技能是指人体动作,如头部转 动、眼球运动、手部动作等,由计算机来感知人体技能并处 虚拟现实的工作过程简单来说可以分为以下三步: 第一步,运动的跟踪。例如为了显示精确的画面,在你 环顾你的四周时,显示头盔必须以亚毫米级的精度跟踪你的 头部运动。这是通过各种内置传感器来实现的。有了这些传 感器提供的各种数据,显示头盔就可以跟随头部做出的任何 运动。 第二步,全息投影。在已有的现实场景中建造一个新的 环境,通过计算机成像技术把一些虚拟的抽象信息转换成有 形的具体的影像。 第三步,展示。例如在虚拟世界中,当参与者改变自己 的位置,处于新位置时,通过改变他所看到的信息,所听到 的声音,甚至改变他手上的触觉,例如从坚硬到柔软,使参 与者感知到位置周围环境的变换。 ■■1.4 虚拟现实技术特征分析 虚拟现实技术的特征主要有多感知性(Multisensory)、 沉 浸 感 (Immersive)、 交 互 性 (Interactive)、 自 主 性 (autonomous) 和想象性 (imaginative) 等,其中沉浸感、 交互性和想象性是三个最具典型的特征。 沉浸性 (Immersive) 是指借助计算机的输出逼真的三 维图像,这种虚拟的环境与真实的客观世界一样,让人有种 身临其境的感觉。 交互性 (Interactive) 是指基于计算机生成的虚拟环境 下,充分借助一些传感设备进行相互交互,让人感觉就像是 在客观世界一样,这也是虚拟现实系统最为至关重要的特 征。过去的人们通过鼠标键盘进行信息交互,而现在人们可 以直接深入计算机所构造的虚拟世界中与计算机进行交互。 76 | 电子制作 2018 年 11 月 应用技术 想象性 (imaginative) 是基于计算机产生的虚拟环境和 交互作用下,可以自发地获取新知识,这样不仅有助于提高 感性认识,对人们的理性认识和主观能动性也有一定提高, 从而深化相关概念并可以萌发新的思想,因而可以说,虚拟 现实人的创造性思维是具有启发性作用的。 2 虚拟现实 VR 关键技术分析 ■■2.1 动态建模技术 动态建模技术是虚拟现实技术的核心,其主要是针对现 实环境或想象模拟环境进行计算机模拟实现,其最终目的就 是借助计算机强大的数据处理能力将真实客观环境和虚拟 环境数据,转化为三维立体虚拟环境。基于建模技术建立的 虚拟环境虽然需要极大的内存,但是便于操作和人机交互。 目前的建模技术包括几何建模,行为建模和物理建模。 ■■2.2 计算机图形技术 计算机图形技术是一种借助强大的数学算法将传统的 二维 / 三维图形转化为能显示的格式的科学。简单地说,计 算机图形技术就是用计算机生成、显示、绘制图形的技术。 计算机图形技术是虚拟现实系统的基础,例如在模拟飞行过 程中,对于图像的生成和更新十分依赖,对于图像的清晰度 要求更高,这些都要依靠计算机图形技术实现。 ■■2.3 立体显示技术 虚拟现实技术的目的就是展示三维立体世界,该技术的 本质是利用眼睛对立体视觉差产生的综合神经反射,通过光 学技术为眼睛提供两幅具有特定位差的图像,这样人们便可 以在视觉和心理的反应等角度产生三维立体感觉。在虚拟现 实技术中,正是利用该视觉差原



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