虛擬現實技術的發展及應用研究論述

張顯志

摘 要：所謂的虛擬現實技術就是通過計算機技術對真實世界進行全面仿真的技術手段，通過計算機技術作為核心，構建一個較為真實的視覺、聽覺以及觸覺的體驗。對此文章主要對虛擬現實技術的發展以及其在實踐中的應用進行了簡單的論述分析。

關鍵詞：虛擬現實技術 發展及應用 研究論述；

中圖分類號：F061.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0028-02

虛擬現實技術就是通過一些計算機技術以及硬件設備，進行硬件、軟件以及其他相關交互手段的設置，進而構建一個可以讓參與者可以交互式觀察以及操縱的虛擬世界。虛擬現實技術的重點就是通過三維交互式計算機生產的環境，是對真實環境的仿真，通過人工合成的方式表示各種信息。虛擬現實技術在各個領域中均有較為廣泛的應用。

1 虛擬現實技術

1.1 實物虛化

實物虛化就是基于真實世界空間開展的一種多維信息化空間的映射，其主要涵蓋了視點感應、空間跟蹤定位、基本模型的構建、聲音的定位以及視覺跟蹤等相關技術手段，通過這些技術手段在實踐中可以生產一個具有真實感覺的虛擬世界，同時也為虛擬環境對用戶操作的監測以及各種操作數據的獲得奠定了基礎。

1.1.1 三維計算機圖形技術

這種技術是計算機技術生產虛擬世界的一種基礎，是將真實世界中的相關對象物體在對應的3D虛擬世界之中重新構建，基于系統的實際要求保留其部分的物理屬性特征。在實踐中來說，應用計算機模型生成圖形圖像相對較為容易，只要保障其模型的精準性，實踐的充足性，就可以生成一種在不同光照條件之下不同物體的圖形，這種圖像信息相對較為精準，而其中最就有代表的就是通過衛星、航拍以及遙感技術構建大型的模擬戰場。

1.1.2 空間跟蹤技術

主要就是通過頭盔的顯示器、立體眼鏡以及數據衣與數據手套等一些交互設備中的空間傳感器，模擬在三維環境中用戶的位置以及方向，在三維空間中其包含了6個自由度，對此在實踐中可以通過數字化儀以及空間求進提供6個自由度。

1.1.3 聲音跟蹤技術

就是通過不同來源的聲音實現特定地點的時間差、聲壓差以及相位差對其進行虛擬環境的跟蹤，這也是實物虛化的重要構成內容。聲波飛行的實踐測量方式以及相位相干測量方式在實踐中可以基于聲音位置進行跟蹤，是一種基本的算法。實物虛化的視覺跟蹤技術在實踐中會基于視頻攝像機至X-Y的平面陣列，其跟蹤光以及周圍的光就會在圖像投影平面的不同位置、時間段進行投影，進而對跟蹤對象的位置、方向進行計算。在進行視覺跟蹤的實現過程中必須要綜合精度以及操作范圍時間等因素，通過多發射器以及多傳感器對其進行設計，進而提升視覺跟蹤的精準性，但是這種方式會在一定程度上導致其系統的復雜性，成本投入也相對較多。

1.1.4 視點感應技術

要將試點感應與顯示技術進行充分的融合，通過頭盔顯示、眼罩定位、遙視技術以及眼肌感應技術確定用戶在特定時刻的視線。

1.2 虛物實化

就是讓用戶在虛擬的環境中獲得與現實環境中一樣的視覺、聽覺以及觸覺等感官認知。力覺感知就是通過計算機利用反饋手套、力反饋操縱桿以及其對手指產生運動阻尼，讓用戶了解到作用力的具體方向以及大小。觸覺反饋就是一種通過視覺、電子觸感與神經、氣壓感以及肌肉模擬與振動觸感實現的技術手段。

1.3 高性能計算機處理技術

高性能的計算機處理技術就是數據轉換以及數據的處理技術，通過顯示技術以及圖像生成技術可以實現實時、生動且逼真的設計；聲音合成技術、聲音空間化技術；多維信息數據融合技術、數據庫生成技術以及數據壓縮技術，可以通過分布式以及并行計算，通過高速以及大規模的遠程網絡技術開展工作。

1.4 虛擬現實系統體系結構

1.4.1 分布式虛擬現實系統

分布式虛擬現實系統就是可以支持多人共同通過網絡進行交互的一種虛擬現實系統，不同的用戶在真實的3D立體圖形中利用網絡計算機與其他用戶可以實現交互作業。分布式的虛擬現實研究的主要目的就是構建一個可以為不同用戶提供的在不同地點參與的分布式虛擬環境，讓不同的環境以及地理位置的用戶可以在一個真實的環境中，進行交流，開展學習、訓練、娛樂以及研討。

1.4.2 非分布式虛擬現實系統結構

此種系統結構就是真實用戶環境，將一個事件的驅動，基于特定的規則進行處理并發事件，將單個的虛擬世界進行分解，在不同的處理器上對其進行執行，在通過消息傳遞的方式進行通信。主要就是設備服務器、應用進程以及會話管理3個部件開展工作。其中設備管理器主要就是對輸入以及輸入的設備進行管理，而會話管理則是整個設備服務器客戶程序，也是應用進程的一個服務器，制定了虛擬世界中的交互規則，具有協調以及傳輸設備服務器事件的產生以及應用的進程，最后將響應事件傳遞到輸入設備服務器之中，會話管理可以利用異步消息與其他服務器進行通信處理，基于既定的規則進行事件的傳遞。

2 虛擬現實技術應用研究

在實踐中虛擬現實技術在各個領域中均有較為廣泛的應用，其在設計領域、教育領域、醫學領域以及虛擬戰場環境、工程、娛樂等領域中均有重要的作用，對此下文究其進行簡單的論述分析。

2.1 設計應用

工作人員在實踐中可以通過虛擬現實系統，利用全球網絡以及局域網基于協作方式對三維模型進行設計、發布以及交流，這種方式會在根本上提升生產效率質量，同時也可以有效地削減成本資金的投入。在現階段的設計過程中必須要基于圖形工具進行產品的展示。

2.2 教育應用

在人體模型的制造、電腦太空旅游以及化合物分子結構顯示等領域中應用虛擬現實技術，可以讓學生在較為真實的環境中進行學習，這樣方式無疑在根本上提升教學質量，充分激發了學生的學習興趣，激發其形象力。

2.3 醫學

在虛擬環境中，可以構建一個虛擬狀態的人體模型，通過跟蹤球、感覺手套以及HMD等就可以對人體內部的器官結構進行了解，同時在醫療手術中通過虛擬現實技術構建人體以及相關器官的幾何模型，可以提升醫療手術訓練的質量與效果。通過機械手以及數據手套等一些具有高精度的交互工具進行模擬，可以在一些復雜手術、解剖教育中提供輔助幫助。

2.4 虛擬戰場環境

虛擬顯示產品在作戰模擬領域中的應用較為廣泛，可以模擬較為真實的戰場環境。通過虛擬現實技術在實踐中可以構建一個多維度、高感知、可以度量以及逼真的戰場環境，進而提升戰場環境的實際認知效率，在仿真對抗、參謀作業訓練以及裝備操作中應用較為廣泛，可以提供較為真實的仿真環境，也可以基于特定的訓練課堂構建各種在現實生活中并不存在的訓練環境。

2.5 工程應用

在管理工程中應用虛擬現實技術提升設計效果與質量，加強對各種信息數據的分析，了解其存在的各種安全隱患問題，制定完善的對策與手段等。

2.6 娛樂應用

在實踐中虛擬現實技術可以為人們提供一個更為真實的虛擬環境，讓人們感受到不同游戲中的不同的樂趣，不斷提升其娛樂感。

3 結語

虛擬現實技術在實踐中有著較為廣泛的應用，可以轉變傳統的人與計算機的交流方式，可以在根本上提升人機互動的人性化發展，對此在實踐中必須要加強對虛擬現實技術的發展及應用進行深入的研究，了解其相關技術手段以及應用范圍，這樣才可以在根本上充分的凸顯虛擬現實技術的價值與作用。

參考文獻

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