虚拟现实技术简介

1、虚拟现实简介及行业发展前景一、虚拟现实简介虚拟现实(Virtual Reality ,简称VR,又译作灵境、幻真)是近年来 出现的高新技术，也称 灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模 拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉 等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地 观察三度空间内的事物百科内容：VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传 感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的 三维视、听、嗅觉 等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算， 将精确的3

2、D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG) 技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行 处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术 模拟系统。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作 与交互的一种全新方式，与传统的 人机界面以及流行的视窗操作相比， 虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世 界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上 难以实现的或根本无法实现的。而 虚拟”是指用计算机生成的意思。因 此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各

3、种特殊装置将自己 投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊 的目的，即人是这种环境的主宰。、虚拟现实分类行业概况：北京傲唯刃道科技有限公司甘健先生认为：供求关系是一个行业能否 快速发展的前提。目前来看，市场需求是很大的，而供应方面却略显 不足，尤其是拥有核心知识产权，专利产品及服务质量过硬的企业并 不多，行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段，行业需求巨大， 发展前景好，这是毋庸置疑的。但如何保持行业的健康，稳定且可持 续发展，需要业内企业的共同努力，尤其需要发挥吃毛求疵的研发精 神，进一步提高研发技艺，降低成本，真正解决客户的实际困难，严 把质量关，提供最可靠的产品及服务。当前，北京傲

4、唯刃道科技有限 公司比较关注的领域包括：（AR、增强现实、VR、虚拟现实、 多点 触摸、多点触控、云技术、云端、云智慧、数字沙盘、电子沙盘、数字城市、数字社区、数码城市、智慧城市、互联网城市、数字地 产、虚拟旅游、数字旅游、汽车仿真、军事仿真、多媒体沙盘、 互 动沙盘、数字家庭、数字农业、数字地球、数字校园、地理信息系统、 城市作息化、Ipad售楼、边缘融合、 三维数字仿真、全息技术、数字 模型、环幕投影、虚拟楼盘、文物古物复原、展品复原、电子翻书、虚拟仿真、建筑动画、三维图形、 企业宣传片、仿真技术、立体投影、影视动画、非线性编辑、电脑动画、 数字媒体、虚拟制造、视 景仿真、人工智能、 虚拟

5、世界、产品动画、 虚拟社区、增强实境、 体感游戏、体感手机、体感运动机、体感技术、 体感控制、数字 互动媒体、人机交互等）三、空间信息可视化的形式地图是空间信息可视化的最主要的形式，也是最古老的形式。在 计算机上，将空间信息用图形和文本表示，是在计算机图形学出现的 同时也就出现了。这是空间信息可视化的较为简单而常用的形式，可 以说是一维形式，多媒体技术的产生和发展，使空间信息可视化进入 一个崭新的时期。可视化的形式也五彩缤纷，呈现多维化的局面，并 正在发展，现把空间信息可视化主要形式介绍于下：1、地图：它有两种形式：纸质或其它介质地图及屏幕上的电子地 图。由于计算机技术的发展，这两种形式仅是计

6、算机上数字地图的硬、 软拷贝的差别。硬拷贝的是纸质地图，软拷贝 -屏幕上的电子地图比 前者具有更多的优点：其制作灵活，形式极其多样，修改制作方便， 周期短，色彩丰富，动态性强，查询方便、快捷。从而使人们能从不 同的高度、不同的方式、不同的角度和不同的详细程度来观察空间客 体信息；2、多媒体地学信息：综合、形象地表现空间信息的使用文本、表 格、声音、图像、图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联接并集 成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。各种多媒体形式能够形象、真实地表示空间信息某些特定方面，作为全面地表示空间 信息的不可缺少的手段。3、三维仿真地图三维仿真地图是基于三维仿真和计算机三维

7、真 实图形技术而产生的三维地图，经具有仿真的形状、光照、纹理， 也可以进行各种三维的量测和分析。4、虚拟现实虚拟现实是空间信息可视化进一步研究和发展的新 方式。它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人 机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境， 使人们有如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。四、地学可视化的类型GIS的多维可视化是指采用2.5维、3维和4维等地图表现形式反 映地理实体的多维特征。包括：地图可视化GIS可视化专业应用领域可视化1、地图可视化类型(1)虚拟地图，在计算机屏幕上产生的地图。(2)动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，可以动态显示

8、地学 数据的不同角度的观察，不同方法的表示结果，或者随时间的变化结 果。(3)交互交融地图，是指人可与地图进行相互作用和信息交流。交互 即相互改变显示行为，交融即投入感和沉浸感。(4)超地图，多媒体地图。是与超文本概念对应的。地理可视化的范围大于地图可视化2、GIS可视化：主要指真三维的可视化、2.5维、动态可视化等。3、专业可视化：专业应用领域的计算、模拟和结果在 GIS支持下的可视化显示。4、VR-GIS （虚拟地理信息系统）虚拟现实技术和GIS技术的结合。对于GIS系统来说，目前还不 需要数字头盔、数据手套、数字外衣等设备，它使用虚拟现实建模语 言（VRML）技术，实现 GIS可视化的技

9、术。是虚拟现实技术和 GIS 技术结合的产物。主要是充实 GIS可视化的技术内容。五、虚拟现实技术简介虚拟现实技术：又称灵镜技术。是指通过数字头盔、数据手套、 数字外衣，以及三维立体显示器、三维鼠标、立体声耳机等使人能完 全沉浸计算机生成创造的一种特殊三维图形环境，并且人可以操作三 维图形环境，实现特殊的目的。虚拟现实技术是计算机硬件、软件、传感、人工智能、心理学及地 理科学发展的结晶。它是通过计算机生成一个逼真的环境世界，人可 以与此虚拟的现实环境进行交互的技术。从本质上讲，虚拟现实技术（VR）是一种崭新的人机交互界面， 是物理现实的仿真。它的出现彻底改变了用户和系统的交互方式，创 造了一种

10、完全的、令人信服的幻想式环境，人们不但可以进入计算机 所产生的虚拟世界，而且可以通过视觉、听觉、触觉，甚至嗅觉和味 觉多维地与该世界沟通。这是一种具有巨大意义和潜力的技术，正在 迅速的发展之中。1、VR硬件：VR的硬件目前并不定形，主要有以下几种(1)图像生成器，它的作用是快速进行图形运算；(2)操纵和控制设备：实现位置跟踪和控制的鼠标器，跟踪球和游戏杆；数据手套，其手指部分装有传感器；数据紧身衣；最新的操纵是通过眼睛和思维操纵，这是通过测定神经系统的微小电流来操作的；(3)位置跟踪装置：机械盔甲：提供快速准确的跟踪；超声波传感器；光学位置跟踪器；惯性跟踪器；(4)立体视见装置：采用偏光眼镜或

11、屏幕分割或立体镜产生图像的左右视差等手段来产生 立体。(5)头盔：产生立体图像或二维地图。2、VR的硬件级别.初级VR是以PC机或低档工作站为硬件基础；.基本VR是在初级VR上，增加立体观察器，3D或6D鼠标或游戏 杆和数据手套等；.高级3D是在上述基础上增加图像加速器，帧缓存等，对于PC机则 是必须增加3D加速卡和3D音卡；.沉浸式VR,其中必须增加沉浸显示装置，如多个大型投影式显示 器，还可以增加触觉、力感和接触反馈等交互设备。.驾驶舱仿真器：这是一个封闭式的虚拟环境，设备个人化并较为昂 贵；. DIVE (Distributed Interactive Virtual Environme

12、nt)分布式交互虚拟 环境，这是一个Internet上开发基于多个网络用户的虚拟环境、其用户 界面及地域广阔，用户众多，分布式交互，共享性高；基于其享式或 3D综合环境等应用系统上的实验平台，这完全称得上是一个小型的世 界；. SIMNET和作战仿真互联网(Defense Simulation Internet)是目前世 界上最大的VR项目，目的是使不同的仿真器可在网络上互联，用于部队的联合训练和演习，即位于德国的坦克仿真器可与位于美国的坦克 仿真器一起联合进行军事演习。上述7种VR,硬件部分一级比一级复杂、投入也高得多。3、软件系统共分两类：一类是工具包，即程序库，往往需要程序员根据具体需

13、要来进行编程；另一类是创作工具，后者不需要复杂的编程，有较多 不同层次的商品软件：.免费VR:这些是VR系列的入门级产品，代表产品为Rend38& Maltiverse。一般可从国际互联网上免费下载。.低价 VR 程序：代表产品为 Dimension International 的 Virtual Reality Stud10 (VRS)。.中档VR软件包：它们一般可称是优秀的专业软件包，而且仅要 求计算机作为基本硬件，这类代表产品有 Vitus的Virtus Walkthrough, Quick Time Vr 以及 Sense 8的 World Tollkit For Windows。.高

14、价VR软件：是高档的精彩的VR产品，需要多种硬件支持。 代表产品有 Straylight 公司的 MotoVB, Dimension, International 的 Superscape VRTB 等。4、VR的分类VR的类型是根据它的交互性质来分的，也即是根据它能实现人的视 感、听感、触感、嗅感和传感器的程度和质量来区分。根据目前所见 资料，可分下列几种：.世界之窗（WOW: Window on World System 它仅用显示器和音卡 来显示虚拟世界，它的衡量标准是”看起来真实，听着真实，物体的行 为真实;.视频映射它在上述 WOW基础上把用户的轮廓剪影作为视频输入 与屏幕二维图形合

15、成，屏幕上显示用户身体和虚拟世界的交互过程；.沉浸式系统 完全的VR系统把用户的视点和其它感觉，完全沉浸到 虚拟世界中，它可以是头盔加其它交互硬件，也可以是多个大型投影 仪产生的一个洞穴；4,遥视、遥作 遥视把用户的感觉和真实世界中的远程传感器、遥测 仪连接起来，并用机器人，机器手进行远程操作。实际上，阿波曼登 月计划和网络会诊，网络手术已显现了这方面的实际进展；5.混合现实遥现和虚拟现实的结合产生了混合现实和无缝仿真，例 如脑外科手术时，脑外科医生看到的是由真实场景，预先得到的扫描 图像和实时超声图像组合而成的场景；领航员则在它的头盔或显示屏 上既看到电子地图和数据，又看到真实景象。5、VR

16、的意义由上已完全可以见VR具有极大深远的意义。它将组成人们的环境 -一个极其广阔的世界级环境，它本身是共享的，协同的，分布的。这 个环境是虚拟的现实，必须是真实世界的仿真，因而地理信息的可视 化将是第一位的。世界是不能试验的，大的环境工程也不能试验。甚至小到一个雕 塑、一个零件，进而一栋房屋，一项工程，大而言之一场战争，其实 际运作需要很多时间和经费，而且大型的过程无法重新进行，现在可 能以在虚拟现实中进行模拟和实验，找出最佳方案。VR技术使用前景 是无可估量的，其意义是极其巨大的，它是影响整个 21世纪及未来的 信息技术。要制造好一个虚拟现实，就必须加深理解我们的现实世界，尤其是 地学环境，

17、这是不可缺的。途径几千年历史长河的地学科学，它对地 学环境的描写，对浩瀚信息的综合概括，层次化图形符号的模型化表 达是正在迅速发展中VR的基石和向导。相对而言VR技术的发展，对 地理信息的可视化将提出更高、更复杂的要求。5、VR技术的应用VR技术最先进的应用领域就是军事国防。飞行模拟：飞行员的飞行训练是一件十分昂贵、危险和困难的事， 由于飞行费用昂贵，飞行均在高速中进行，天空中对飞行员的保护又 很有限，对飞机的保护几近于零。一个细小的疏忽，就会造成机毁人 亡的严重事故。因此，世界上VR的应用均首先从飞行模拟开始。飞行 员载上头盔，坐在VR装备的飞行座仓内，由VR制作的飞行气氛和 电子地图及飞行仪表的显示，以及驾驶员进行操作，机械和仪表的相应运作及反馈，使飞行员在虚拟的飞行状态中进行各种训练。大大提高了飞行员训练密度、强度和质量以及降低了训练的费用。战斗模拟：VR应用不仅用于飞机，而且还用于船舰、坦克通讯及步 兵演习。随着网络VR技术的出现，美军得以在被其称为防御模拟互 联网”的全球范围内实施Simnet坦