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虛擬現實技術

(計算機技術)

鎖定
虛擬現實技術(簡稱VR),又稱虛擬環境、靈境或人工環境,是指利用計算機生成一種可對參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受,並允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術。 [1] 
虛擬現實起源於1965年美國Ivan sutherland在IFIP會議上發表的題為“The ultimate Display”(終極的顯示)的論文。論文中提出,人們可以把顯示屏當作“一個通過它觀看虛擬世界的窗口”,以此開創了研究虛擬現實的先河。1968年Ivan sutherland研究成功頭盔顯示裝置和頭部及手部跟蹤器。由於技術上的原因,20世紀80年代以前,VR技術發展緩慢,直到80年代後期信息處理技術的飛速發展促進了VR技術的進步。90年代初國際上出現了VR技術的熱潮,VR技術開始成為獨立研究開發的領域。 [1] 
VR系統的基本特徵是三個“I”:沉浸(Immersion)、交 互 (Interaction) 和 想 象(Imagination),強調人在VR系統中的主導作用,使信息處理系統適合人的需要,並與人的感官感覺相一致。VR系統主要分為沉浸類、非沉浸類、分佈式、增強現實四類。 [1] 
中文名
虛擬現實技術
外文名
virtual reality technology
別    名
虛擬環境
靈境或人工環境
概    念
允許交互地觀察和操作的虛擬世界的技術

虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術 虛擬現實技術
虛擬現實技術具有超越現實的虛擬性。它是伴隨多媒體技術發展起來的計算機新技術,它利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術,生成三維逼真的虛擬環境,用户需要通過特殊的交互設備才能進入虛擬環境中。這是一門嶄新的綜合性信息技術,它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支,從而大大推進了計算機技術的發展。它的一個主要功能是生成虛擬境界的圖形,故此又稱為圖形工作站。目前在此領域應用最廣泛的是SGI、SUN等生產廠商生產的專用工作站,但近來基於Intel奔騰Ⅲ(Ⅳ代)代芯片的和圖形加速卡的微機圖形工作站性能價格比優異,有可能異軍突起。圖像顯示設備是用於產生立體視覺效果的關鍵外設,目前常見的產品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現實世界的同時,提供高分辨率、大視場角的虛擬場景,並帶有立體聲耳機,可以使人產生強烈的浸沒感。其他外設主要用於實現與虛擬現實的交互功能,包括數據手套三維鼠標、運動跟蹤器、力反饋裝置、語音識別與合成系統等等。虛擬現實技術的應用前景十分廣闊。它始於軍事和航空航天領域的需求,但近年來,虛擬現實技術的應用已大步走進工業、建築設計、教育培訓、文化娛樂等方面。它正在改變着我們的生活。
虛擬與現實兩詞具有相互矛盾的含義,把這兩個詞放在一起,似乎沒有意義,但是科學技術的發展卻賦予了它新的含義。虛擬現實的明確定義不太好説,按最早提出虛擬現實概念的學者J.Laniar的説法,虛擬現實,又稱假想現實,意味着“用電子計算機合成的人工世界”。從此可以清楚地看到,這個領域與計算機有着不可分離的密切關係,信息科學是合成虛擬現實的基本前提 。

虛擬現實技術主要特徵

多感知性(Multi-Sensory)——所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由於相關技術,特別是傳感技術的限制,目前虛擬現實技術所具有的感知功能僅限於視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。
浸沒感(Immersion)——又稱臨場感或存在感,指用户感到作為主角存在於模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用户難以分辨真假,使用户全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中,該環境中的一切看上去是真的,聽上去是真的,動起來是真的,甚至聞起來、嚐起來等一切感覺都是真的,如同在現實世界中的感覺一樣。
交互性(Interactivity)——指用户對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如,用户可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體,這時手有握着東西的感覺,並可以感覺物體的重量,視野中被抓的物體也能立刻隨着手的移動而移動。
構想性(Imagination)——又稱為自主性——強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想像空間,可拓寬人類認知範圍,不僅可再現真實存在的環境,也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。
一般來説,一個完整的虛擬現實系統由虛擬環境、以高性能計算機為核心的虛擬環境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統、以方位跟蹤器、數據手套和數據衣為主體的身體方位姿態跟蹤設備,以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統等功能單元構成

虛擬現實技術面臨的問題

生成虛擬現實需要解決以下三個主要問題:

虛擬現實技術

以假亂真的存在技術。即怎樣合成對觀察者的感官器官來説與實際存在相一致的輸入信息,也就是如何可以產生與現實環境一樣的視覺,觸覺,嗅覺等。

虛擬現實技術

相互作用。觀察者怎樣積極和能動地操作虛擬現實,以實現不同的視點景象和更高層次的感覺信息。實際上也就是怎麼可以看得更像,聽得更真等等。

虛擬現實技術

自律性現實。感覺者如何在不意識到自己動作、行為的條件下得到栩栩如生的現實感。在這裏,觀察者、傳感器、計算機仿真系統與顯示系統構成了一個相互作用的閉環流程。

虛擬現實技術關鍵技術

虛擬現實是多種技術的綜合,其關鍵技術和研究內容包括以下幾個方面:

虛擬現實技術1、環境建模技術

虛擬環境的建模,目的是獲取實際三維環境的三維數據,並根據應用的需要,利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。

虛擬現實技術2、立體聲合成和立體顯示技術

在虛擬現實系統中消除聲音的方向與用户頭部運動的相關性,同時在複雜的場景中實時生成立體圖形。

虛擬現實技術3、觸覺反饋技術

在虛擬現實系統中讓用户能夠直接操作虛擬物體並感覺到虛擬物體的反作用力,從而產生身臨其境的感覺。

虛擬現實技術4、交互技術

虛擬現實中的人機交互遠遠超出了鍵盤和鼠標的傳統模式,利用數字頭盔、數字手套等複雜的傳感器設備,三維交互技術與語音識別、語音輸入技術成為重要的人機交互手段。

虛擬現實技術5、系統集成技術

由於虛擬現實系統中包括大量的感知信息和模型,因此係統的集成技術為重中之重:包括信息同步技術、模型標定技術、數據轉換技術、識別和合成技術等等。
虛擬現實是在計算機中構造出一個形象逼真的模型。人與該模型可以進行交互,併產生與真實世界中相同的反饋信息,使人們獲得和真實世界中一樣的感受。當人們需要構造當前不存在的環境(合理虛擬現實)、人類不可能達到的環境(誇張虛擬現實)或構造純粹虛構的環境(虛幻虛擬現實)以取代需要耗資巨大的真實環境時,就可以利用虛擬現實技術。
為了實現和在真實世界中一樣的感覺,就需要有能實現各種感覺的技術。人在真實世界中是通過眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官來實現視覺、觸覺(力覺)、嗅覺等功能的。人們通過視覺觀看到色彩斑斕的外部環境,通過聽覺感知豐富多彩的音響世界,通過觸覺瞭解物體的形狀和特性,通過嗅覺知道周圍的氣味。總之,通過各種各樣的感覺,使我們能夠同客觀真實世界交互(交流),使我們浸沉於和真實世界一樣的環境中。
在這裏,實現聽覺最為容易;實現視覺是最基本的也是必不可少的和最常用的;實現觸覺只有在某些情況下需要,現在正在完善;實現嗅覺還剛剛開始。 人從外界獲得的信息,有80%—90%來自視覺。因此在虛擬環境中,實現和真實環境中一樣的視覺感受,對於獲得逼真感、浸沉感至為重要。
在虛擬現實中和通常圖像顯示不同的是,要求顯示的圖像要隨觀察者眼睛位置的變化而變化。此外,要求能快速生成圖像以獲和實時感。例如,製作動畫時不要求實時,為了保證質量每幅畫面需要多長時間生成不受限制。而虛擬現實時生成的畫面通常為30幀/秒。 有了這樣的圖像生成能力,再配以適當的音響效果,就可以使人有身臨其境的感受。
能夠提供視覺和聽覺效果的虛擬現實系統,已被用於各種各樣的仿真系統中。城市規劃中,這樣的系統正發揮着巨大作用。例如,許多城市都有自己的近期、中期和遠景規劃。在規劃中需要考慮各個建築同周圍環境是否和諧相容,新建築是否同周圍的原有的建築協調,以免造成建築物建成後,才發現它破壞了城市原有風格和合理佈局。
這樣的仿真系統還可用以保護文物、重現古建築。把珍貴的文物用虛擬現實技術展現出來供人蔘觀,有利於保護真實的古文物。山東曲阜的孔子博物院就是這麼做的。它把大成殿也製成模型,觀眾通過計算機便可瀏覽到大成殿幾十根鏤空雕刻的盤龍大石柱,還可以繞到大成殿後面遊覽。
用虛擬現實技術建立起來的水庫和江河湖泊仿真系統,更能使人一覽無遺。例如建立起三峽水庫模型後,便可在水庫建成之前,直觀地看到建成後的壯觀景象。蓄水後將最先淹沒哪些村莊和農田,哪些文物將被淹沒,這樣能主動及時解決問題。如果建立了某地區防汛仿真系統,就可以模擬水位到達警戒線時哪些堤段會出現險情,萬一發生決口將淹沒哪些地區。這對制定應急預案有莫大的幫助。
虛擬現實的廣泛用途,把計算機應用提高到一個嶄新的水平,其作用和意義顯而易見。此外,還可從更高的層次上來看待其作用和意義。 一是在觀念上,從“以計算機為主體”變 成“以人為主體”。二是在哲學上使人進一步認識“虛”和“實”之間的關係。
過去的人機界面(人同計算機的交流)要求人去適應計算機,而使用虛擬現實技術後,人可以不必意識到自己在同計算機打交道,而可以像在日常環境中處理事情一樣同計算機交流。這就把人從操作計算機的複雜工作中解放出來。在信息技術日益複雜、用途日益廣泛的今天,這充分發揮信息技術的潛力具有重大的意義。
虛和實的關係是一個古老的哲學命題。我們是處於真實的客觀世界中,還是隻處於自己感覺世界中,一直是唯物論和唯心論爭論的焦點。以視覺為例,我們所看到的一切,不過是視網膜上的影像。過去,視網膜上的影像都是真實世界的反映,因此客觀的真實世界同主觀的感覺世界是一致的。現在,虛擬現實導致了二重性,虛擬現實的景物對人感官來説是實實在在的存在,但它又的的確確是虛構的東西。可是,按照虛構東西行事,往往又會得出正確的結果。因此就引發了哲學上要重新認識“虛”和“實”之間關係的課題。

虛擬現實技術代表性設備

在VR系統中,有許多有趣的、功能不同的專用設備,下面選一些代表性的設備加以介紹。

虛擬現實技術BOOM可移動式顯示器

它是一種半投入式視覺顯示設備。使用時,用户可以把顯示器方便地置於眼前,不用時可以很快移開。BOOM使用小型的陰極射線管,產生的像素數遠遠小於液晶顯示屏,圖像比較柔和,分辨率為1280×1024像素,彩色圖像。

虛擬現實技術數據手套:數據手套

一種輸入裝置,它可以把人手的動作轉化為計算機的輸入信號。它由很輕的彈性材料構成。該彈性材料緊貼在手上,同時附着許多位置、方向傳感器和光纖導線,以檢測手的運動。光纖可以測量每個手指的彎曲和伸展,而通過光電轉換,手指的動作信息可以被計算機識別。

虛擬現實技術TELETACT手套

它是一種用於觸覺和力覺反饋的裝置,利用小氣袋向手提供觸覺和力覺的刺激。這些小氣袋能被迅速地加壓和減壓。當虛擬手接觸一件虛擬物體時,存儲在計算機裏的該物體的力模式被調用,壓縮機迅速對氣袋充氣或放氣,使手部有一種非常精確的觸覺。

虛擬現實技術數據衣

為了讓VR系統識別全身運動而設計的輸入裝置。數據衣對人體大約50多個不同的關節進行測量,包括膝蓋、手臂、軀幹和腳。通過光電轉換,身體的運動信息被計算機識別。通過BOOM顯示器和數據手套與虛擬現實交互數據衣。

虛擬現實技術虛擬現實技術的分類

虛擬現實技術桌面級的虛擬現實

桌面虛擬現實利用個人計算機和低級工作站進行仿真,計算機的屏幕用來作為用户觀察虛擬境界的一個窗口,各種外部設備一般用來駕馭虛擬境界,並且有助於操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設備包括鼠標,追蹤球,力矩球等。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個手控輸入設備,如鼠標,追蹤球等,坐在監視器前,通過計算機屏幕觀察360度範圍內的虛擬境界,並操縱其中的物體,但這時參與者並沒有完全投入,因為它仍然會受到周圍現實環境的干擾。桌面級的虛擬現實最大特點是缺乏完全投入的功能,但是成本也相對低一些,因而,應用面比較廣。常見桌面虛擬現實技術有:
基於靜態圖像的虛擬現實技術:這種技術不採用傳統的利用計算機生成圖像的方式,而採用連續拍攝的的圖像和視頻,在計算機中拼接以建立的實景化虛擬空間,這使得高度複雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計算代價得到,從而使得虛擬現實技術可能在PC平台上實現。
VRML(虛擬現實造型語言):它是一種在Internet網上應用極具前景的技術,它採用描述性的文本語言描述基本的三維物體的造型,通過一定的控制,將這些基本的三維造型組合成虛擬場景,當瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時,在本地進行解釋執行,生成虛擬的三維場景。VRML的最大特點在於利用文本描述三維空間,大大減少了在Internet網上傳輸的數據量,從而使得需要大量數據的虛擬現實得以在Internet網上實現。
桌面CAD系統:利用Open GL、DirectDraw等桌面三維圖形繪製技術對虛擬世界進行建模,通過計算機的顯示器進行觀察,並有能自由地控制的視點和視角。這種技術在某種意義上來説也是一種虛擬現實技術,它通過計算機計算來生成三維模型,模型的複雜度和真實感受桌面計算機計算能力的限制。

虛擬現實技術投入的虛擬現實

高級虛擬現實系統提供完全投入的功能,使用户有一種置身於虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設備,把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來,並提供一個新的、虛擬的感覺空間,並利用位置跟蹤器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身在虛擬環境中、並能全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有:
基於頭盔式顯示器的系統:在這種系統中,參與虛擬體驗者要戴上一個頭盔式顯示器,視聽覺與外界隔絕,根據應用的不同,系統將提供能隨頭部轉動而隨之產生的立體視覺、三維空間。通過語音識別、數據手套、數據服裝等先進的接口設備,從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進行交互,如同現實世界一樣。這是目前沉浸度最高的一種虛擬現實系統。
投影式虛擬現實系統:它可以讓參與者從一個屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象,為此,使用中電視技術中的"鍵控"的技術,參與者站在某一純色(通常為蘭色)背景下,架在參與者前面的攝像機捕捉參與者的形象,並通過連接電纜,將圖像數據傳送給後台處理的計算機,計算機將參與者的形象與純色背景分開,換成一個虛擬空間,與計算機相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一起投射到參與者觀看的屏幕上,這樣,參與者就可以看到他自己在虛擬空間中的活動情況。參與者還可以與虛擬空間進行實時的交互,計算機可識別參與者的動作,並根據用户的動作改變虛擬空間,比如來回拍一個虛擬的球或走動等,這可使得參與者感覺就象是在真實空間中一樣。
遠程存在系統:遠程存在系統是一種虛擬現實與機器人控制技術相結合的系統,當某處的參與者操縱一個虛擬現實系統時,其結果卻在另一個地方發生,參與者通過立體顯示器獲得深度感,顯示器與遠地的攝像機相連;通過運動跟蹤與反饋裝置跟蹤操作員的運動,反饋遠地的運動過程(如阻尼、碰撞等),並把動作傳送到遠地完成。

虛擬現實技術增強現實性的虛擬現實

增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界,而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受,也就是增強現實中無法感知或不方便感知感受。這種類型虛擬現實典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器,它可以將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上,它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數據,從而可集中精力盯着敵人的飛機和導航偏差。

虛擬現實技術分佈式虛擬現實

如果多個用户通過計算機網絡連接在一起,同時參加一個虛擬空間,共同體驗虛擬經歷,那虛擬現實則提升到了一個更高的境界,這就是分佈式虛擬現實系統。目前最典型的分佈式虛擬現實系統是作戰仿真互聯網和SIMNET,作戰仿真互聯網(Defense Simulation Internet, DSI)是目前最大的VR項目之一。該項目是由美國國防部推動的一項標準,目的是使各種不同的仿真器可以在巨型網絡上互聯,它是美國國防高級研究計劃局1980年提出的SIMNET計劃的產物。SIMNET由坦克仿真器(Cab類型的)通過網絡連接而成,用於部隊的聯合訓練。通過SIMNET,位於德國的仿真器可以和位於美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界,參與同一場作戰演習。

虛擬現實技術應用

早在20世紀70年代便開始將虛擬現實用於培訓宇航員。由於這是一種省錢、安全、有效 的培訓方法,現在已被推廣到各行各業的培訓中。目前,虛擬現實已被推廣到不同領域中,得到廣泛應用。

虛擬現實技術1.在科技開發上

虛擬現實可縮短開發週期,減少費用。例如克萊斯勒公司1998年初便利用虛擬現實技術,在設計某兩種新型車上取得突破,首次使設計的新車直接從計算機屏幕投入生產線,也就是説完全省略了中間的試生產。 由於利用了卓越的虛擬現實技術,使克萊斯勒避免了1500項設計差錯,節約了8個月的開發時間和8000萬美元費用。利用虛擬現實技術還可以進行汽車衝撞試驗,不必使用真的汽車便可顯示出不同條件下的衝撞後果。
在虛擬現實技術已經和理論分析、科學實驗一起,成為人類探索客觀世界規律的三大手段。用它來設計新材料,可以預先了解改變成分對材料性能的影響。在材料還沒有製造出來之前便知道用這種材料製造出來的零件在不同受力情況下是如何損壞的。

虛擬現實技術2.商業上

虛擬現實常被用於推銷。例如建築工程投標時,把設計的方案用虛擬現實技術表現出來,便可把業主帶入未來的建築物裏參觀,如門的高度、窗户朝向、採光多少、屋內裝飾等,都可以感同身受。它同樣可用於旅遊景點以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。因為用虛擬現實技術展現這類商品的魅力,比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。

虛擬現實技術3.醫療上

虛擬現實應用大致上有兩類。一是虛擬人體,也就是數字化人體,這樣的人體模型醫生更容易瞭解人體的構造和功能。另一是虛擬手術系統,可用於指導手術的進行。

虛擬現實技術4.軍事上

利用虛擬現實技術模擬戰爭過程已成為最先進的多快好省的研究戰爭、培訓指揮員的方法。也是由於虛擬現實技術達到很高水平,所以儘管不進行核試驗,也能不斷改進核武器。戰爭實驗室在檢驗預定方案用於實戰方面也能起巨大作用。1991年海灣戰爭開始前,美軍便把海灣地區各種自然環境和伊拉克軍隊的各種數據輸入計算機內,進行各種作戰方案模擬後才定下初步作戰方案。後來實際作戰的發展和模擬實驗結果相當一致。

虛擬現實技術5.娛樂上

應用是虛擬現實最廣闊的用途。英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上載着頭盔顯示器,手腳上都裝着傳感器。雖然在斗室裏,只要做着各種各樣的滑雪動作,便可通過頭盔式顯示器,看到堆滿皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁,一一從身邊掠過,其情景就和在滑雪場裏進行真的滑雪所感覺的一樣。

虛擬現實技術6.教育上

(1) 虛擬校園
虛擬校園是虛擬現實技術在教育領域最早的具體應用,雖然大多數虛擬校園僅僅實現校園場景的瀏覽功能,但虛擬現實技術提供的活的瀏覽方式,全新的媒體表現形式都具有非常鮮明的特點。天津大學早在 1996 年,在 SGI 硬件平台上,基於VR ML國際標準,最早開發了虛擬校園,使沒有去過天津大學的人,可以領略近代史上久富盛名的大學。隨着網絡時代的來臨,網絡教育迅猛發展,尤其是在寬帶技術將大規模應用的今天,內一些高校已經開始逐步推廣、使用虛擬校園模式。
(2) 虛擬教學
在虛擬教學方面,可以應用教學模擬進行演示、探索、遊戲教學。利用簡易型虛擬現實技術表現某些系統(自然的、物理的、社會的)的結構和動態,為學生提供一種可供他們體驗和觀測的環境。建立教學模擬的關鍵工作是創建被模擬對象(真實世界)的模型,然後用計算機描述此模型,通過運算產生輸出。這些輸出能夠在一定程度上反映真實世界的行為。教學模擬是一種十分有價值的 CAI 模式,在教學中有廣泛的應用。例如中國地質大學開發的地質晶體學學習系統,利用虛擬現實技術演示它們的結構特徵,直觀明瞭。
(3) 虛擬培訓
虛擬現實技術的特點在虛擬培訓方面表現得比較突出。虛擬現實技術的沉浸性和交互性,使學生能夠在虛擬學習環境中扮演一個角色,全身心地投入學習,這非常有利於學生的技能訓練。利用沉浸型虛擬現實系統,可以做各種各樣的技能訓練,對高職技能性教學有着無比強大的推動作用。西南交通大學開發的 TDS- JD 機車駕駛模擬裝置可摸擬列車起動、運行、調速及停車全過程,可向司機反饋列車運行過程中的重要信息。如
每節車輛的車鈎力或加速度、列車管壓力波傳遞過程等,進行特殊運行情況下的事故處理,有完善的訓練結果評價及合理的評分標準。它在國內首先採用計算機成像及 Windows 界面,是國內市場佔有率最高的模擬裝置,可任意進行列車編組,可選擇任意線路斷面,可在有場景條件下模擬操縱,也可在無場景情況下。

虛擬現實技術7.工業上

工業仿真、安全生產應急演練、三維工廠設備管理、虛擬培訓等都是虛擬現實技術在工業方面的應用。 下面針對幾個比較典型的實例來表述虛擬現實技術的工業方面的應用情況。
(1)石油行業
三維海上油田 三維海上油田
石油行業三維數字化系統是近幾年來隨着信息技術的飛速發展,石油需求的急劇增加和經濟信息全球化的逐步加深而出現的一項新技術。它在能源行業的信息交流和管理決策中發揮着越來越重要的作用。 利用虛擬現實技術構建能源安全作業虛擬仿真訓練系統,提供多人在線交互式訓練功能。推行封閉式演示、指南式嚮導操作和開放式自由操作的培訓模式,開發能源安全作業虛擬仿真訓練系統,能有效地解決了能源安全作業培訓的成本、安全和效果問題。
構建一個全面的三維仿真信息化系統,在此係統內進行設備管理、管線管理、安全應急演練等,構建作業區三維環境,附加作業區周圍方圓百公里GIS數據,包括衞星影像圖及DEM高程數據等。再此基礎上創建設備及管線數據,實現設備及管線的信息查詢、測量分析、飛行控制等操作。
(2)航天行業
機場環境模擬
基於ConverseEarth虛擬地球構建機場三維場景,在其上疊加衞星影像、高程數據、矢量數據,使用ConverseEarthEditor創建機場三維模型,真實再現停機坪、候機廳、油庫、航加站等場所。
機場運維
實現信息化管理,實現物品三維化管理,系統功能界面和三維界面無縫對接,點擊三維可查詢信息,點擊二維條目和定位三維模型;飛機調度三維可視化展現,將調度模塊嵌入三維繫統內,實時瞭解當前飛機的飛停狀態,並進行三維實時表現。GPS跟蹤通過讀取來自定位系統的實時位置信息來驅動加油車、操作員動態變化,具有很強的立體表現效果,是二維GPS管理系統所不具備的。
卸油站、油庫、航加站一體化信息管理及安全應急演練
應急模擬演練:提供虛擬的演練場景:在虛擬環境中,根據預案,對災害現場和災害過程進行模擬仿真,提供多人在線的演練手段,為參訓者在計算機上提供生動逼真演練各項應急救援任務的虛擬環境,並考核演練結果,達到良好的培訓效果。
工藝培訓方面:通過對工藝流程的界面仿真、操作仿真,數據仿真,為參訓者在計算機上提供供油工藝流程動態演示培訓環境。
(3)電力行業
三維電力協同作業 三維電力協同作業
三維電力輸電網絡信息系統採用3DGIS融合VR的思路,利用數字地形模型、高分辨率遙感影像構建基礎三維場景能夠真實再現地形、地貌,採用創建三維模型再現輸電網絡、變電站、輸電線路周邊環境、地物的空間模型。電力設備可通過傳感器將現場狀態進行虛擬現實再現,同時實現三維查詢功能,二維網頁和三維場景進行無縫連接,實現二、三維一體化管理,為領導及工作人員提供全方位、多維、立體化的輔助決策支持,從而減少處理事故所需時間,減少經濟損失。
系統實現了各種分析功能,如停電範圍分析、最佳路徑分析,當停電事故發生時,系統能快速計算出影像範圍,標繪出事故地點及搶修最優路線。當火災發生時繪製火災波及範圍及對重要設備的影像程度,推薦最佳救援方式。

虛擬現實技術8.現在

虛擬現實技術不僅創造出虛擬場景,而且還創造出虛擬主持人、虛擬歌星、虛擬演員。日本電視台推出的歌星DiKi,不僅歌聲迷人而且風采翩翩,引得無數歌迷紛紛傾倒,許多追星族欲親睹其芳容,迫使電視台只好説明她不過是虛擬的歌星。美國迪斯尼公司還準備推出虛擬演員。這將使“演員”藝術青春常在、活力永存。明星片酬走向天價是導致使用虛擬演員的另一個原因。虛擬演員成為電影主角後,電影將成為軟件產業的一個分支。各軟件公司將開發數不勝數的虛擬演員軟件供人選購。固然,在幽默和人情味上,虛擬演員在很長一段時間內甚至永遠都無法同真演員相比,但它的確能成為優秀演員。不久前由計算機拍成的遊戲節目《古墓麗影》片中的女主角入選全球知名人物,預示着虛擬演員時代即將來臨。

虛擬現實技術9.前景

虛擬現實發展前景十分誘人,而與網絡通信特性的結合,更是人們所夢寐以求的。在某種意義上説它將改變人們的思維方式,甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它,我們可以建立真正的遠程教室,在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、遊戲,就像在現實生活中一樣。使用網絡計算機及其相關的三維設備,我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。
虛擬現實向人們描繪了未來的生活片段,很美妙。由此用户也可以發揮自己豐富的想象力,在我們的電腦前就可以實現與大西洋底的鯊魚嬉戲;參觀非洲大陸天然動物園;感受古戰場的硝煙與刀光劍影;發幽古思今之情;還可以體驗開國大典的莊嚴和東方巨人站立起來的壯志豪情……

虛擬現實技術動漫中的虛擬現實

《刀劍神域》裏出現的各種設備
《加速世界》
《名偵探柯南》2002年劇場版中的娛樂設備“繭”
參考資料
  • 1.    《中國電力百科全書》編輯委員會,中國電力出版社《中國電力百科全書》編輯部 編.中國電力百科全書·電工技術基礎卷.北京:中國電力出版社.2001.第380-381頁.