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虚拟现实技术 摘要：针对计算机科学的快速发展，为了对虚拟现实技术有更深的研究，从虚拟技术的历史，体系结构的理解出发，结合虚拟现实技术的特点介绍了其在数据和建筑可视化方面，建模方面、设计和规划方面以及培训和教育等方面上的实际运用。并根据虚拟现实技术的发展情况研究汇总了虚拟现实技术在未来发展中可能会遇到的需要解决的问题。研究证明虚拟现实技术正在向生活的各个方面发展，对以后生活会有巨大影响。 关键词：虚拟现实 体系结构 实际应用 发展问题 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00 Astract：With？the rapid development of computer technology，the researchers are？in order to？have a deeper？researchon the？technology of virtual reality. Based on the history of the development？of virtual reality technology，the system structure？of？virtual reality technology and the characteristics of？virtual reality technology，the paper ？introduces data and architectural visualization，modeling、designing and planning， training and education ect. applications. And the paper discusses？the virtual reality？technology？may？have to？need to solve the development problems？according to the analysis of？the current situation of the development of？virtual reality technology？summary， Research proves that？virtual reality technology？is the？development of all aspects of life，？life will be impact with it？in the future Keywords： virtual reality technology the system structure applications the development problem 新兴技术虚拟现实技术是计算机技术、人机结合、三维显示、网络应用、多媒体及仿真等方面的技术综合快速发展的产物。1最新技术虚拟现实技术是让计算机建造一个与现实世界相似的虚拟的环境，然后让使用者有与现实世界一样的感官感受，让他们在虚拟世界中可以有真正身临其境感觉，并可以360度完方位的观察到虚拟环境周围中的事物。这种设身处地的真实感受让虚拟现实技术在医学、娱乐、和教育等方面都有着很多很重要的应用。 1 虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术的历史里程碑有以下几个实验成果 2： 体验剧场：1961年，Morton Heilig创造了一个多感官模拟器。这是一个预先录制的彩色和立体声的电影，其增强了双耳声音，气味，风力和振动的体验。这是第一个创建虚拟现实系统的方法，它有一个环境的所有特点但是他不是互动的。 终极的显示：1965年， Ivan Sutherlang计算图形学之父发表论文“终极的显示”， 文章提到了虚拟现实技术的终极解决方案：要人为建造一个有交互式图形，力反馈，声音，气味和味道的世界。第二年，他完成了第一个虚拟现实系统的硬件实现。他构建了一个安装了显示器（HMD）并可以适当的头部跟踪的装置。它支持一个立体的视角，可以根据用户的头的位置和方向正确更新。 影像场地：Myron Krueger 在1975年提出了一个不存在环境的概念，此系统中用户的轮廓投射在大屏幕上，图像处理技术可以决定用户的二维空间位置并让参与者可以和其他互动。 虚拟世界环境显示：1984年美国宇航局艾姆斯研究中心利用当时的一个立体的单色显示器技术创造了虚拟世界环境。 数据手套：80年代中期，J.Zimmermn 和Jaron.Lanier共同发明了数据手套。在这年虚拟现实技术被Jaron Lanier第一次正式提出。 虚拟现实技术发展至今，我们更多的把这一技术从理论方面转向了实际应用方面，利用他对环境，事件，物体的模拟显现广泛的应用与生活的各个方面。 2 虚拟现实技术的体系结构 虚拟现实技术体系结构分为用户界面、传感器模块、输入处理器模块、模拟处理器模块、模拟处理器模块、渲染处理器模块。用户界面由键盘、鼠标，数据手套、显示器等组成，用于在用户和计算机之间互相传递信息3；传感器模块是用听觉、视觉、触觉以及力学等的传感器装置来使计算机正确感知用户当时所处环境中的情况及虚拟世界环境给用户的体验感知；输入处理器模块是把从传感器模块接收到的信息进行相应的出来然后传送给模拟处理器模块；模拟处理器模块是决定虚拟世界的状态、控制用户和计算机的交互和对象动作。渲染处理器是将视觉，听觉，触觉等传输到传感器模块、实时图像生成同时也是SGI 图形工作站。虚拟世界数据库是设计的主体部分，隶属虚拟世界的对象信息。用来描述动作的脚本和用户信息、灯光效果的控制、程序的控制及硬件设备的支持4。虚拟现实技术体系结构图如图1。 3 虚拟现实技术的特点 3.1虚拟现实技术有新型的人机交互接口 与传统的计算机提供的信息与数据不同，这里的计算机提供的是环境。 用户可以用自身的视觉，听觉，触觉来感知环境，属于自然的动作操作环境取代了以往传统意义上的键盘、鼠标、屏幕和计算机的交互。 用户有逼真的感知和自然的动作，这让人会有身处其中的感觉。 3.2虚拟现实技术的三个特点： （1）沉浸：用户有身临其境逼真的感觉。 （2）交互：用户感知与操作环境。 （3）想象：富有创造性。 4 虚拟现实技术的应用 毫无疑问，在过去几年里虚拟现实技术已经吸引了很多人的兴趣。这个技术应用于很多领域。它提供了一个直观的的，简单的的，强大的人机交互方式。用户可以用在现实生活环境中一样的行为来观看和操作模拟环境，不需要学习以往复杂的用户工作界面。因此，许多应用程序如飞行模拟器，建筑漫游、数据可视化系统被很快的开发。 4.1数据和建筑可视化 长期以来人们一直在收集大量不同的数据。管理兆甚至千兆字节的信息更是不容易的任务。为了更好的体现虚拟现实技术的价值，特殊的可视化技术被开发。他们的目标是使数据直观方便我们访问。台式电脑配备了可视化软件包和简单的接口设备，这是远离数据体现和操作的最佳解决方案。虚拟现实技术提供了一个更直观相互作用方式。 首次尝试应用虚拟现实技术作为一种可视化工具是用于一个建筑演练系统。随着新一代系统的不断发展北卡罗来那大学完成了这一领域开拓性工作。许多其他的研究团队也创造了令人印象深刻的应用比如在1995年斯图加特国会上虚拟世界中梵蒂冈的彼得大教堂的展现及商业虚拟厨房设计工具的出现。虚拟现实技术与传统的计算机图片和动画相比在虚拟环境中存在的感觉和虚拟建筑的空间感都是计算机图片和动画显示无法达到的。虚拟现实技术让你可以看它，在不同的照明条件下像真正的设施一样感知它。我们甚至可以穿过不存或者被破坏了的在房屋例如在德累斯顿的圣母教堂和那些还没建立的建筑5。 虚拟现实技术的科学计算可视化对于另一个领域也是很有用的。导航通过可视化三维空间的巨大数据更容易实现比如美国宇航局艾姆斯研究中心的虚拟风洞6。科学家们使用这样的程序可以利用数据手套输入和操纵数字模型的飞机或航天飞机周围的气流中的虚拟烟流。左右移动（使用一个全面监视显示技术）他们可以观察和分析气流的动态行为来容易发现不稳定区域。这样的可视化系统的优点是显而易见的而且运用这种令人信服的例如飞机复杂外形的设计过程中，再也不需要昂贵的木制模型。虚拟现实技术使设计阶段时间更短和成本更便宜。美国宇航局艾姆斯的成功让更多公司建立类似的装置比如在1995欧洲大众与德国弗劳恩霍夫研究所合作提出了一个关于车身周围气流虚拟风洞探索的原型。其他应用虚拟现实技术的可视化学科还包括了化学分子、地形数据的火星表面等。增强现实是一个人类感知的增强以及作为一个虚拟的用户指南来帮助完成一些任务比如从简单的激光打印机的维护到很复杂的建筑线束形成飞机电气系统的部分技术指南。从简单的激光打印机的维护很复杂飞机电气系统布线控制部分的技术指南。增强现实应用的另一个例子是用于UNC的发展，它的目标是提升医生用超声波视觉来观察病人的身体。 4.2建模，设计和规划 虚拟现实技术建模7使得能在当下环境中知道建模对象的真实样子成为可能。这有几个突出的例子比如弗劳恩霍夫研究所的虚拟设计和设计虚拟厨房的工具为室内设计师谁能想象他们的草图。他们可以改变颜色，纹理和对象的位置，观察整个周边的样子。虚拟现实技术也被成功地应用于曲面造型方法。虚拟现实技术也被成功地应用于曲面造型方法。该技术的优势在于用户可以看到甚至感觉到图形表面在他/她的指尖。虽然这些作品是纯粹的实验室实验，但是他在现实生活中应用的潜力是非常大的。 4.3培训和教育 飞行模拟器8的使用有着悠久的历史，我们可以把它们作为今天的VR的前兆。第一个这样的应用在20世纪50年代末就报道了，这个应用被许多研究机构不断改进用于军事用途。如今有许多民间公司也用这个应用，因为这个运行成本较低，而且比真正的飞行训练更安全。 在一些项目中培训是必不可少的而且仿真结果能提供巨大的好处，因此他们广泛被应用于宇航员执行危险任务训练来提高在真实现实世界执行任务的效率。另一个应用是用于医学院的学生通过窥镜对眼睛，手和脚的操作的培训。 虚拟现实技术在人类各个方面都有举足轻重的地位。作为一种媒介，虚拟现实技术使人类更容易感知的数据或自然现象的出现。所以在此基础上应用于教育是理所当然的，建筑规则的直观演示，参观虚拟博物馆，虚拟绘画室或虚拟的音乐演奏都是虚拟现实技术在教育中的运用，这种技术让我们的教育更加具体，能让学生身临其境的学习。 5 虚拟现实技术的发展问题 5.1虚拟现实技术用户的活动范围有限 在用户使用虚拟现实技术时，往往会因为带着很多掉线的输入传感器设备，这让用户在使用的时候不太方便，而且活动的范围不会太大。现在大多虚拟现实技术产品用户使用时只能原地活动。 5.2虚拟现实技术设备太复杂繁重 在用户使用虚拟现实技术时，现在都会带上很繁重的输入设备比如虚拟头盔，手套等等，这些让用户的负重感会明显增加，用户行动起来会有诸多不便，灵活性不高。 5.3虚拟现实技术标准的统一 由于虚拟现实技术是一个新兴技术，他的开发和设计都还没有一个国际统一标准，每个虚拟现实技术产品都是有着自己的输入，显示和操作模板，为了以后虚拟现实技术的更好发展，虚拟技术的各个方面都应该有相应的统一标准。 6 结语 虚拟现实技术是计算机技术快速发展的产物。人们对他的还需要深入研究，本文针对虚拟现实技术的特点对其应用进行了简单的叙述和相应的分析，显而易见虚拟现实技术的发展前途是不可限量的，在未来虚拟现实技术一定会在人类活动中不可取代的占有一席之地。 参考文献 1牟长军，童志伟.综述虚拟现实技术及其应用J.装备制造技术，2007（1）：64-65. 2陶雪琴，李婷.虚拟现实技术的历史及发展J.中国新通信，2012（23）：41. 3张璐.基于虚拟现实技术的用户界面设计与研究D.东华大学，2013. 4庄春华，王普.虚拟现实技术及其应用M.电子工业出版社，2006.1. 5李越琼，范劲松.基于虚拟现实技术的佛山“数字祖庙”构建J.华南师范大学学报（自然科学版），2013.45（3）：106-109. 6刘光然，张丽霞.虚拟现实技术M.清华大学出版社，2014.7. 7贾春燕，王腊梅，贾跃宗.虚拟现实技术的特点及应用J.科技向导，2011（35）：193. 8彭仕安.虚拟现实技术在飞行器训练中的应用及虚拟精度的探讨D.北京航空航天大学，2000.