多媒体虚拟现实技术的发展与应用

多媒体虚拟现实技术的发展与应用

【摘

要】虚拟现实技术是在以Internet为特征的信息革命中的又一个飞跃,它的沉浸感、交互性、和刺激性为未来媒体的发展确定了方向。虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术结合交融,应用领域越来越广泛,将给人们的工作和生活带来极大的改变。【关键词】虚拟现实、沉浸感、交互性、刺激性

□袁超

术、仿真技术等仿造或创造的人工媒体空间,它是虚拟的,但又有真实感,它通过多种传感设备,模仿人的视觉、听觉、触觉和嗅觉,使用户沉浸在此环境中并能与此环境直接进行自然交互、在三维空间中进行构想,使人进入一种虚拟的环境,产生身临其境的感觉。

虚拟世界是人类思维空间和实践空间的拓展与融合,它使人们不仅以静止的、单调的、无声的语言符号

随着全球经济的兴起和计算机网络技术的蓬勃发展“,虚拟世界”成为社会和计算机应用科学研究者广泛关注及研究的焦点。人们以更方便、更直观的方式与计算机进行交互。生成立体的视觉环境和立体的音响效果,产生和谐友好的人机交互环境,改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状。它融合虚拟现实技术、计算机网络技术、多媒体技术、人工智能技术、现代通信技术等信息技术,形成一个功能强大的、互动性的、全新的媒体,给人们展现一个丰富多彩的、无比奇妙的、非实在的、开放及全新的思维活动和实践活动的世界“,虚拟现实”技术的广泛应用前景,将给人类的工作、生活带来极大的改变和享受。

来抽象地表达和交流思维活动,而能用动态的、多彩的、有声的虚拟形象来直观地展示思维活动的全过程,使人类的思维活动与实践活动更紧密地结合在一起,虚拟世界的存在和发展,使人们因此获得与现实世界中相近的、相同的、甚至在现实世界中难以或无法获得的感受和体验,以便增加和完善人们对现实世界的认识,增强人们在现实世界中的实践能力。这也是人们创造出虚拟技术及虚拟世界的原因和目的。因此,可以说,网络世界在为人们提供现实中完全没有原型的东西时,也为人类敞开了一个未来的生活境界,今天的虚拟世界可能就是明天的真实世界。

虚拟现实技术可主要分为两大类用途:一是军事、科研和生产类用途;另一类是网络信息传播、商务和娱

一、虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是人们借助计算机技术、传感器技

乐用途,人们可以通过头盔显示器、计算机屏幕、耳机、各种传感器和其它输入输出设备与虚拟世界进行信息

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

(上接第56页)程控制。不仅以计算机网络及信息管理等系统工程技术方法为常规手法建立系统模式,而且增加了运筹模式,并尝试随机技术处理过程(如:分级分布控制和分散信号处理等)。在实际使用中有些功能模块组合和流程控制能方便、灵活地应用于实际作业,但有些功能模块组合和流程控制还有待于进一步的实践检验。

否有生命力,关键要看系统方法是否正确,系统理论是否经得起实践的检验。具体地表现在这个系统工程项目能不能在实际使用中正常运转,并被使用者所接受。当然一个系统工程项目从设计到使用有一个逐步完善的过程。只有不断总结经验,扬长避短,才能取得好的效果。也许,我们在这里提出的所谓的理论和方法并不成熟,但我们希望能起到一个抛砖引玉的作用。

五、结语

我们说系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用科学的方法。一个系统工程项目是

(作者单位:江苏省广播电视总台)

57

视听界广播电视技术

传递和交流,相互产生影响和作用,甚至人类思维活动的随意性产物也能在虚拟世界里被尽可能直观地表现出来。

二、虚拟现实技术的主要特性

虚拟现实作为一门比较新的技术,从它初见端倪就引起了广泛地关注。目前虚拟现实技术的应用越来越受到国内科技界的重视。

虚拟技术系统的基本特征可以用3个

“I”来表示,即人们通称的“3I”

特性:强烈的“身临其境”沉浸感;友好亲切的人机交互性;发人想像的刺激性。

当我们利用计算机图形构成的三维数字模型软件制作出一个虚拟的环境,并通过计算机的显示产生逼真的“虚拟环境”,从而使得用户在视觉上产生一种身临其境的感觉,这就是虚拟现实技术的浸没感(Immersion)或临场参与感。虚拟现实与传统方式制作的三维动画不一样,它是一个开放、互动的环境,虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响,这是VR的第二个特征,即交互性(Interaction)。

使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统呈现的图像及声音;

另外,虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。它借助虚拟现实技术,使抽象概念具体化到一定程度,以夸大的形式反映了设计者的思想,其最大限度发挥人类的创造性和想象力。这是VR所具有的第三类特征,即刺激性(Imagination)。

正是由于虚拟现实技术的上述特性,它在许多不同领域的应用,可以大大提高项目规划设计的质量,降低成本与风险,加快项目实施进度,加强各相关部门对于项目的认知、了解和管理,从而为用户带来巨大的经济效益。

三、虚拟现实系统的主要技术装置

一般的虚拟现实系统主要包括计算机系统、头盔、数据手套、六自由度鼠标、操纵杆和传感器等装置。这些VR外设在虚拟现实的运用中起到了非常重要的作用。

立体眼镜是用于3D模拟场景VR效果的观察装置,它利用液晶光阀高速切换左右眼图像原理,可支持

58

逐行和隔行立体显示观察,也可用无线眼镜进行多人团体VR效果观察,是目前流行的VR观察设备。

数据手套是虚拟现实应用的主要交互设备,它作为一只虚拟的手或控件用于3DVR场景的模拟交互,

可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制,可用于WTK、Ve-ga、Jack等VR或视景仿真软件环境中。

三维空间跟踪球是虚拟现实应用中的另一重要的交互设备,用于六个自由度VR场景的模拟交互,可从不同的角度和方位对三维物体观察、浏览、操纵。

三位空间跟踪定位器是VR系统中用于空间跟踪定位的装置,一般与其他VR设备结合使用,如:数据头盔、立体眼镜、数据手套等,使参与者在空间上能够自由移动、旋转,不局限于固定的空间位置,操作更加灵活、自如、随意。

头盔显示器是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备,可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式,辅以空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察,同时观察者可做空间上的自由移动,如;自由行走、旋转等。

四、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛,它在娱乐、视听艺术、教育、医疗等方面的应用发展最快,其次是用于军事和航天领域,如训练驾驶、操作、特技,对海洋、宇宙、地层深处的探索、考察等。

1、医学治疗

例如,医生可以通过虚拟技术在虚拟人体中观察病人体内器官、组织的病变,对虚拟人体的进行切除病变的虚拟手术操作试验,比利用活体进行试验更加安全、经济和方便,还可以减轻外科医生的心理压力。由于通过自动控制系统将虚拟世界与现实世界在信息上高度同一,可以保证手术结果准确无误。

2、航空工业

虚拟现实技术所创造的世界构成了人类新的知识源,扩大了人类的认识范围,拓展了人类的探索领域。例如:人们利用虚拟现实技术进入虚拟的地外天体,进行建造居民生活的虚拟世界,通过虚拟的生产实践活动;为以后某颗人类希望到达的天体构建对应的生存环境。又如,美国航天局科研人员利用“火星探路者”航天器从火星上发回的数据,利用虚拟现实技术虚拟了一个逼真的火星环境,使研究人员对火星的地貌了如

指掌,仿佛身临其境,对研究人员进行火星的研究探索提供了真实的实践感觉。

3、军事

虚拟现实技术为模拟军事训练提供了广阔的应用前景,如作战计划、战场准备、作战指挥、模拟飞行、虚拟战场,以及对新型武器的性能评估等方面,充分显示了虚拟现实技术在军事上的重要性.同时虚拟现实技术还起到了降低训练费用,确保人员安全和减低环境影响的作用。

4、虚拟制造

虚拟现实技术在虚拟制造中对新产品的开发采用的一种新方法,它在计算机上通过虚拟手段来实现工程设计与实施。它能广泛的运用于水利、市政建设、交通运输建设等方面。

5、科学研究和计算的可视化

各种分子结构模型、大坝应力计算的结果、地震石油勘探数据处理等,均十分需要三维(甚至多维)图形可视化的显示和交互浏览,虚拟现实技术为科学研究、探索微观形态等提供了形象直观的工具。

由此可见,随着计算机、多媒体、传感、通讯等技术的进一步发展,虚拟现实将会得到更迅速发展,在未来更多领域中将会得到广泛的应用。

在现实世界中,有些环境场景人们难于身临其境,而虚拟现实却能超越时间与空间、现实与抽象,将各种无法接触的环境再现于人们的眼前,为我们的生活开辟了一个新天地。

在未来虚拟现实技术将成为人类认识自己、探索自然的强有力的工具。可以想象,人作为认识主体的地位将进一步跃升,人的创造潜能将得到更充分的发挥。

参考文献:

《虚拟现实的技术及其应用》清华大⑴曾建超\俞志和学出版社

1996

⑵赵沁平\陈小武《虚拟现实技术与应用》中国计算机报

二月

2001

⑶王成为\高文\王行仁《灵境技术的理论、实现及应用》清华大学出版社

1996

⑷黄南华\李治柱《昨天的创新,今天的标准———谈虚拟现实技术及其应用》

http://zzit.home.shangdu.net⑸周晓琪《虚拟现实技术》

(作者单位:江南大学设计学院多媒体系)

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多媒体虚拟现实技术的发展与应用

【摘

要】虚拟现实技术是在以Internet为特征的信息革命中的又一个飞跃,它的沉浸感、交互性、和刺激性为未来媒体的发展确定了方向。虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术结合交融,应用领域越来越广泛,将给人们的工作和生活带来极大的改变。【关键词】虚拟现实、沉浸感、交互性、刺激性

□袁超

术、仿真技术等仿造或创造的人工媒体空间,它是虚拟的,但又有真实感,它通过多种传感设备,模仿人的视觉、听觉、触觉和嗅觉,使用户沉浸在此环境中并能与此环境直接进行自然交互、在三维空间中进行构想,使人进入一种虚拟的环境,产生身临其境的感觉。

虚拟世界是人类思维空间和实践空间的拓展与融合,它使人们不仅以静止的、单调的、无声的语言符号

随着全球经济的兴起和计算机网络技术的蓬勃发展“,虚拟世界”成为社会和计算机应用科学研究者广泛关注及研究的焦点。人们以更方便、更直观的方式与计算机进行交互。生成立体的视觉环境和立体的音响效果,产生和谐友好的人机交互环境,改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状。它融合虚拟现实技术、计算机网络技术、多媒体技术、人工智能技术、现代通信技术等信息技术,形成一个功能强大的、互动性的、全新的媒体,给人们展现一个丰富多彩的、无比奇妙的、非实在的、开放及全新的思维活动和实践活动的世界“,虚拟现实”技术的广泛应用前景,将给人类的工作、生活带来极大的改变和享受。

来抽象地表达和交流思维活动,而能用动态的、多彩的、有声的虚拟形象来直观地展示思维活动的全过程,使人类的思维活动与实践活动更紧密地结合在一起,虚拟世界的存在和发展,使人们因此获得与现实世界中相近的、相同的、甚至在现实世界中难以或无法获得的感受和体验,以便增加和完善人们对现实世界的认识,增强人们在现实世界中的实践能力。这也是人们创造出虚拟技术及虚拟世界的原因和目的。因此,可以说,网络世界在为人们提供现实中完全没有原型的东西时,也为人类敞开了一个未来的生活境界,今天的虚拟世界可能就是明天的真实世界。

虚拟现实技术可主要分为两大类用途:一是军事、科研和生产类用途;另一类是网络信息传播、商务和娱

一、虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是人们借助计算机技术、传感器技

乐用途,人们可以通过头盔显示器、计算机屏幕、耳机、各种传感器和其它输入输出设备与虚拟世界进行信息

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

(上接第56页)程控制。不仅以计算机网络及信息管理等系统工程技术方法为常规手法建立系统模式,而且增加了运筹模式,并尝试随机技术处理过程(如:分级分布控制和分散信号处理等)。在实际使用中有些功能模块组合和流程控制能方便、灵活地应用于实际作业,但有些功能模块组合和流程控制还有待于进一步的实践检验。

否有生命力,关键要看系统方法是否正确,系统理论是否经得起实践的检验。具体地表现在这个系统工程项目能不能在实际使用中正常运转,并被使用者所接受。当然一个系统工程项目从设计到使用有一个逐步完善的过程。只有不断总结经验,扬长避短,才能取得好的效果。也许,我们在这里提出的所谓的理论和方法并不成熟,但我们希望能起到一个抛砖引玉的作用。

五、结语

我们说系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用科学的方法。一个系统工程项目是

(作者单位:江苏省广播电视总台)

57

视听界广播电视技术

传递和交流,相互产生影响和作用,甚至人类思维活动的随意性产物也能在虚拟世界里被尽可能直观地表现出来。

二、虚拟现实技术的主要特性

虚拟现实作为一门比较新的技术,从它初见端倪就引起了广泛地关注。目前虚拟现实技术的应用越来越受到国内科技界的重视。

虚拟技术系统的基本特征可以用3个

“I”来表示,即人们通称的“3I”

特性:强烈的“身临其境”沉浸感;友好亲切的人机交互性;发人想像的刺激性。

当我们利用计算机图形构成的三维数字模型软件制作出一个虚拟的环境,并通过计算机的显示产生逼真的“虚拟环境”,从而使得用户在视觉上产生一种身临其境的感觉,这就是虚拟现实技术的浸没感(Immersion)或临场参与感。虚拟现实与传统方式制作的三维动画不一样,它是一个开放、互动的环境,虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响,这是VR的第二个特征,即交互性(Interaction)。

使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统呈现的图像及声音;

另外,虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。它借助虚拟现实技术,使抽象概念具体化到一定程度,以夸大的形式反映了设计者的思想,其最大限度发挥人类的创造性和想象力。这是VR所具有的第三类特征,即刺激性(Imagination)。

正是由于虚拟现实技术的上述特性,它在许多不同领域的应用,可以大大提高项目规划设计的质量,降低成本与风险,加快项目实施进度,加强各相关部门对于项目的认知、了解和管理,从而为用户带来巨大的经济效益。

三、虚拟现实系统的主要技术装置

一般的虚拟现实系统主要包括计算机系统、头盔、数据手套、六自由度鼠标、操纵杆和传感器等装置。这些VR外设在虚拟现实的运用中起到了非常重要的作用。

立体眼镜是用于3D模拟场景VR效果的观察装置,它利用液晶光阀高速切换左右眼图像原理,可支持

58

逐行和隔行立体显示观察,也可用无线眼镜进行多人团体VR效果观察,是目前流行的VR观察设备。

数据手套是虚拟现实应用的主要交互设备,它作为一只虚拟的手或控件用于3DVR场景的模拟交互,

可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制,可用于WTK、Ve-ga、Jack等VR或视景仿真软件环境中。

三维空间跟踪球是虚拟现实应用中的另一重要的交互设备,用于六个自由度VR场景的模拟交互,可从不同的角度和方位对三维物体观察、浏览、操纵。

三位空间跟踪定位器是VR系统中用于空间跟踪定位的装置,一般与其他VR设备结合使用,如:数据头盔、立体眼镜、数据手套等,使参与者在空间上能够自由移动、旋转,不局限于固定的空间位置,操作更加灵活、自如、随意。

头盔显示器是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备,可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式,辅以空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察,同时观察者可做空间上的自由移动,如;自由行走、旋转等。

四、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛,它在娱乐、视听艺术、教育、医疗等方面的应用发展最快,其次是用于军事和航天领域,如训练驾驶、操作、特技,对海洋、宇宙、地层深处的探索、考察等。

1、医学治疗

例如,医生可以通过虚拟技术在虚拟人体中观察病人体内器官、组织的病变,对虚拟人体的进行切除病变的虚拟手术操作试验,比利用活体进行试验更加安全、经济和方便,还可以减轻外科医生的心理压力。由于通过自动控制系统将虚拟世界与现实世界在信息上高度同一,可以保证手术结果准确无误。

2、航空工业

虚拟现实技术所创造的世界构成了人类新的知识源,扩大了人类的认识范围,拓展了人类的探索领域。例如:人们利用虚拟现实技术进入虚拟的地外天体,进行建造居民生活的虚拟世界,通过虚拟的生产实践活动;为以后某颗人类希望到达的天体构建对应的生存环境。又如,美国航天局科研人员利用“火星探路者”航天器从火星上发回的数据,利用虚拟现实技术虚拟了一个逼真的火星环境,使研究人员对火星的地貌了如

指掌,仿佛身临其境,对研究人员进行火星的研究探索提供了真实的实践感觉。

3、军事

虚拟现实技术为模拟军事训练提供了广阔的应用前景,如作战计划、战场准备、作战指挥、模拟飞行、虚拟战场,以及对新型武器的性能评估等方面,充分显示了虚拟现实技术在军事上的重要性.同时虚拟现实技术还起到了降低训练费用,确保人员安全和减低环境影响的作用。

4、虚拟制造

虚拟现实技术在虚拟制造中对新产品的开发采用的一种新方法,它在计算机上通过虚拟手段来实现工程设计与实施。它能广泛的运用于水利、市政建设、交通运输建设等方面。

5、科学研究和计算的可视化

各种分子结构模型、大坝应力计算的结果、地震石油勘探数据处理等,均十分需要三维(甚至多维)图形可视化的显示和交互浏览,虚拟现实技术为科学研究、探索微观形态等提供了形象直观的工具。

由此可见,随着计算机、多媒体、传感、通讯等技术的进一步发展,虚拟现实将会得到更迅速发展,在未来更多领域中将会得到广泛的应用。

在现实世界中,有些环境场景人们难于身临其境,而虚拟现实却能超越时间与空间、现实与抽象,将各种无法接触的环境再现于人们的眼前,为我们的生活开辟了一个新天地。

在未来虚拟现实技术将成为人类认识自己、探索自然的强有力的工具。可以想象,人作为认识主体的地位将进一步跃升,人的创造潜能将得到更充分的发挥。

参考文献:

《虚拟现实的技术及其应用》清华大⑴曾建超\俞志和学出版社

1996

⑵赵沁平\陈小武《虚拟现实技术与应用》中国计算机报

二月

2001

⑶王成为\高文\王行仁《灵境技术的理论、实现及应用》清华大学出版社

1996

⑷黄南华\李治柱《昨天的创新,今天的标准———谈虚拟现实技术及其应用》

http://zzit.home.shangdu.net⑸周晓琪《虚拟现实技术》

(作者单位:江南大学设计学院多媒体系)

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