虛擬現(xiàn)實的概念、特征、技術及應用

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虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

　　這里，虛擬環(huán)境處理器是VR系統(tǒng)的心臟，完成虛擬世界的產(chǎn)生和處理功能。輸入設備給VR系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。而輸出設備是由VR系統(tǒng)把虛擬環(huán)境綜合產(chǎn)生的各種感官信息輸出給用戶，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。其主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:

　　動態(tài)環(huán)境建�！�—虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術的目的就是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要建立相應的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術，更多的情況則需采用非接觸式的視覺技術，兩者有機結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。

　　實時三維圖形生成技術——三維圖形的生成技術已經(jīng)較為成熟，這里的關鍵是如何實現(xiàn)“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

　　在不降低圖形的質(zhì)量和復雜程度的前提下，如何提高刷新頻率是該技術的主要內(nèi)容。

　　立體顯示和傳感器技術——虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展，現(xiàn)有的設備遠遠不能滿足需要，比如頭盔式三維立體顯示器有以下缺點:過重(1.5 kg至2kg)、分辨率低(圖像質(zhì)量差)、延遲大(刷新頻率低)、行動不便(有線)、跟蹤精度低、視場不夠?qū)�、眼睛容易疲勞等，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術。同樣，數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等都有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點。另外，力覺和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入，虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

　　應用系統(tǒng)開發(fā)工具——虛擬現(xiàn)實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。選擇適當?shù)膽�用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。為了達到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具，例如VR系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實技術等。

　　系統(tǒng)集成技術——由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術、數(shù)據(jù)管理模型、識別與合成技術等等。