2025年虚拟现实项目实战解析

虚拟现实技术的发展

一,虚拟现实的概述

概括地说，虚拟现实(VR-virtualReality)是一种探讨

怎样实现人与计算机之间理想交互方式的技术。计算机的使用离

不开人与计算机之间的交互，而这种交互是通过人机接口来实

现的。虚拟现实技术就是为了建立起以便自然的人与计算机的交

互环境，顺从于人类的习惯，实现人们所熟悉的形象而直观的交

互方式。有了虚拟现实技术之后，计算机图形接口的视窗就消失

了，顾客可以进入到计算机生成的环境中去与计算机进行直观自

然的交互。

虚拟现实是一种先进的人机接口技术，运用虚拟现实技术，

计算机可以产生一种三维的、基于感知信息的临场环境,该环境

对顾客的控制行为作出动态的交互反应，并为顾客的行为所控制°

定义的关键是基于感知信息的临场环境和交互性。虚拟现实是运

用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使顾客“进入”

到该环境中，实现顾客与该环境进行自然交互的技术。

虚拟现实技术具有如下4个重要特性：1.多感知性(MuIti

—sensaton)；2,存在感(Presence)；3.实时交互性(Rea—

TimeInteraetivity)；4.自主性(Autonomy)

二、虚拟现实技术

(1)动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR技术的关键内容。动态环境建模技术的

重要目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，运月获

取的三维数据建立对应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采

用CAD技术(有规则的环境),而更多的状况则需采用非接触式的

视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

建模内容还包括对象的物理属性、运动特性和行为特性。

(2)迅速三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，而这里的关键是怎样实现

“迅速”生成。为了到达实时目的，至少要保证图形的刷新频

率不低于15帧/秒，最佳是高于30帧/秒。在不减少图形

的质量和复杂程度的前提下，怎样提高刷新频率将是该技术的

研究内容。

(3)立体显示和传感器技术

VR的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展，既有的V

R设备还远远不能满足系统的需要，例如头盔式三维立体显

示屏有如下缺陷：过重(1.5—Zkg)、辨别率低(LCD,图像质量

差)、延迟大(刷新频率慢)、行动不便(有线)、跟踪精度低、视场

不够宽、眼睛轻易疲劳等,因此有必要开发新的三维显示技术。

同样数据手套、数据衣等均有延迟大、辨别率低、作用范围小、

使用不便等缺陷。此外，力觉和触觉传感装置的研究也有待深

入深入，VR设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。

(4)人机交互技术

如三维手势识别与跟踪技术、语言识别与合成技术、顾客视线跟

踪技术、表情识别与合成技术等。

(5)应用系统开发工具

VR应用的关键是寻找合适的场所和对象，即怎样发挥想象力

和发明性,选择合适的应用对象可以大幅度地提高生产效率，减

轻劳动强度，提高产品质量，为了到达这一目的,必须研究VR

的开发工具，例如VR系统开发平台、分布式VR技术等。

(6)系统集成技术

由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成

技术起着至关重要的作用,

集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技

术、数据管理模型等。

(7)顾客的适应性分析

研究在既有硬件技术的条件下，怎样通过不一样性能设备的组合

来满足顾客的规定，例如，在高辨别率和真彩色不能同步满足时,

研究高辨别率与灰度级、低辨别率与真彩色的不一样组合时顾客

的适应性，这种组合与应用类型又直接有关，该研究对于设计实

际的应用系统至吴重要。总之，目前VR的重要问题有两个方

面，首先是既有的硬件技术难以到达实际应用所规定的性能，例

如，图形显示的刷新频率平均达不到每秒10帧，与规定的每

秒30帧相差甚远；由于使用了液晶显示技术，图形辨别率低、

时延较大；三维跟踪范围小、精度低等;另一方面是开发VR应

用系统时，由于对人的认知模型缺乏深入理解加之硬件的限制，界

于娱乐以外的目的之前，必须在图形性能和HMD的辨别率

方面有较大的改善,并且价格必须降到可以接受的程度，伴随高性

能微处理芯片的出现和彩色液晶显示的迅速改善，这一点可望在

一两年内做到。到九十年代末，家庭VR市场上将出现剧烈的竞

争，那时VR的应用系统将供不应求，基于VR的游艺中心将

在几年后来取代既有的以二维为主的游艺中心。然而，vR需要

有巨大威力的计算机，既有的VR系统一般使用价值为1

万到2万美元（或更昂贵）的计算机，虽然是最低配置的低端

VR系统也需要功能很强的桌面计算机（如高档微机或工作站）,

例如，假如使用looMHz的飞跃微机和特殊的图形加速板，描绘

2000到3000个带有纹理的多边形也仅能到达每秒10到

加帧的刷新频率.在高端VR系统方面，SGI企业目前可以提供

价值10万美元的RealityEngine2。SGI称仅用一年

的时间Reali-tyEngineZ系统的年销售额就从1亿美元

上升到了10亿美元，RealityEngineZ系统的设计性能为

以每；秒30帧的速度描绘具有60万个全纹理、真彩色多边

形的虚拟环境,VRAM的容量为160MB，使用RealityEng

ineZ所描绘的环境已经到达以假乱真的程度。微处理芯片的

发展无疑将极大地加速VR的推广。Intel企业已确立了一

种称为MieroZ000的计戈U,使单个芯片所含的晶体管数到

达8千万到1亿个，芯片将具有4个并行处理器，处理

速度可达250MHz，运算速度到达每秒20亿条指令，它可

能具有图形和图像单元，因此使得VR到达很高的程度。下个世

纪的VR也许并不使用头盔，而是出现家庭媒体室。世界上第

一种媒体室CAvE已由美国的minois大学的电子可视化

试验室于1992年研制成功,cAvE是一种立方体，六个面都

是显示屏幕，每个屏幕背面使用一种SGIVGX工作站来控制

投影显示,6个工作站由以太网连接，并由一台SGIPerso

naIIrix系统作为主机，用户使用品有跟踪功能的液晶立体眼

镜可以观测各个视角的立体图像。

四、我国虚拟现实研究状况及发展

对策无庸置疑，VR技术将会对整个计算机领域的发展及其应

用产生不可估计的作用。目前，世界各国都投入了大量的人力、

物力、财力来研究VR技术及其应用系统，但都仅仅处在探索

阶段,各国都在积极探索适合本国国情的VR应用领域。我国的

研究人员也不一样程度地开展了VR研究，但重要是以跟踪为

主，我国的飞行仿真系统起步较晚，但发展十分迅速，此外，我

国在遥现技术、可视化技术、虚拟仿真技术以及传感设备等方面

都开展了研究和开发。不过目前的间题是,VR研究没有明确的

目的,技术力量分散，资金投入局限性，形成不了研究规模，因此也

就完毕不了实用的系统。鉴于这种状况，,我们提出我国VR技

术研究与应用的发展对策。

1.指导思想

（1）明确应用目的，确定详细的应用项目，联合各方力量，合

作开发详细应用系统；

（2）部分引进关键设备，加紧应用系统开发；

（3）加强国际交流，亲密注视国外的最新发展。

2.发展对策

提议国家统一组织力量，集中开发VR应用系统°VR的应用

要亲密结合我国的实际，提议集中对如下三个方面进行系统开

发。首先，面向国民经济主战场，竭力应用VR技术来处理大中

型企业生产过程中的实际问题并产生经济效益。可以运用vR

指导下的遥控机械或机器人辅助危险、高劳动强度以及超净环境

下的人工操作，有效地处理工人的安全和超负荷工作问题，极大

地提高生产效率，例如遥控采矿VR系统、遥控炼钢VR系统等；

广泛运用VR技术提高工人岗位训练的效率和质量。例如复杂

仪器和机械操作的训练系统、铁路调度员的训练系统（甚至辅助

铁路的调度规戈力提高铁路的使用率和安全率）、多种车辆、轮船、

飞机等架驶员的训练系统等;运用VR技术实现虚拟设计知虚拟

制造例如clMs,虚拟设计制造系统、复杂建筑物的设计可视化

系统、都市规划可视化系统等。另一方面，开拓军事应用领域，

提高国