虚拟现实技术及其应用范文

关键词:虚拟现实(vr);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(vr)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称vr),又称灵境技术,是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外,还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据,并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

丰富的感觉能力与3d显示环境使得vr成为理想的视频游戏工具。如chicago(芝加哥)开放了关于3025年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的vr娱乐系统;1992年的一台称为“legealqust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度vr产品奖。

作为传输显示信息的媒体,vr所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为vr提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局darpa自80年代起一直致力于研究称为simnet的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用vr技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三）医学领域

vr在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、hmd、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

pieper及satara等研究者在90年代初基于两个sgi工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于hmd及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。

另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,vr技术都有十分重要的意义。

（四）管理工程领域

vr在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用vr技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯,并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

虚拟现实技术及其应用范文

1虚拟现实技术的定义和主要内涵

那么虚拟现实技术是什么样的呢？正如其字面所示的那样,就是用现在先进的硬件技术和软件技术来虚拟现实中的事或者物以达到人们能够轻易地对其进行操作与处理的目的。虚拟现实技术所包含的内涵主要有如下几个:(1)首先虚拟现实技术应当是一个计算机系统,该系统能够创造虚拟世界并且允许人们进行体验。(2)虚拟现实技术是一种以用户为核心的、足够先进的计算机接口。(3)虚拟现实技术能够让人把自己所熟知的空间与计算机系统处理信号时的处理空间保持一致。(4)虚拟现实技术是可以让人通过计算机看见并且能够操作比较复杂的数据,且能够和其交互的一种操作方式。(5)虚拟现实技术是一种具有三维的合成环境的媒介,人们能够按照自己的愿望从任何一个视点自由且实时地完成设计、探测和模拟。

虚拟现实技术是一种应运而生的技术,然而在早期的应用之中主要是用在互动娱乐上面。随着硬件条件不断地升级、软件技术不断地得以提高,虚拟现实技术才能够在工程设计、机械设计制造、医疗、电子商务、教育和军事等方面进行较为成熟的应用。由于现在虚拟现实技术趋于日渐成熟,所以其在各个领域当中发挥的作用不可忽视,对此要跟上技术前沿发展的脚步,关注虚拟现实技术的继续发展。

2机械设计制造中的虚拟现实技术的主要特征以及关键技术

虚拟现实技术同样也在机械设计制造领域中有所应用,由于机械设计制造领域当中涉及到机械模型设计、模具设计,而这些用虚拟现实技术能够方便快速地设计机械模型、对机械模型进行仿真,并且能够快速地对不满意的地方进行修改。

虚拟现实技术是一种集计算机技术、仿真技术、传感与测量技术以及微电子技术等为一体的新型技术。它的学术特点体现在各个学科间的相互交错,因而其应该具备以下几个主要特征。

(1)多感知性。因为要求虚拟现实技术能够虚拟出现实世界,并让我们人类更好地进行体验,其就必须具备多感知的特性:这不仅仅包括视觉、触觉、听觉,还应当包含有嗅觉和味觉。

(2)存在感。要求让用户有种在现实世界中的存在感。虚拟世界中的所有的一切,用户都能明确的感觉到,并且能够触摸得到、看得见、闻得到以及感觉得到。

(3)自主性。用虚拟现实技术创造出来的虚拟世界中的物体必须按照物理学规律进行运动。实时地显示、交互和参与,把人的主要活动提升成人机合一的活动,完成了自主性的职能开发系统。

(4)交互性。这是虚拟现实技术中的重要特性,是指用户能够对虚拟环境中的各个物体进行操作并且能从物体中得到某些反馈信息。人机交互是虚拟现实系统中的一种近乎自然的交互,使用者能够利用多种交互手段例如电脑键盘、鼠标进行交互,并且支持更多的设计行为。

(5)沉浸性。对于虚拟世界,观察者的情感反映就是沉浸性,由于虚拟现实技术能够虚拟出非常逼真的现实世界,用户利用触觉、听觉、视觉来感受发生在虚拟世界中的一切,可以虚拟出机械创新的设计环境,并且产生一种身临其境的感觉。

虚拟现实技术在机械设计制造中关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、立体展示和传感技术、应用系统开发技术和系统集成技术。而在机械设计制造中用的最多的技术就是动态环境建模技术、实时三维图向生成技术以及立体展示和传感技术。这些技术在实际工程运用当中是相当重要的,用得好就能事半功倍,能够设计出更好的产品、制作出出色的产品。

3虚拟现实技术在机械设计制作中的应用

虚拟现实技术在机械设计制作中的应用应当包括前期的概念设计、中期的产品虚拟设计以及后期的虚拟制作。下面对各个时期虚拟现实技术的运用给予一些简要说明。

(1)前期虚拟概念设计。概念设计是指一个产品该如何设计,需要考虑到那些方面的因素、问题以及所花的时间、资金等很多综合情况,属于创造性思维的体现。虚拟现实技术在这个阶段中为设计者提供一定的语言识别录入和手势跟踪的输入,使设计者更为方便有效地完成产品各个模块的建模工作。

(2)中期虚拟设计。是指设计人员设计一个虚拟的产品,然后对其进行相关测试来判定是否满足设计的需要。

(3)后期虚拟制造。就是用虚拟现实技术模拟产品的制作过程,能够及时发现制作过程中的错误,避免实际生产制造中的损失。

在制造业中已经成功地推广应用虚拟制造技术,尤其是在汽车、航空航天等领域的应用特别典型。虚拟制造能够在汽车生产模具、工装与设备,甚至是设计校车之前,就很容易地在工艺过程与生产系统时进行分析、修改、建模及优化。例如,早在1997年通用电动车部就利用UGII软件,建成了世界上第一个完全数字化的机车样机模型,并围绕这个数字模型并行地进行产品设计、分析、制造夹模具工装设计和可维修性设计。例如,波音飞机公司设计777飞机的时候,就是使用了虚拟制造技术,从设计、装机、测试都是在计算机中完成模拟的,分散在全球各地的波音公司的技术人员能够从777客机难以数清的零部件中,随意调出其中任何一种在计算机上进行讨论、研究、观察,所有的零部件都是三维实体模型。

4结语

现在,虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用,但仍是初级阶段。可以预见得到,虚拟现实技术将逐渐应用到设计制作的各个环节中,为设计制造业的蓬勃发展提供无限动力。

参考文献

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虚拟现实技术及其应用范文篇3

关键词：3DMAX软件；虚拟现实技术；概述；分析；应用

0引言

目前，我国利用3DMAX软件实现了虚拟现实技术在各行业的运用，为我国各行业的发展提供了助力。因为3DMAX软件是一种三维呈现信息的方式，所以基于3DMAX软件所建立的虚拟现实环境，能够通过广角全方位地呈现环境的信息和特点，这有利于行业相关人士对某一技术发展情况的了解和应用。因此，本文主要针对3DMAX软件的虚拟现实技术的应用进行详细的分析和研究，以期为我国的虚拟现实技术的应用提供更为广阔的思路，使其在不同领域起到更多的作用。

13DMAX软件概述

3DMAX软件是基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，最初主要应用于游戏创作，后期逐步运用于电影创作。3DMAX软件的特点是上手容易、性价比高，同时因其具有可堆叠的建模步骤，所以进一步得到了广泛使用和发展。尤其是3DMAX软件在虚拟现实技术和环境的模拟建立中的特点和作用，进一步推广了3DMAX软件的虚拟现实技术在不同领域的应用。本文正是基于3DMAX软件，探讨虚拟现实技术在不同领域的应用。

2虚拟现实技术以及相关技术的概述和分析

虚拟现实技术主要是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够使用户沉浸于该环境中。目前，我国各行业都使用了虚拟现实技术，有效地推进了行业经济的快速发展。主要是通过对模拟环境、感知、自然技能和传感设备等的建立，完成自身对周围环境的认知和了解。目前主要有力觉、听觉、视觉，未来的发展方向还会有嗅觉和触觉，同时可以依据使用者的数据进行分析，完成使用者下达的命令。3DMAX软件的虚拟现实技术，即通过三维展现信息的方式，让虚拟世界的物体按照现实世界的物理规律运动。

33DMAX软件的虚拟现实技术的应用研究

3.13DMAX软件制作虚拟现实场景的方法和技术

（1）基于实景的虚拟现实技术的运用。利用3DMAX软件基于实景实现虚拟现实场景，主要是通过对现实的数据以及实地的景物的获取，利用3DMAX软件进行建模，同时在场景的材质选择以及建设真实感的过程中，可以选择贴图模式。并且，可以在虚拟现实系统初始化的过程中导入模型对象化，实时呈现，从而全方位地展现虚拟现实的技术和环境，为后期的三维场景的完善和建立奠定基础，进而有助于3DMAX软件制作虚拟现实场景。因此，基于实景的虚拟现实技术的形成过程是离不开3DMAX软件的支持和帮助的。

（2）基于虚拟环境的虚拟现实技术的运用。虚拟现实技术中，利用3DMAX软件除了可以使用基于实景的虚拟现实技术以外，还可以使用基于虚拟环境的运用。而目前基于虚拟环境的显示技术主要可以从两方面进行分析：第一种是基于图像的方法进行技术运用和分析，第二种是基于模型的方法进行技术运用和分析。我国目前使用3DMAX软件的虚拟现实技术，主要就是以基于模型建立为主的技术运用方式。因为基于模型的技术运用是以几何实体为基础的，可以利用计算机通过统一的数据输出和几何图形绘制技术，构建一个实体的立体几何图形，然后使用3DMAX软件进行建模，这样能够快速地建立现实虚拟场景。在加入虚拟现实模型后，通过实现交互式虚拟环境，可以完成使用者对场景的移动、推动，以及旋转等动作的实现和感触，从而呈现一个三维立体的现实虚拟环境，达到具有真实触感的要求。而且，基于虚拟环境的虚拟现实技术，主要涉及的相关技术有三维实体几何模型建立的技术、实时渲染技术以及碰撞检测技术，需要具有物理属性。

（3）3DMAX的虚拟现实技术的工具使用。使用3DMAX软件实现虚拟现实环境，需要选择不同的技术工具作为支持。经过多年的经验和技术的总结，主要需要四种工具，分别是VR软件技术、3DMAX软件、图像处理软件和GIS软件。这四种工具的选择，能够全方位地呈现3DMAX软件的虚拟现实技术，符合虚拟环境中物w所需遵循的现实世界的物理规律，并且能够根据科学的比例，建立1U1的数据模型。VR软件主要是对虚拟现实技术中的场景进行仿真还原，对视景仿真、声音仿真，同时因为VR软件能够支持多种数据模式，兼容性较高，所以应用范围极广，减少了时间的浪费。此外，MultigenCreator软件主要是因为实时三维建模软件能够利用数据的特点，对场景进行真实的还原，通过地理信息系统得到的数据构造相关地形的特点，从而达到城市仿真、环境仿真以及模拟仿真的技术和要求。最重要的是，其具有的交互式感应技术和可视化技术，是目前虚拟现实技术中最为先进的技术，能够达到目前对虚拟现实技术的全部要求。

3.23DMAX软件制作虚拟现实场景的具体实施办法

（1）首先，3DMAX软件制作虚拟现实场景需要收集数据。因为利用3DMAX软件建立虚拟现实环境，需要对模拟的场景进行数据收集，所以应该通过相关部门获取需要模拟的数据。比如模拟长安古城，首先需要通过有关部门获取长安古城的原始资料，通过了解图纸资料、GPS和GIS获取最新的资料和数据比例，并且在获得原始数据以及最新数据的过程中进行对比以及校正，同时依照相关的比例，对长安古城进行等比例缩小，然后把照片做成地形贴图，这样能够为以后的建模提供方便。其次，需要准备好贴图资料，与地形贴图做好对比。贴图资料主要有两种模式：第一种是透明的纹理，主要是通过相关的图像处理软件处理后得到的，是非常简单的一种贴图资料处理方式。同时也可以对现场场景进行拍摄。第二种则是不透明的纹理，主要是通过数字化相机得到的数字化图片，可以使用PS软件进行修图，建立一个模型纹理库。

（2）需要三维实体建模。利用3DMAX软件建立虚拟现实技术，其中较为基础和重要的环节就是建立三维实体建模的过程，因为这一过程关系到虚拟现实技术的仿真以及呈现的关系。同时，需要根据不同的物体建立不同的模型，主要可以通过三个方面进行三维实体建模的构建：第一，合理减少模型的面数。因为在虚拟现实技术中，建筑模型的面数是可以塑造的，在一定程度上会影响虚拟现实场景的效果，所以应该在保证建筑数据和模型真实性以及有效性的基础上，合理地调整和减少面数，只有在必要的情况下，才可以选择使用或者细致化面数。第二，纹理的形成对图形的质量和画质会产生一定的影响，易造成画面失真。因此，应该尽量减少和压缩纹理的存在空间，但是一定要保证模型纹理的像素是2的n次幂，这样才可以保证显现的模型纹理是正确和准确的，才不会对虚拟现实模型造成一定的影响。

43DMAX虚拟现实技术建模过程中技术问题的解决办法

4.1选择科学的方式读取数据

利用3DMAX软件建立虚拟现实环境，其中最重要的环节就是对数据信息的读取和存储。并且，在读取的过程中不能丢失数据信息，要确保在导入模块的时候不会受到阻碍。因此，在这一过程中，首先需要使用的工具就是3DSMAX软件，同时通过使用Export软件，导出模型的有关数据和模块，将其转变为3DS格式的文件。然后在读取信息的时候，需要处理信息转化过程中多余的信息面，一般采用的是面合并以及点合并的形式和方法。这样不仅可以让图像更加清晰、立体感觉更强，还符合虚拟现实技术的要求和标准，达到了3DMAX软件对虚拟现实三维成像的要求。

4.2使用细节层次模型建立技术

虚拟现实技术在3DMAX软件中的实现不仅仅是由小建筑构成的，而是由大量的大型建筑和环境构建的。因为小建筑更容易是画质流畅的实时漫游的特点，所以在实现3DMAX上更容易。但是大建筑因为需要构建的模型较大，数据较多，不能确保建筑的每一个面都是画质流畅的，并且是否能够实现全面实时漫游的状态也不能确定，在不同角度和背景下选择的工具和使用的数据不同，也会产生不一样的效果。因此，需要使用LOD技术，这样可以实现在不同层次之下，同一物体具有不同的视角、不同的精细度，呈现出物体的立体状况，最终实现实时交互的目标。同时，手工建模可以实现以及焦距拉远的时候就可以选择简单的模型，这样便于拍摄（下转第页）（上接第页）和管理，能够减少虚拟现实技术对场景和建筑还原的时间。

4.3使用自由度技术

虚拟现实技术在3DMAX环境中的呈现，不仅仅需要动态的视觉环境，还需要静态的建筑。因此，应该使用自由度技术，这样可以有效地掌握虚拟现实环境中动静结合的关系。比如人和建筑之间的动态关系、人和车之间相对静态的关系等，这些都需要使用自由度技术。先设定一个坐标，然后虚拟现实技术中的所有场景都围绕这个坐标运动，从而达到动静结合的目的。

5结语

我国对3DMAX软件的虚拟现实技术的应用起源于20世纪，经过20多年的发展和运用，目前3DMAX软件的虚拟现实技术已经广泛应用于我国的各行各业。我国的3DMAX软件的虚拟现实技术逐渐成熟，无论是在建筑、医疗、电影，还是环境模拟等方面都起到了重要作用。因此，P者简单地对3DMAX软件以及虚拟现实技术的运用进行了分析，论述了3DMAX软件在虚拟现实环境建立中的技术和方法，进一步加深了对3DMAX软件和虚拟现实技术内容的理解。

参考文献：

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