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新聞來源:新物聯Newiot 整理       發布時間:2019/7/30       共計:1392 瀏覽
虛擬現實技術(英文名稱:Virtual Reality,縮寫為VR),是20世紀發展起來的一項全新的實用技術。虛擬現實技術囊括計算機、電子信息、仿真技術于一體,其基本實現方式是計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感。隨著5G的逐漸商用,各行各業對VR技術的需求日益旺盛。VR技術將迎來巨大的發展空間,并逐步成為一個新的科學技術領域。


一、VR虛擬現實簡介

所謂虛擬現實,顧名思義,就是虛擬和現實相互結合。從理論上來講,虛擬現實技術(VR)是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統,它利用計算機生成一種模擬環境,使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術就是利用現實生活中的數據,通過計算機技術產生的電子信號,將其與各種輸出設備結合使其轉化為能夠讓人們感受到的現象,這些現象可以是現實中真真切切的物體,也可以是我們肉眼所看不到的物質,通過三維模型表現出來。因為這些現象不是我們直接所能看到的,而是通過計算機技術模擬出來的現實中的世界,故稱為虛擬現實。



虛擬現實技術受到了越來越多人的認可,用戶可以在虛擬現實世界體驗到最真實的感受,其模擬環境的真實性與現實世界難辨真假,讓人有種身臨其境的感覺;同時,虛擬現實具有一切人類所擁有的感知功能,比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統;最后,它具有超強的仿真系統,真正實現了人機交互,使人在操作過程中,可以隨意操作并且得到環境最真實的反饋。正是虛擬現實技術的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

二、VR虛擬現實分類
VR涉及學科眾多,應用領域廣泛,系統種類繁雜,這是由其研究對象、研究目標和應用需求決定的。從不同角度出發,可對VR系統做出不同分類。

1、根據沉浸式體驗角度分類
沉浸式體驗分為非交互式體驗、人——虛擬環境交互式體驗和群體——虛擬環境交互式體驗等幾類。該角度強調用戶與設備的交互體驗,相比之下,非交互式體驗中的用戶更為被動,所體驗內容均為提前規劃好的,即便允許用戶在一定程度上引導場景數據的調度,也仍沒有實質性交互行為,如場景漫游等,用戶幾乎全程無事可做;而在人——虛擬環境交互式體驗系統中,用戶則可用過諸如數據手套,數字手術刀等的設備與虛擬環境進行交互,如駕駛戰斗機模擬器等,此時的用戶可感知虛擬環境的變化,進而也就能產生在相應現實世界中可能產生的各種感受。

如果將該套系統網絡化、多機化,使多個用戶共享一套虛擬環境,便得到群體—虛擬環境交互式體驗系統,如大型網絡交互游戲等,此時的VR系統與真實世界無甚差異。



2、根據系統功能角度分類
系統功能分為規劃設計、展示娛樂、訓練演練等幾類。規劃設計系統可用于新設施的實驗驗證,可大幅縮短研發時長,降低設計成本,提高設計效率,城市排水、社區規劃等領域均可使用,如VR模擬給排水系統,可大幅減少原本需用于實驗驗證的經費;展示娛樂類系統適用于提供給用戶逼真的觀賞體驗,如數字博物館,大型3D交互式游戲,影視制作等,如VR技術早在70年代便被Disney用于拍攝特效電影;訓練演練類系統則可應用于各種危險環境及一些難以獲得操作對象或實操成本極高的領域,如外科手術訓練、空間站維修訓練等。

三、VR虛擬現實技術

虛擬現實的關鍵技術主要包括:


1、動態環境建模技術

虛擬環境的建立是VR系統的核心內容,目的就是獲取實際環境的三維數據,并根據應用的需要建立相應的虛擬環境模型。 

2、實時三維圖形生成技術
三維圖形的生成技術已經較為成熟,那么關鍵就是“實時”生成。為保證實時,至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒,最好高于30幀/秒。 

3、立體顯示和傳感器技術

虛擬現實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發展,現有的設備不能滿足需要,力學和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入,虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。



4、應用系統開發工具
虛擬現實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象,選擇適當的應用對象可以大幅度提高生產效率,減輕勞動強度,提高產品質量。想要達到這一目的,則需要研究虛擬現實的開發工具。

5、系統集成技術
由于VR系統中包括大量的感知信息和模型,因此系統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、數據轉換技術、數據管理模型、識別與合成技術等。

四、VR虛擬現實主要應用領域


1、在影視娛樂中的應用

近年來,由于虛擬現實技術在影視業的廣泛應用,以虛擬現實技術為主而建立的第一現場9DVR體驗館得以實現。第一現場9DVR體驗館自建成以來,在影視娛樂市場中的影響力非常大,此體驗館可以讓觀影者體會到置身于真實場景之中的感覺,讓體驗者沉浸在影片所創造的虛擬環境之中。同時,隨著虛擬現實技術的不斷創新,此技術在游戲領域也得到了快速發展。虛擬現實技術是利用電腦產生的三維虛擬空間,而三維游戲剛好是建立在此技術之上的,三維游戲幾乎包含了虛擬現實的全部技術,使得游戲在保持實時性和交互性的同時,也大幅提升了游戲的真實感。 



2、在教育中的應用
如今,虛擬現實技術已經成為促進教育發展的一種新型教育手段。傳統的教育只是一味的給學生灌輸知識,而現在利用虛擬現實技術可以幫助學生打造生動、逼真的學習環境,使學生通過真實感受來增強記憶,相比于被動性灌輸,利用虛擬現實技術來進行自主學習更容易讓學生接受,這種方式更容易激發學生的學習興趣。此外,各大院校利用虛擬現實技術還建立了與學科相關的虛擬實驗室來幫助學生更好的學習。 

3、在設計領域的應用
虛擬現實技術在設計領域小有成就,例如室內設計,人們可以利用虛擬現實技術把室內結構、房屋外形通過虛擬技術表現出來,使之變成可以看的見的物體和環境。同時,在設計初期,設計師可以將自己的想法通過虛擬現實技術模擬出來,可以在虛擬環境中預先看到室內的實際效果,這樣既節省了時間,又降低了成本。 

4、虛擬現實在醫學方面的應用
醫學專家們利用計算機,在虛擬空間中模擬出人體組織和器官,讓學生在其中進行模擬操作,并且能讓學生感受到手術刀切入人體肌肉組織、觸碰到骨頭的感覺,使學生能夠更快的掌握手術要領。而且,主刀醫生們在手術前,也可以建立一個病人身體的虛擬模型,在虛擬空間中先進行一次手術預演,這樣能夠大大提高手術的成功率,讓更多的病人得以痊愈。

5、虛擬現實在軍事方面的應用
由于虛擬現實的立體感和真實感,在軍事方面,人們將地圖上的山川地貌、海洋湖泊等數據通過計算機進行編寫,利用虛擬現實技術,能將原本平面的地圖變成一幅三維立體的地形圖,再通過全息技術將其投影出來,這更有助于進行軍事演習等訓練,提高我國的綜合國力。

除此之外,現在的戰爭是信息化戰爭,戰爭機器都朝著自動化方向發展,無人機便是信息化戰爭的最典型產物。無人機由于它的自動化以及便利性深受各國喜愛,在戰士訓練期間,可以利用虛擬現實技術去模擬無人機的飛行、射擊等工作模式。戰爭期間,軍人也可以通過眼鏡、頭盔等機器操控無人機進行偵察和暗殺任務,減小戰爭中軍人的傷亡率。由于虛擬現實技術能將無人機拍攝到的場景立體化,降低操作難度,提高偵查效率,所以無人機和虛擬現實技術的發展刻不容緩。

6、虛擬現實在航空航天方面的應用
由于航空航天是一項耗資巨大,非常繁瑣的工程,所以,人們利用虛擬現實技術和計算機的統計模擬,在虛擬空間中重現了現實中的航天飛機與飛行環境,使飛行員在虛擬空間中進行飛行訓練和實驗操作,極大地降低了實驗經費和實驗的危險系數。

5G商用即將正式開啟,這為VR虛擬現實應用提供更快速的帶寬、更清晰的場景,VR將有更大的發展空間,也必將帶動VR產業的大發展。


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