導語：如何才能寫好一篇虛擬現實技術綜述，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：虛擬現實；技術；商業產品；研究

中圖分類號： G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

虛擬現實技術是美國等發達國家在八十年代末期發展起來的一門新技術，到九十年代初期，人們才開始關注虛擬現實技術，虛擬現實技術早期主要運用于電視、游戲等娛樂項目中。目前正在向工業、商業、教育和醫學行業等擴展應用，在當前屬于一項非常活躍的研究領域。

1虛擬現實技術的特點

通常情況下，虛擬現實技術有以下三個特點[1-2]：①沉浸性：虛擬現實技術是結合人類的感官特點和心理特點通過計算機生成三維立體圖像，體驗著可以戴上具有顯示器的頭盔和能顯示數據的手套等設備，通過這些交互設備親身體驗虛擬環境，將自己融入到虛擬環境中，體驗一種身臨其境的感覺。②交互性：即人機交換，體驗者可以通過操作電腦鍵盤和鼠標進行交互，也能通過傳感設備進行交互，如頭盔顯示器、數據手套。計算機能感應到體驗者的手、眼、語言的運動，來調整系統屏幕上的聲音和圖像。在這里，體驗者同樣具有高度的自主性。③多感知性：因為計算機的虛擬現實系統中具有多種感官設備和反應裝置，所以，體驗者通過計算機在虛擬的環境中可以感受視覺、聽覺、觸覺等多種感知來達到一種身臨其境的逼真效果。

2國內外對虛擬現實技術的研究現況

2.1美國主要在用戶界面、感知、后臺軟件和硬件等四個方面進行虛擬現實技術的研究。美國宇航局有一項著名的創作就是對哈勃太空望遠鏡的仿真，還通過虛擬現實技術建立了訓練系統和空間站VR維護。2010年墨西哥和海底發生了大地震，美國科學家們利用虛擬現實分析系統，時刻關注受災地區的情況，同時預報該地是否有斷層移動的現象。美國在建筑虛擬動畫方面也做了深入研究，目前已經建立了不少虛擬建筑場景。

2.2在歐洲，英國在觸覺設計和應用研究方面領先于其他很多國家。2011年4月，英國威廉王子大婚。英國一家公司通過虛擬現實技術模擬了大教堂和周圍建筑群，使用戶仿佛身臨其境。

2.3日本對虛擬現實技術的研究處于領先地位，特別是對虛擬現實游戲的研究。日本東京大學科研院主要研究遠程控制方面；東京大學廣瀨研究室主要研究虛擬現實的可視化問題；筑波大學開發了虛擬行走原型系統。

我國對虛擬現實技術的研究相對發達國家起步晚、有一定差距。不過近幾年來，在我國一些科研機構和高校中，北京航空航天大學計算機系是我國最早研究VR的單位之一，該校在2000年8月成立了實驗室專門研究虛擬現實技術；浙大CAD&CG國家重點實驗室研發了虛擬建筑環境的漫畫系統；哈爾濱工業大學對人類的表情做出了重點研究。目前，國內很多大學生都在研究虛擬現實實景漫游，并且有些研究成果已經被應用到城市建設和規劃中。

3虛擬現實技術在產品設計中的應用

3.1產品外形的設定

產品設計人員可以通過虛擬現實技術模擬出來圖像確定產品的外形，并且還能從各個角度觀察產品，幫助設計人員改進產品中的不足之處，從而可以進一步優化產品。

3.2產品布局檢測

一些結構復雜的產品需要合理、科學的布局，設計者可以通過虛擬現實技術很直觀的看到整個產品的結構，設計人員可以參照計算機上的數據選擇最科學、合理的產品布局方式。同時，虛擬現實技術對設計產品整個具象進行再現[3-4]，包括外形設計到內部結構都能呈現出來，通過人機交互的方式讓設計人員更為直觀的感受產品，方便找出設計不當的地方，從而進一步完善產品，這樣一來，就能科學、高效的規劃產品的布局。

3.3產品的宣傳

宣傳產品是銷售產品的一個重要環節。虛擬現實技術能夠幫人們將虛擬的事物“真實化”，為觀眾提供更多的感知能力，更為生動、直觀的將產品展示給觀眾。虛擬現實技術極大的吸引了觀眾的眼球。

4虛擬現實技術與上海世博會

2010年5月到10月，第41界世博會在我國上海舉行。虛擬現實技術在這次世博會上得到多方面的應用，主要體現在世博館規劃設計、館內虛擬展示和網上世博會三個方面。

1.世博會虛擬規劃設計

針對世博會場地和場館的規劃，設計者利用虛擬現實設計大大提高了場地規劃的科學性的效率。設計中，世博局引入CityMaker系統對用地范圍的實際建筑進行三維建模，將得到的現狀圖片、AutoCAD圖紙等數據資料進行疊加。對于改造方案，也利用虛擬現實技術比較選出最為合理的設計方案。

2.世博場館內虛擬展示

上海世博會全面采用了虛擬展示系統。例如沙特360度環幕的珍寶劇院，在播放深海奇景、星級穿越等情景時，讓觀眾身臨其境、心潮澎湃，虛擬現場為觀眾帶來了非常強烈的視覺體驗。世博會石油館也利用虛擬現實技術，石油館的影院中播放的4D電影《石油夢想》，為觀眾展示了石油演變的整個過程，結合4D影片的效果和情節，設計放映廳的座椅可以前傾后仰，為觀眾帶來動感體驗，同時還能聽到風聲、聞到石油的氣味等，使觀眾對影片印象深刻。

3.網上世博會

網上世博會是實體世博會的擴展和補充。網上世博會是中視典數字科技有限公司的VRP-museum系統和水晶石公司的N-city系統等共同制作完成。網上世博會通過交互的方式為場外人員介紹了世博會的大量背景，包括游線預覽、場館介紹等。

虛擬現實技術成為各個領域發展的突破手段，通過它向人們展示未來生活的片段。虛擬現實技術不僅在商業展示中給人們帶來驚奇的體驗，在其他建筑設計、數字化酒店、大型工程漫游和醫學研究等各方面都有廣泛應用。由此可見，科學技術的應用對我們生活的影響越來越大。

結束語：

作為一項新興技術，虛擬現實技術帶給人們大量的視覺體驗，拉近了觀者與展示產品的距離，有效節約了設計成本，其應用前景十分廣闊，但仍有許多問題有待研究，只有真正找到這些問題的技術實現途徑時，信息處理系統和人之間的隔閡才能完全被克服。

參考文獻：

[1]趙沁平.虛擬現實中的科學技術問題[J].中國計算機學會通訊.2013，（1）：12-14.

篇2

關鍵詞：大學生 虛擬現實 技術應用

1、虛擬現實的現狀

虛擬現實（VR）技術是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，被公認為是21 世紀重要的發展學科以及影響人們生活的重要技術之一。目前在國際范圍內，VR技術普遍應用在醫療、工程、軍事、航海、娛樂、游戲、教育領域，并且在電子商務方面存在巨大的潛力。2016年被業內人士稱之為VR元年，從年初VR概念爆發，各種VR頭顯蜂擁出現，層出不窮的創業團隊投身其中，各界品牌進軍VR產業，資本不斷注入。國內更是把虛擬現實產業納入“十三五”規劃，大力推進虛擬現實與互動影視等新興前沿領域創新和產業化，形成一批新增長點。如果說2016是VR元年，那么2017年則是VR內容爆發年，也是VR相關技術相關知識實現普及的關鍵。

2、虛擬現實的技術應用

目前VR涉及的主要領域有娛樂：在2015年，Oculus Rift推出了一個Netflix應用，用戶可以在虛擬影院中觀看電影。虛擬現實不僅可以讓看電影和看電視變得更加有趣，還可以提供一個新的觀看場景。想象一下，你可以足不出戶就可以去到虛擬影院，你甚至可以與其他粉絲參加歌迷見面會；游戲：VR游戲的關鍵在于沉浸感和臨在感。隨著Oculus Rift和HTC Vive的發貨，VR游戲開發者們普遍認為未來1-2年會出現一個或數個“爆款”；教育：虛擬現實可以用于教室，作為教學的工具。早在2009年的時候，老師們就在猜想虛擬現實能否作為一對一教學的工具；醫療：路易斯維爾大學的調查人員在嘗試利用虛擬現實來治療焦慮癥和恐懼癥。斯坦福大學的一些研究人員也把虛擬現實應用在外科手術訓練中。隨著醫療行業正在變得網絡化，虛擬現實的應用只會不斷的增加。拓寬VR應用范圍如虛擬現實探險，相信沒有比虛擬現實更好的方式，讓你在旅行前去體驗目的地的魅力。通過一款VR的應用則能夠據自己喜好讓你在家中就可以實現荒野生存的體驗；顯然，通過VR科技可以借助虛擬現實實現預覽、規劃、演示的目的，有助于我們更輕松制定行程和計劃，同時能夠讓我們探索一些無法企及的目的地。心理治療：可發揮模擬現實技術，運用于空巢老人人群，模擬現實場景，治愈或減輕老人心理孤獨的感受；或運用于心靈遭受創傷，精神幾近奔潰的人群，通過VR技術模擬環境，撫平痛苦與恐懼，達到治療心理疾病的效果從而替代藥物治療，避免藥物副作用對人體的二次傷害。

3、問卷分析

為了更好的了解大學生對于當下虛擬現實產業的了解程度及看法，設計問卷，并通過線上問卷的方式進行問卷收集。本次問卷以江西省內大學生為主，共收到231份問卷，其中有效問卷數229份。女性118份，男性111份。

通過問卷的數據，表現如下幾個方面：

大學生對于VR虛擬技術應用了解不深

根據調查問卷顯示78.5%大學生的對于虛擬實現有了解，但比較了解的只占7%，完全不了解占13.5%。其中對于虛擬現實已存在的設備重要在于VR眼鏡和頭顯而對于其他VR設備如：建模設備3D咼枰恰⑸音設備、交互設備數據手套等關聯產品了解甚少。就現今市場而言VR產業產品并不多（以VR眼鏡、頭顯為主），主要還只在于娛樂設備方面的推廣，而其他領域并未涉廣太深，對于虛擬現實應用廣度還在拓展階段。

3.1 大學生對于VR產品的看法

調查問卷顯示，89%的大學生愿意去嘗試VR產品，僅有11%不愿嘗試。數據顯示就VR產品自身主要反映出以下幾大缺陷。體驗感、功能的增強、防止暈眩、輕巧方便等方面。例如在早期的VR產品中，就已經發現了暈動癥的存在，虛擬現實暈眩癥用于描述用戶在使用頭部控制的虛擬現實系統后產生的暈動病。。VR設備的重量過大一直是優秀VR研究的一個點，臃腫的VR設備對用戶來說就是一個負擔，戴久了就會很累。畫面不足包括清晰度低，強顆粒感和畫面畸變。糟糕的硬件和體驗，導致用戶無法完全沉浸到虛擬世界中，也無法體會到更具有魅力的虛擬現實等。VR設備關于產品性能方面存在較多不足，這正好佐證了現今VR設備仍未能深度融入社會生活的現狀，反映出VR就產品本身仍有較大的提升空間。

關于涉及VR現存產品該作何改進時，絕大多數認為在技術上，要增強視覺享受，希望產品功能能夠更加齊全，在使用操作上更加的舒適，產品質量更加優質，更加的物美價廉（68%的大學生希望在100-1000范圍內）并不注重品牌。根據數據說明，當下大學生對于VR這個新領域還是愿意嘗試，但是現存虛擬顯示設備無論在功能上、價格上、外觀操作上仍存在諸多問題，但是市場上對于品牌并不過多關注，因此誰能更好的掌握技術創新誰就能搶占市場！

3.2 大學生對于VR前景的看法

問卷顯示，37.5% 的大學生認為將會是一場全世界范圍內的技術狂歡，會極大地改變我們的生活。58.5%認為還有很多的問題為解決，但前景仍是一片光明。僅有4%的大學生認為只是曇花一現。關于VR方向應用的調查，其中前三的領域為影視、游戲、教育。大學生對于虛擬現實的前景還是很憧憬的，只要能夠將推廣、功能技術上運用方面的問題解決好，將是個巨大的市場，其中娛樂方面前景巨大。當然就現在VR技術在影視上面的應用相對比較成熟，我們并不一定非得將VR技術與影視功能聯系起來進行推廣，我們可以將VR技術與更多的功能相結合，從而形成產業圈來發展VR產業，技術共享，推動VR技術的前景通過調查問卷反饋的信息，就VR技術顯現的主要不足告訴我們不僅及時進行解決完善并進行創新發展，同時也體現出關于大學生用戶下VR研究的必要性。不過，從優勢方向反映出關于VR產品的發展前景還是十分可觀的，依托現今信息技術高速發展的背景下，VR技術的不斷發展更新定能創造一個VR時代的來臨。

4、建議與趨勢

4.1 產品本身角度： 拓寬VR橫向廣度，即拓寬VR產品涉及加深VR縱向深度

即就虛擬現實本身性能，開發新技能，延長VR功能項目。VR技術應用廣度上主要集中于影視、游戲方面，只是作為一種娛樂工具。若想真正融入人們的日常生活，必須能為用戶創造顯著的價值，使應用更加大眾化，在醫療、教育、購物等方面更多應用的拓展。性能上主要為模擬現實，使用戶充分體驗沉感和臨在感。但今后VR發展可以從拓寬其縱向深度為出發點，使虛擬現實不僅局限于視覺體驗，就感知設備還可以應用到嗅覺、味覺、觸覺等多 方位。從社交方向看，可以利用虛擬現實技術綜合利用視覺聽覺觸覺多方位功能，打開設備即可親臨交流，真正實現突破時空的局限。

4.2 從用戶角度出發

4.2.1 增進用戶體驗

目前VR產品現狀為一般VR頭顯和VR一體機，價格相對較高，很多嘗鮮的用戶望而卻步。基于現有技術、消費場景和價格敏感度，手機VR盒子是最易普及的產品。但目前市場上流通的大部分VR盒子并未解決光學、輸入體驗、視野和外設環境等沉浸式體驗方面的問題。其雖價格低廉，但使用戶體驗大打折扣。由此，須要求在VR技術完善的條件下，增進用戶體驗，比如在銷售環節采取親身使用或對產品進行細致說明，使用戶充分了解VR產品。

4.2.2 準確市場定位，確認需求，挖掘VR被動型問題

l展方向可利用VR技術進行預先規劃。就女性梳妝打扮為例，通過虛擬現實技術，預先進行妝容效果展示、對服裝搭配效果是否合身得體、是否凸顯本人氣質、是否適合當前天氣進行預測，通過對效果評估用戶即可快速做出決定，僅僅利用VR效果預覽的功能即可使女性妝容更得體，生活節奏更高效，并且使人更加自信。因此，開發者必須進行準確市場定位，通過一定方式提醒用戶VR潛在的效能，讓用戶意識到被動型問題的存在。

4.2.3 讓VR充分融入生活，拉近用戶之間的距離

手機市場的快速發展，除了手機核心價值與附加功能的完備之外，還在于使消費者充分意識到手機存在的必要性，甚至少數人群已經達到沒有手機就缺失安全感的地步。因此，使VR融入生活各方面，拉近虛擬現實技術與人類生活的距離，可以在保持核心價值的基礎上，開發更多VR附屬產品，達到便民利民，讓用戶體驗到VR的存在感；還可以與其他產業聯系合作，實現優勢互補。

5、結論

盡管現在VR技術存在很多的問題，阻礙了VR技術的發展，而這些問題更多的是技術性的問題所導致的，相信在大多數人的心中VR技術的發展和應用還是有著很大的發展空間，隨著時間的推移，科技水平的不斷提高，許多技術上的問題得到解決，VR技術將會有著廣闊的前景而不只是在影視這一單一功能上有所建樹，甚至會覆蓋人們的衣食住行各個方面，當發展到一定程度時，改變人們的生活方式也不無可能。

參考文獻：

[1]趙沁平.虛擬現實綜述中國科學F 輯： 信息科學2009年第39卷第1 期

[2]牟長軍，童志偉.綜述虛擬現實技術及其應用Equipment Manufactring Technology NO.1， 2007

[3]卞鋒，江漫清，桑永英.虛擬現實及其應用進展 計算機仿真 2007年6月第24卷第6期

篇3

關鍵詞 虛擬現實 仿真 培訓系統

一、虛擬現實仿真平臺概述

虛擬現實仿真系統最為重要的是保證各子系統之間能夠自由地進行數據交換以實現平臺協作。系統的組成包括數據庫平臺、仿真平臺、虛擬現實平臺以及虛擬現實場景維護平臺。仿真平臺以實際工業生產過程的工藝機理為原型，可以完成化工生產過程的仿真任務。仿真過程中從數據庫平臺獲取基礎數據并將仿真產生的動態數據寫入數據庫。虛擬現實平臺需要從數據庫平臺獲取生產數據以實現對生產仿真過程的呈現，同時也可以在該平臺中對數據庫的基礎數據進行維護。場景維護平臺則負責虛擬現實場景的維護工作。虛擬現實平臺可以通過數據庫向仿真平臺生產控制指令，仿真平臺則通過數據庫將生產過程的狀態信息反饋虛擬現實平臺。

（1）虛擬現實仿真技術特點。虛擬現實仿真系統是能在虛擬場景中漫游，并能對場景中對象做交互操作。該仿真系統的構成有：1）場景的三維模擬。對實際場景和環境采用虛擬現實仿真技術。用軟件繪制圖形模塊，再轉換成編程語言支持的形式。三維圖形的好處在于視覺上能帶給人身臨其境的感覺，不同于普通的平面圖形呆板的特點，利用三維虛擬和仿真技術相結合，不僅可以對現場環境進行再現，還可以通過搭建數學模型，通過連接仿真平臺和虛擬現實平臺，形成一套交互式的仿真系統。2）成員仿真。應急預案演練過程中，有各種職能的“角色”參與其中。一是總指揮：判斷事故狀態，調度各種資源，指揮職能部門。二是現場指揮：根據現場狀態，調度本部門人員和資源。例如，車間、消防隊、環保監測等，指揮操作人員。三是操作員：按照職能要求和指令，進行具體操作，如現場巡視、堵漏、關閥、消防隊員澆水降溫、滅火等。3）內容仿真。對場景內可支配物體、活動規律等的仿真。一是工藝模型：描述工藝過程變化，參數調節對過程的影響，控制系統動作等。二是工具和資源的模型：如水槍、消防炮、設備等。三是三維互動模型：儀器、儀表、閥門、開關等。

（2）虛擬現實平臺。虛擬現實平臺由主體程序和三維場景兩部分組成。首先三維軟件對裝置主體及周邊環境進行模擬，然后將其裝換成編程語言后導入到仿真主體程序中去，和主體程序實現交互。同時利用VB的圖形化界面設計功能和數據庫讀寫控制功能，對數據進行編輯和訪問，這樣，用戶在使用系統時，既可以瀏覽裝置場景又可以修改各類裝置的屬性并讀取生產數據，也可以命令實現與仿真模型的交互。

二、仿真培訓系統開發總體設計

（1）動態仿真培訓系統開發綜述。仿真平臺開發化生產過程仿真系統重點工作包括三個部分：第一要建立系統模型，首先確定仿真范圍，然后根據工藝設計數據計算各管線和設備物流數據。例如，流量、溫度、壓力等。然后再用這些數據辨識具體設備模型。最后搭接設備模型，即系統建模。第二要建立仿DCS系統，即完成各種組態工作以及模型與操作界面（包括仿真DCS/現場畫面）的變量通訊（數據交換）組態。最后是系統調試，目的是使系統運行穩定且協調。化工裝置仿真培訓系統的開發包括DCS功能開發、模型開發和現場站功能開發等。1）DCS功能開發。DCS功能開發包括以下幾個方面：第一是圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面、組顯示圖、歷史趨勢圖、報警畫面、軟開關圖、狀態顯示等開發。第二是DCS功能開發，包括DCS鍵盤功能、DCS使用功能等。第三是報警和連鎖系統開發。2）現場站功能開發。現場站功能開發有現場站圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面和現場站閥，上泵，開關，攪拌器等可操作設備功能的開發。3）模型開發。模型開發采用GPRES軟件平臺，其建模過程是模塊化的，具體來說就是：模型由參數固定的模塊搭接而成。每一個模塊都包含輸入、輸出和系數三種參數，都實現一種算法功能。算法是特定的數學模型，用來模擬相應的化工設備或單元操作。

（2）模擬范圍及條件。1）資料準備。開發中涉及的資料包括：工藝原則流程圖（PFD圖）、工藝自控儀表流程圖（P&ID圖）、物料/熱量平衡數據表、工藝原理說明、操作規程、事故仿真技術、評分標準、設備資料、儀表資料等。2）初始條件。仿真模擬的初始條件為：每個模型將提供兩個初始條件：穩態和冷態。穩態條件是用來培訓學員的正常操作或用來進行故障處理和停車訓練，它代表裝置平穩運行時的狀態，以PFD圖和物料平衡數據為基礎，進行開發模擬。冷態條件也稱作開車態，用來培訓學員進行裝置開車，代表裝置停車時的狀態，某些基礎開車步驟如管線吹掃，儀表閥調準等假設已經完成，裝置已具備投料條件。3）裝置故障模擬。仿真平臺可以提供的故障類型：影響范圍廣的全裝置故障、局部關鍵設備故障、局部轉動設備故障、變送器漂移、靜止設備故障、裝置特有故障。

三、虛擬現實仿真系統架構

（1）系統功能。把VR技術與仿真技術有機地結合起來，就構成了加氫裂化裝置虛擬現實仿真系統。它應具備以下功能：1）虛擬現實仿真培訓系統能夠模擬裝置現場的場景，實現各個設備的建模和虛擬場景的三維建模，并且體現出材質和變化，附加貼圖，使用戶能夠在與現實非常相似的三維虛擬環境中自由交互、隨意漫游，并且隨時接收到場景反饋回來的信息，信息內容包括使用者在當前所處的場景位置和視野方向，裝置的場景中實物的概況和使用者在操作過程中的注意事項、提示信息等。2）根據用戶的需求，系統可以暫停或恢復正在運行的仿真過程，能根據不同用戶有差異的操作秩序和參與程度給出智能評價，同時能夠記錄使用者的操作步驟信息和保存相關的系統數據、資料結果等。3）虛擬現實仿真培訓系統會提供良好的人機互動界面，包括場景瀏覽模式的選擇、相關瀏覽器信息、虛擬場景的描述及反饋信息、曲線面版，可以快捷簡易地創建和修改虛擬環境，數據輸入手段非常友好，可以進行優化控制參數的操作，亦可存儲和公布數據結果。4）通用性、擴展性和維護性的功能強大，可以對多種編譯平臺、硬件的加入提供支持，可以滿足不同裝置的差異性需求。

（2）效果評價。虛擬現實仿真培訓系統界面友好，設計簡潔、有效、界面清晰、易懂，只需簡單培訓就能很快掌握其操作步驟和方法。培訓系統功能齊全，包括冷態開停車、單項操作、事故狀態、評分，實現了DCS控制系統的高級控制、連鎖控制、緊急停車等功能，同時開發了具有三維真實感的現場環境，實現了3D巡檢培訓功能，提高了仿真培訓系統的真實感。培訓系統逼真度高，仿真效果與實際裝置運行的現象基本吻合。動態變化趨勢與實際裝置運行的現象吻合，現場三維環境與生產現場幾乎一致。培訓系統硬件和網絡結構簡單，易于維護和擴充，能夠擴大同時參加培訓的員工人數。

（作者單位為中國石油遼陽機電儀研修中心）

參考文獻

[1] 郭艷軍.化工仿真系統的研究與開發[J].計算機應用技術，2007（5）.

篇4

關鍵詞：虛擬現實技術；體育；應用；新元素；多元化；娛樂化

1.虛擬現實技術的概念

虛擬現實（ Virtual reality， VR ）技術是一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術綜合發展起來的計算機領域的最新技術， 也是力學、數學、光學、機構運動學等各種學科的綜合應用。虛擬環境通常是由計算機生成并控制的， 使用戶身臨其境地感知虛擬環境中的物體， 通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地實現人機交互，可以說人處在虛擬環境之跟現實環境是沒有差別的。

2.虛擬現實技術的分類

現階段虛擬現實技術主要分為桌面虛擬現實、沉浸的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實、分布式虛擬現實。

桌面虛擬現實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。常見桌面虛擬現實技術有：基于靜態圖像的虛擬現實QuickTime VR、虛擬現實造型語言VRML、桌面三維虛擬現實、MUD等。

沉浸的虛擬現實提供完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于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，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟器、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臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。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的感受。

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的感受。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，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。

分布式虛擬現實是指多個用戶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，這就是分布式虛擬現實系統。在分布式虛擬現實系統中，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現實系統是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網絡連接而成，用于部隊的聯合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于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。

3.虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 計算機生成的虛擬世界給人一種身臨其境的感覺。2） 交互性（ Interaction） ： 人能夠以很自然的方式跟虛擬世界中的對象進行交互操作或者交流， 著重強調使用手勢、體勢等身體動作（ 主要是通過頭盔、數據手套 、數據衣等來采集信號） 和自然語言等自然方式的交流。3） 構想（ Imagination）： 虛擬環境可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識， 提高感性和理性認識， 從而使用戶深化概念和萌發新意。因而可以說 ， 虛擬現實可以啟發人的創造性思維 。

4.現階段中國體育領域大環境

4.1政策紅利覆蓋全國

2015年，在利好政策不斷出臺的情況下，體育產業進入高速發展時期。據國家體育總局統計，《意見》一年來，包括體育總局在內的有關部門已經出臺了15份配套文件，另有 8套文件已經形成初稿。文件制定涉及發改委、公安部、新聞出版廣電總局、旅游局等多個部門。這些文件的制定和出臺，使廣受社會關注的賽事審批、賽事轉播、安保服務和大型體育場館等問題取得了階段性的進展。

在地方貫徹方面，截至目前，已有31個省區市出臺了本地區的實施意見。2015年10月，國家體育總局局長劉鵬在全國體育產業工作會上透露，據不完全統計，各省（市、區）上報的2025年體育產業總規模總和已經達到7億。

4.2資本搶奪核心資源

2015年8月27日，萬達集團王健林以6.5億美元收購了美國世界鐵人公司100%的股權。阿里巴巴獲得世俱杯冠名權的消息在2015年12月引起各方關注，而相同級別的爆炸性消息在年內頻繁出現。過去一年，體育產業投資大幅增加，國內、國際體育賽事核心資源成為哄搶的對象。

4.3體育方式多元化，娛樂化

隨著全民體育概念的提出，體育逐漸走向民間，體育的多元化，娛樂化也因此而加深。提高國民身體素質是當前的中國體育的根本目標，為了使體育更加親民，越來越多的科技元素，娛樂元素加入原本一板一眼，枯燥無味的體育運動中。近年來，越來越多的體感設備與體育相結合，受到了廣大體育愛好者額歡迎，特別是一些由于場地限制的體育運動項目，如高爾夫，網球，在體感虛擬的環境中，都可以盡情的體驗體育帶來的快樂。

5.虛擬現實技術應用于體育增加其娛樂性

5.1為體育觀賽帶來娛樂體驗

體育賽事最需要的莫過于身臨其境的現場感，通過自由切換，實時流暢的虛擬現實動態直播，觀眾可以排除周邊的干擾，全身心、近距離地感受到圖像帶來的震撼感和沖擊力，觀賽體驗比之收看傳統轉播大為提升。大大增加了觀賽的娛樂體驗感。

5.2為體育訓練娛樂訓練方法

根據虛擬現實技術， 通過相應的三維圖形圖像庫構架模擬訓練環境， 包括訓練場背景、比賽的場景、各種賽場裝置和相關人員等， 為受訓者營造一種逼真、生動的立體訓練環境。利用虛擬系統設計出“有生命”的草坪，以增強臨場感覺， 達到模擬訓練的效果， 提高訓練質量。于此同時，因為虛擬現實技術有沉浸感這一特性，運動員可以完全進去虛擬現實設定的環境中，在這種環境可以增加體育訓練的娛樂性，使原本枯燥的體育訓練變得有趣起來，以此來提升運動員的練積極性。

很多國家訓練隊都已經在教學、訓練中采用虛擬現實技術，如用Be-yondSport的VR技術對足球訓練進行實時的沙盤演練、視頻分析、戰術復盤以幫助足球隊提升教學水平，且以后還計劃在更多球隊、賽事中推進。通過大數據整合等為體育活動提供戰術輔助訓練，VR目前已經在棒球、賽馬、橄欖球等多個項目得到廣泛應用。由此可見，在不久的將來，VR設備有望成為各賽事職業俱樂部和球隊的剛需產品。

5.3為全民健身帶來新的娛樂方式

全民健康是國家綜合實力的重要體現，是經濟社會發展進步的重要標志。全民健身是實現全民健康的重要途徑和手段，是全體人民增強體魄、幸福生活的基礎保障。實施全民健身計劃是國家的重要發展戰略。運用虛擬現實技術構想性這一特點，可以為參加大眾健身的用戶營造一個有趣，娛樂的虛擬健身場景，在愉快的心情下完成健身。

目前基于虛擬現實技術的健身應用層出不窮，Sanzaru開發的《VR體育挑戰》是這類體育游戲的一大代表。在該游戲中，借助Oculus Rift的動作感應手柄，玩家可以以第一人稱視角暢玩橄欖球、籃球、曲棍球和棒球等美國四大主流運動，游戲氣氛不亞于風靡全球的《NBA嘉年華》。無獨有偶，美國公司Vir Zoom也推出了一套將健身單車、VR設備與小游戲結合起來的健身設備，創造出戴著VR眼鏡騎著單車開F1的奇效

6.總結

隨著虛擬現實產業的發展，技術將不斷滲入體育產業鏈條的各個環節，越來越多的公司開始滲入虛擬現實產業鏈各個環節，體育產業與虛擬現實的結合會越來越密切，特別是虛擬現實的三大特性會完全顛覆傳統體育產業，為體育產業增加更多的娛樂性，推動體育產業的發展。目前虛擬現實技術還處于技術紅利階段，只有未來過渡到內容紅利階段，才算真正的站穩了腳跟。希望虛擬現實能夠為體育產業創造更大的商業娛樂價值和社會價值。

參考文獻

[1]Cannon Smash. CSmash[ OL] . http ：// ww w.utmc.or.jp/ ～nan/ csmash/ ， 2002.

[2]Pan Zhigeng ， XuWeiwei ， Huang Jin ， et al.EasyBow ling ：Asmall bow ling machine based on vi rtualsimulat ion [J].Computers&Graphics ， 2003 ， 27（2）：231 ～ 238.

[3]張占龍，羅辭勇，何為.虛擬現實技術概述.2005年系統仿真技術及其應用學術會議.

[4]陳健，姚頌平.虛擬現實技術在體育運動技術仿真中的應用[J]，體育科學，2006（9）：34-40.

[5]宋麗.應用虛擬現實技術對競技體育進行仿真訓練的探討[J]，西安郵電學院學報2007，12（6）.

[6]李艷波，張菁.網球比賽仿真系統的研究與實現.[D]：2008.

篇5

【關鍵詞】船舶工程；虛擬現實；應用平臺；研究

【中圖分類號】U664【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0034-01

虛擬現實技術作為一種高新技術，可以通過計算機將復雜的數據進行可視化，比傳統的人機界面有著質的飛躍。在船舶工程中有很多方面都使用了虛擬現實技術，包括系統仿真、虛擬模擬器等，在教學和設計工作中十分受歡迎。通過虛擬現實的應用平臺模擬復雜的海洋航行環境和儀器設備操作效果，實現嶄新的人機交互，使用戶更加直觀、準確的實現操作者的意圖。

一、虛擬現實系統在船舶工程中的應用現狀

虛擬現實系統的主要特征包括交互性、構想性、感知性以及浸沒感，通過在計算機的作用下生成三維的虛擬環境，使參與者能夠感受到仿真的模擬環境，增強對事物的認識能力。

在船舶的機艙內有各種復雜的設備，所以制作出來的圖像比較繁瑣，使用輪機模擬器不能將機艙的整體設備結構圖制作出來，只能實現對推進裝置的運轉工況參數儀表指示的仿真。在教學的過程中由于看不到機艙的實物，只能夠通過按鈕或者手柄實現相應的運轉情況，在故障的判斷方面還是存在一定的技術誤差。隨著計算機技術的不斷發展，在船舶工程中使用多媒體、虛擬現實以及三維動態仿真等技術在機艙動感視景方面已經小有成就，但是從國內外的船舶工程虛擬現實的應用研究方面，都沒有形成完整的體系，處于將半物理的仿真平臺轉向虛擬化的階段，所以還存在很大的進步空間。

二、船舶工程虛擬現實系統的構成

1、系統構成

1）系統結構

船舶工程虛擬現實應用平臺，是基于計算機模擬仿真技術的基礎上實現對船舶的虛擬操作、拆裝等過程。所以計算機虛擬現實系統給參與者提供了虛擬環境，整個系統包括三個方面：虛擬元器件庫、設備庫、實驗單元和管理維護模塊。虛擬現實應用平臺主要為用戶提供一個網絡訪問的服務器，在進行虛擬硬件實驗的時候可以通過虛擬現實應用平臺來實現程序的編輯、設計等。在虛擬仿真模塊主要進行虛擬程序的編譯、運行以及信號的檢測等。

2）虛擬現實應用平臺設計

主要有以下幾種類別：①虛擬器件類。可以通過虛擬器件對IC元件的功能進行模擬。②虛擬儀表類。主要模擬對虛擬試驗中的儀器儀表進行仿真的模擬，比如探測器、信號發生器、LED等。③虛擬面包板類。可以對面包板的功能進行模擬，通過虛擬引腳可以實現器件在面包板上的連接、信號傳播等。④虛擬實驗臺類。可以對虛擬的實驗平臺進行模擬，主要負責各類儀表以及虛擬系統的管理。

2、功能的實現

1）元器件之間的連接

在虛擬元器件中主要通過引腳來實現不同器件之間的連接，虛擬現實系統中連線工作是信號傳遞的介質，是獨立的一個整體，主要以Active控件的形式存在，在外觀上由連線的點與線共同控制，實現了連線的工作運行。對于一對一的連線形式，在Sender函數的作用下，能夠控制信號的接收和發送，整個過程中不會產生信號的沖突。但是在多種對接的連線類型中，會發送很多的信號，由于系統的抗干擾能力有限，所以會產生一定的沖突。由于虛擬現實系統有自身的特征，不同的信號在發送時，可以進行相應的邏輯處理，在信號源之間能夠將它們的不同關系分析出來，然后在邏輯處理的過程中將多種對接類型的連線轉化為一一對接的類型。具體的方法為：先分析各端點之間的關系，確定屬于哪種類型的連線，如果只有一個信號的發送，不同點的接收，就可以判斷為一對多的接收關系；有多個信號發送，不同點的接收，屬于多對多的類型的連線，判斷完之后在電路中安裝一個邏輯門電路，可以作為信號發送的輸入端，在門電路的作用下就能夠實現一對一的連接關系。

2）虛擬現實系統對信號的控制

虛擬現實應用平臺要對船舶進行設計，所以要對計算機傳輸的信號進行有效的控制。在計算機虛擬硬件電路中，經常把數字信號作為數據處理的對象，分析虛擬元件與電路的關系。在虛擬機實驗系統中，虛擬連線作為主要的信號介質，如果在虛擬元器件的內部關系發生變化時，引腳值也會相應的改變，導致信號連接的連線值發生變化，這種情況叫做電路的觸發，是通過Sender的方式來完成的。

3）多緩沖區多線程技術

在虛擬機中主要通過多個線程來完成不同的系統操作，提高了線程間通信的效率，使操作變得簡單便捷。虛擬機通過數據緩沖的方式，可以將不同的模塊同步的運行，占用系統最長時間的是虛擬機仿真運行模塊，所以為了實現不同模塊的同步要求，對多終端及網絡系統進行了系統設計，同時虛擬機實驗系統采用了緩存機制，將四個模塊設置相應的緩存區，實現了線程的同步控制。

三、船舶工程虛擬現實應用平臺系統模塊及功能

1、主要的系統模塊

1）CHSVL仿真運行模塊

CHSBL作為虛擬機的現實應用平臺，可以將其分為四個模塊，包括虛擬機仿真運行模塊、引腳模塊、編譯模塊以及信號輸出模塊。在這四個模塊相互作用之后實現了虛擬機系統的仿真運行。在整個系統的運行中必須要實現數據檢測、編譯、輸出的并行操作，這樣才能保證虛擬實驗環境不受影響。

2）軟件模型及數據庫的建設

建立完相關的功能模塊后，船舶工程虛擬現實應用平臺能夠模擬出整條船的工作狀況，在實際的應用中要對各種設備模型和數據庫進行研究，在建設軟件模型及數據庫的過程中要避免使用市場上的封閉式的應用系統，比如虛擬輪機模擬器器模型、機艙設備模型等，同時還要保證數據模型具備二次開發功能，給用戶提供接口功能，而且對于不同低端的應用軟件要組成將開放性的協同設計體系，設計結果可相互或轉換，這樣就能夠在最大程度上擴展虛擬現實系統的應用。數據庫的建設要獨立于硬件平臺，搶占式多任務管理，系統功能完善，而且容易維護。利用S Q L Server2000管理數據很容易就能夠實現C/S模式數據管理，使用該系統能夠對數據的訪問進行修改，實現了產品的協同設計。

2、虛擬現實應用平臺的主要功能

船舶工程虛擬現實系統的建設功能主要是從以下三個方面體現出來：第一，在教學的過程中系統可以將整條船進行虛擬的漫游，然后再交互設備的基礎上實現對船舶設備的虛擬操作，進行動態的模擬，同時還可以對設備和機器進行虛擬的拆卸和裝配，滿足實驗教學的需求；第二，在科研方面，虛擬現實應用平臺能夠對設備進行虛擬的設計、演示，在設備的使用前可以預演運作的過程，如果運行有問題，可以進行及時的修改；第三，在生產應用方面，可以提供船舶的設計、運行等虛擬的環境，并對船舶設備的運作進行虛擬的演示，實現產品設計的零投入。

總而言之，船舶工程虛擬現實應用平臺通過在不斷的研究下已經形成了特定的體系，實現了對船舶設備的三維空間模擬操作，但是在它的開發和使用中還存在一些問題，比如在虛擬機的使用中互動性差、連貫性不高，而且在軟件的使用上比較復雜，功能太多不容易操作，所以在實踐中要不斷的完善虛擬現實應用平臺，提高工作效率，讓用戶更加直觀的了解操作者的意圖。

參考文獻

[1] 蔣革，宗曉曉；船舶虛擬設計技術綜述[J]；江蘇船舶；2004年01期

篇6

【關鍵詞】 虛擬現實電子商務網絡

1引言

虛擬現實(virtual reality)是通過多媒體技術與仿真技術相結合,生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境,用戶以自然的方式對虛擬環境中的對象進行體驗和交互。然而當前的電子商務大多是基于web的,要在其中普及由視覺頭盔和數字手套等設備構成的力反饋式交互虛擬現0實是極其困難的(一是技術原因,二是資金原因)。但是以鍵盤、鼠標和顯示器等常規輸入輸出設備在客戶機瀏覽器中構成交互環境的網絡虛擬現實技術卻日趨成熟和完善,這些以web 3d技術為基礎的網絡虛擬現實技術同樣以模擬自然、體驗逼真和交互極強為目標,在相當程度上高效、經濟地實現了虛擬現實系統的目標。

由于網絡虛擬現實技術的出現,不僅促進了虛擬現實技術的普及應用,而且也給電子商務帶來了新的應用空間,有效地提高了電子商務的質量。因此,充分認識虛擬現實技術在電子商務中的重要性、研究網絡虛擬現實技術的特點及其應用規律,從而進一步促進電子商務的發展,已成為當前電子商務中的一個重要課題。

2虛擬現實在電子商務中的作用

2.1虛擬現實技術的特點。

臨場感:用戶感覺到沉浸于在瀏覽器中所呈現的虛擬環境中。

多感知性:用戶能以視覺、聽覺等多種形式感知信息。

交互性:用戶能以接近自然的習慣,用常規的輸入、輸出設備對虛擬環境中的物體或場景進行操作和得到反饋。

真實性:虛擬環境中的物體運動接近符合物理定律。

高效率:虛擬環境中三維空間的建立和顯示不過分依賴客戶機的硬件性能并可實時渲染,所需傳輸的數據量小且可流式傳輸。

2.2虛擬現實在電子商務中的作用。由于網絡虛擬現實技術的上述特點,它在電子商務中正起著獨特的作用:

真實感強:縮小網上購物與真實購物環境間的差別,是一個接近現實場景的虛擬智能購物商城。

激發購買熱情:網上產品展示的目的不僅僅是展示產品,而更重要的是通過讓客戶更多地了解產品而提高產品的購買率。通過網絡虛擬現實技術可將用戶在購買過程中產生的假設進行虛擬,呈現相應的結果或效果。這樣有利于激發用戶的購買熱情。

拓展電子商務的內涵:internet作為有效的商業信息的交通通道被廣為接受,網絡虛擬現實技術的應用使電子商務的內涵被大大地拓寬和延伸了。

3網絡虛擬現實技術

目前網絡虛擬現實技術大多是基于web 3d[1] [2] [3]技術的,而web 3d技術主要由實時3d建模和動態顯示兩部分組成。通常實時3d建模和動態顯示分為兩種類型,一種是基于幾何模型,另一種是基于圖像。這兩種技術方案各有其特點,前者可方便地建立以任意角度進行觀察的3d空間,但計算量大,因而對硬件要求較高,對復雜模型的建模過程較為困難;后者采用圖像鑲嵌方式實現實時建模,開發成本低,計算量小且效果逼真,但數據量較大。

各種網絡虛擬現實技術為了能在網絡這一特殊環境下不斷發展,都不僅具有鮮明的技術特點,而且也都盡量揚長避短,形成了各自的技術風格,這也為我們在電子商務中針對不同展示內容選用最為合適的網絡虛擬現實技術打下了良好的基礎。有鑒于此,研究和對比分析各種主流網絡虛擬現實技術是十分必要的。

3.1vrml(virtual reality modeling language——虛擬現實建模語言)[4]是專門用于在網上建立虛擬現實的設計語言,它采用基于幾何模型的實時建模和動態顯示方法。vrml可以用于建立真實世界的場景模型,也可建立虛構的三維空間。vrml提供了所謂的6+1度瀏覽,即沿三軸方向移動場景和旋轉場景,同時還可以建立與其他3d空間的超鏈接。

vrml文件是文本文件,它可以用文本編輯器編寫生成,其文件擴展名是.wrl。由于vrml語言語法規則較為復雜和嚴格,靠人工編寫vrml文件工作量極大,因此一些三維建模工具(如3ds max)以可視化方式建立3d空間并自動生成vrml文件,提高了開發效率,但這樣生成的vrml文件數據量比人工編寫的文件大得多。

vrml適用于構造虛擬三維環境,而對于表達現實世界的真實場景和物體則略感不足。

3.2quicktime vr。quicktime是apple公司開發的數字圖像影視技術規范,它包含多種媒體數據的壓縮/解壓縮技術。quicktime vr是其中一種新的媒體數據格式。它包含了對象影視(object movie)、全景影視(panoramic movie)和多節點影像(multi-node scene)等幾種形式,其文件擴展名是.mov。

由于過去quicktime是mac系列機上的數字視頻規范,因而制作quicktime vr的開發工具大多在mac機上運行,缺少pc機windows上的開發工具,而現在已出現了許多windows上的quicktime vr的專業開發工具,如vr toolbox等,使得開發用于電子商務的quicktime vr影視更為便捷和高效。

3.3cult3d是cycore公司基于java開發的網絡虛擬現實技術,它具有獨特的渲染方式,可動態顯示極高質量的圖像且不依賴3d加速卡等硬件,所產生的文件(.co)數據量小且可保留建模工具中所建立的貼圖,并可以在3d物體上設計各種交互和添加聲音,特別適合于在網絡上表達3d對象。

cult3d技術本身并無創建3d模型的能力,它依靠專門的3d建模工具軟件來建立3d模型,并通過安裝在這些軟件中的插件導出所需的3d模型。支持這一功能的3d建模軟件有3ds max 和maya。在cult3d的交互功能設計軟件cult3d designer中為3d對象設計動作和交互并輸出用于網絡的壓縮文件。

cult3d技術的弱點是不易表達360°的全景虛擬環境。3.4viewpoint是viewpoint公司的網絡虛擬現實技術,其正式名稱是vet(viewpoint experience technology),它的前身是著名的metastream技術。由于viewpoint開發的虛擬現實文件數據量小、可流式下載、動態顯示圖像質量好以及可實時交互控制改變紋理貼圖,因此被廣泛用于在網上表達3d對象。viewpoint技術可以根據網絡條件狀況自動調整顯示3d對象的細節和播放幀率,因此它對網絡帶寬適應能力較強。

通常開發viewpoint的虛擬現實文件是從3ds max中導出ase文件,在viewpoint的核心應用程序viewpoint scene builder中導入ase文件,并對相應3d場景的有關元素(如:材質、動畫、交互動作和場景定義信息)進行編輯和設計,最終輸出可在瀏覽器中播放的viewpoint數據文件(.mts和.mtx)。

3.5flash是macromedia公司開發的矢量動畫技術。flash動畫采用網上流式播放技術,在安裝了flash播放器的瀏覽器中可以流暢地播放flash動畫。在flash中制作動畫時,不僅可在開發環境中繪制矢量對象,而且還可以導入外部矢量圖形文件、位圖圖像文件、多種格式的聲音文件甚至還可編輯視頻文件。flash現在被廣泛用于開發網絡交互矢量動畫,然而用它也可進行網絡虛擬現實的開發。

用flash開發虛擬現實數據文件,主要是采用其腳本語言actionscript控制交互,進而控制通過導入序列圖像或已拼接的360°全景圖像而形成的3d對象或全景虛擬環境。由于用actionscript進行虛擬現實交互控制的靈活性較大,因此所開發的虛擬現實數據文件也具有較強的個性,同時因為flash并非專門用于開發虛擬現實的,所以開發時的步驟較為復雜些。

4虛擬現實在電子商務應用的實例分析

4.1 電子商務模型的建立。網絡虛擬場景的建立和圖形工作站中的場景的建立有著很大的區別,它首先強調的是模型的簡單化,這是由虛擬現實的實時性要求決定的。在響應速度和場景的真實性發生沖突時,應犧牲一定的真實性,只要能在視覺上達到基本真實即可。因此,常用一些簡單的框架來代替復雜模型,但為了保證一定的真實性,可采用貼圖的方式來彌補視覺上的不足。貼圖有以下兩種制作方法:一種是使用繪畫軟件進行手工繪制、另一種是對建筑物的各個觀察面進行拍照,然后用掃描儀掃描成相關貼圖材質。第一種方法的顏色可限定在256色內,其壓縮的比例較大,貼圖文件較小,生成的場景文件也較小,適合網上傳遞和實時性的要求。后一種方法視覺效果好,但文件的壓縮比例較小,貼圖文件較大,生成的場景大,在網上傳遞和實時性方面不如前一種方法好。無論用哪一種方法都需考慮貼圖的分辨率和尺寸,為了便于下載和渲染,在質量和大小允許的情況下,一幅貼圖限為320×240(或240×320)像素、分辨率為72dpi,用jpeg壓縮(采用最高壓縮比)后約為20k字節。

根據以上所述的貼圖制作方法,虛擬場景中的對象模型可分為以下幾類:①由簡單幾何體組成的簡單模型:該類模型常用作遠處物品的替身,在lod方法中采用;②賦予手繪貼圖的模型;③賦予照片材質的模型;④ 賦予手繪和照片混合材質的模型;⑤具有全部細節的精致模型。

4.2電子商務交互查詢功能的建立。為電子商務模型加入交互和查詢功能可采用兩種方法:通過編程加入相應的交互和查詢功能,利用vrml的輔助工具來完成交互和查詢功能的加入[5]。后一種方法比較適合普通的用戶。

kinetix制作了特殊的vrml輸出嵌入程序,可以輸出場景,包括幾何、材質、動畫制作等,嵌入程序也可制作特殊的vrml輔助工具來規定場景的交互元素。運行vrml嵌入程序vrmlout.exe即可安裝vrml嵌入程序。

通過vrml嵌入程序,可設置以下輔助工具:

anchor:可將某一實體作為熱點,當被點擊時取出網上所指定的文件。若為vrml場景文件,則該場景被下載顯示。若為其他類型文件,由瀏覽器決定如何處理;

touchsensor:對從指定設備的輸入產生相應的事件,這些事件表示用戶是否指向特定幾何體,同時也表示用戶何時何處按下定位設備的按鈕;

proxsensor:接近感知器,指定當用戶進入、離開或在立方體的區域內移動時產生的事件;

timesensor:在時間變化是發出事件,可用來控制動畫,也可用于某一時刻進行某項活動,或于某一時間間隔中產生事件;

navinfo:描述有關觀察者和觀察模式的物理特性;

background:設定場景的背景;

fog:設置霧化的效果;

sound:設定聲音片段的有效范圍,以產生隨距離改變的音響效果;

billboard:是某一對象隨用戶一起旋轉,以使之始終面向用戶;

lod:允許瀏覽器在物體表示的不同層次細節間自動切換;

inline:可在文件中引入外部文件的場景,避免重復制作。

通過以上輔助工具,就可制作出電子商務場景及其交互和查詢功能。

4.3多分辨率漸進傳輸。服務器接收了用戶端的請求后,通過網絡把三維幾何數據傳送到瀏覽器進行顯示,最理想的方式是漸進式傳輸[7] [8],這樣客戶端在下載完最簡單的一級模型數據后就可以進行顯示與交互,而不用整個模型傳輸完畢。漸進式幾何傳輸要求模型具有多分辨率表示形式,這對網絡的傳輸和客戶端的繪制都有很多好處。

本文將3d場景數據組織成一個統一的數據結構,實現遞進的傳輸不同類型的模型表示。本文利用分布式虛擬環境中通用的遞推算法(dr)來預測視點的運動算法[6]來預測用戶的位置,該方法簡單而通用,并且能有效的減少網絡上的數據流量,結合benefit累積和方法, 實現了有限的網絡帶寬下的優化3d場景傳輸的一個有效的策略。考慮到網絡的不穩定性和網絡的傳輸質量,作者采用了自適應流控技術,以保證不同質量的網絡連接下不同場景繪制質量的仿真的順利進行。另外本文考慮了傳輸動態物體和不同表示形態的靜態物體到多個用戶的問題。本文的內容集中在3d數據組織管理和優先傳輸排序策略以及3d圖形傳輸協議上,目的在于實現服務器和客戶端之間高效的3d場景傳輸。

4總結

本文介紹了虛擬現實技術在電子商務領域的應用。相關技術包括虛擬場景的構造、系統結構、網格數據的傳輸以及客戶端的交互查詢方式。與傳統的電子商務系統相比,本系統具有更好的沉浸感和交互性,雖然目前離理想的虛擬現實境界仍有較大差距,但交互性強、觸發事件種類多、動態渲染及顯示質量高、可任意鏈接url或其他3d空間、適宜網上應用、虛擬現實數據文件共享性強以及開發效率高等技術特征,現已成為網絡虛擬現實技術發展的趨勢。隨著網絡虛擬現實技術的不斷發展,將為系統的開發提供更大的空間和更完善的功能。

參考文獻

1gong jian hua.distributed virtual geo-environments. journal of

inmage and graphics 2001.9:879~884

2ernest h. page and jeffrey m. opper. investigating the application

of web-based simulation principles within the architecture for a

next~generation computer generated forces model, future

generation computer systems, v. 17 n. 2, oct. 2000, pp.159~169

3y li. kw brodlie and n phillips. web-based vr training

simulator for percutaneous rhizotomy. in jd westwood, hm

hoffman, gt mogel, ra robb and d stredney (eds), medicine

meets virtual reality 2000, ios press, pp.175~181.2000

4the virtual reality modeling language. iso/iec 14772～1:1997.

5徐明娟等.基于vrml虛擬場景交互方式的研究,ccvrv2004,

p717~721

6謝翠等.基于web的仿真綜述,ccvrv2004,p544~548

7hoppe. progressive meshes. computer graphics

(siggraph'96), pages 99～108, august 1996

篇7

關鍵詞: 創傷后應激障礙 虛擬現實技術 應用

2008年5月我國發生了震驚世界的汶川大地震,痛失親人、喪失家園給災民帶來的心理創傷成了災后重建工作的重點。在災民所表現眾多的心理問題中,創傷后應激障礙是最常見的,也是治療最為困難的。創傷后應激障礙(Posttraumatic Stress Disorder,PTSD)可以引起明顯的職業、心理和社會功能殘疾,對個體的社會功能、家庭生活及身心健康造成長期的破壞性影響[1]。

1.PTSD介紹

1.1概念與特點

創傷后應激障礙早期研究對象主要是退伍軍人、戰俘及集中營的幸存者,后來發展到各種人為和自然災害中的受害者。創傷后應激障礙是突發性、威脅性或災難性生活事件導致個體延遲出現和長期持續存在的精神障礙,其臨床表現以再度體驗創傷為特征,并伴有情緒的易激惹和回避行為。簡而言之:PTSD是一種創傷后心理失平衡狀態,它是具有明確病源的精神障礙[2]。DSM-Ⅳ將PTSD分為三種亞型:(1)急性PTSD,癥狀持續時間在3個月以內。(2)慢性PTSD,癥狀持續時間在3個月或3個月以上。(3)延遲發生的PTSD,指創傷事件發生后半年才出現的癥狀。PTSD的特點是必須經歷過突發性或災難性的應激事件或情境,并出現彌漫性痛苦,在感知覺過程中不斷地回想或重新體驗創傷性事件或情境,同時患者又極力回避與創傷性事件相關的一切事件與情境。

1.2心理癥狀

1.2.1重復體驗創傷性事件。關念紅和王昆等人以汶川大地震傷員為調查對象,研究發現:地震一個月后異地治療的傷員PTSD癥狀最常見的是再體驗癥狀,發生率高達78.4%;其次是高警覺癥狀,發生率為62.2%;回避麻木癥狀發生率最低[3]。對創傷性事件的回憶在無警告、無預期、無刺激的情況下反復性突然闖入,引起恐懼、逃避與過度生理喚起等反應。還有的是回憶事件突發時的情境、相應的情緒體驗和行為反應再次的出現當事人的身上,例如事件發生的紀念日、相近的天氣與各種場景因素。

1.2.2警覺性的提高。由于人體進化的結果,人在遭遇傷害時,會積極回避傷害的刺激,同時提高警覺性,因此經歷過創傷性事件的人會過度提高本身的警覺性,積極做好應對威脅的準備。人體的應激資源是有限的,當長期處于這種積極的應激準備狀態而不能夠得到及時的宣泄,便會產生生理及心理功能的紊亂和各種偏離社會規范的行為。

1.2.3回避能引發創傷性體驗的刺激、消極的情感體驗。患者本能地回避涉及與創傷性事件有關的想法、話題,以及與此相關的情境。患者給人一種淡漠、木然、沮喪的感覺。他們對各種活動失去興趣,嚴重患者將失去對生活的信心,產生自殺等消極行為。另外,PTSD患者的內疚和自責的情緒反應也很常見。

2.PTSD治療現狀及存在的問題

越南戰爭之后,人們發現戰后許多的退伍軍人在返家后長時間地出現應激,于是美國的一些精神病學專家開始關注、分析討論對應激的恢復性治療。

有研究者認為患PTSD的人對應激事件的反應是“驚嚇―否認―侵入―不斷修正―結束”這樣典型的心理過程,臨床上PTSD最常見的是否認和侵入兩個時相,對PTSD的首選治療尚無一致意見。對各種應激障礙,心理治療至為重要,已發現很多方法如暴露療法、認知療法和藥物療法對PTSD治療是有效的[4]。緊急事件應激晤談(Critical Incident Stress Debriefing,CISD)作為一種早期的心理干預技術已有五十年的歷史,對于創傷事件的受害者,尤其是對二級受害者緩解心理痛苦,預防PTSD的發生具有重要意義[5]。癌癥病人PTSD的治療都是在癌癥治療的基礎上的積極的輔助心理和藥物治療。經驗性的證據表明以認知行為治療為主的心理治療有較好的療效[6]。另外有學者對創傷性分離癥狀的幾種理論進行了對比研究,結果發現以認知理論范式為基礎的理論對創傷性分離癥狀的解釋主要側重在“是否存在回避警戒”、“是否存在回避加工”與“是否存在回避記憶”三個方面[7]。

大量的研究表明,由于PTSD患者的情緒與心理狀態在創傷事件發生后失去平衡,因此要進行及時的心理干預,幫助危機中的人認識因創傷性事件引發的暫時的認知、情緒障礙和矯正扭曲的行為。近期的一些研究也認為,認知療法和暴露療法無論是單獨使用還是結合使用都能有效地改善PTSD的臨床癥狀[8]。無論是認知療法還是暴露療法,對患者的語言描述能力的要求都非常高,它要求患者能用口頭語言為治療者重現創傷性事件發生時的情境。由于PTSD患者有意回避創傷性事件,以及與此有關的任何事情,因此會使回憶發生扭曲現象,如果根據患者的自我報告來引導患者治療PTSD的話,治療效果將不是很明顯。所以自我報告這種常用的測量方法是存在極大的局限性的。

3.虛擬現實技術的應用

虛擬現實(Virtual reality)技術很好地解決了這一問題,虛擬現實技術在心理學的廣泛應用為提高治療PTSD的效果展現了獨特的視角,彌補了傳統治療方法的不足。

3.1虛擬現實技術介紹

虛擬現實技術是上個世紀60年展起來的一門新技術,它以其逼真的環境模擬使人產生身臨其境的感受和體驗,從而使用戶充分表達其感知活動及各種情緒體驗。虛擬現實技術是利用高科技設備建立的可以與用戶能實時互動的三維虛擬環境。它提供給用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官上真實的體驗,使用戶如同進入真實的空間。 虛擬現實的主要特征是:浸沒感(Immersion)、交互性(Interactivity)、構想性(Imagination)[9]。浸沒感又稱臨場感,指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境能使用戶難以分辨真假,使用戶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、嘗起來等一切感覺都是真的,如同在現實世界中的感覺一樣。這是虛擬現實的核心特征。交互性指用戶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,用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體,這時手又握著東西的感覺,并可以感覺物體的重量,視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。構想性強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間,可拓寬人類認知范圍,不僅可再現真實存在的環境,而且可隨意構想客觀不存在的環境。

3.2.治療思路與過程

對PTSD的治療過程,其實就是打破創傷性記憶的刺激連結,重建情緒記憶網絡的過程[4]。由于認知和暴露療法是目前公認的最好心理治療方法,因此把認知療法和暴露療法結合使用作為治療的理論依據[10]。使用認知暴露療法對PTSD的治療要求把患者重新暴露在創傷性事件之下,根據認知心理學的觀點,打破患者對創傷性事件構建的錯誤認知圖式,當把患者重新暴露在創傷性事件之下時,在患者對創傷性事件重新形成認知、構建新的圖式時,對患者構建過程進行人為的引導,以便患者形成合理的認知圖式,從而達到治療PTSD的目的。

無論是認知暴露療法還是其他的治療方法,都要求患者或有關人員精確地回憶并詳細地描述創傷事件發生的時間、過程等。具體豐富的創傷性事件的信息是治療的必備條件。技術人員利用虛擬現實技術的強大環境模擬功能,根據患者及其有關人員提供的信息,可以重建創傷性事件發生時的情境,讓患者回到事件發生時的環境中去。虛擬的場景再配上生動的聲音,能更好地提高治療PTSD的效果。這里必須注意的是要將治療者的引導語言合理地揉合在虛擬的環境中,利用治療者語言的暗示效果,慢慢地引導患者重新構建合理的認知圖式。羅斯堡姆(Rothbaum)等人用虛擬現實治療了飛行恐怖癥患者,他們發現和在真實情景下實施暴露療法相比具有相同的效果[11]。后來,羅斯堡姆在對越戰老兵的創傷后應激障礙進行了開放式的臨床研究時,將患者置于叢林和直升機兩個虛擬的環境中,治療者控制著視覺和聽覺的效果,患者在虛擬現實的環境中逐步被喚醒關于越南的創傷性記憶,治療持續5周后,PTSD的癥狀顯著減輕[12]。

與其他治療方法相比,使用虛擬現實技術治療PTSD能達到很好的治療效果,但是對治療者的要求也很高。首先,要全面搜集患者受到創傷的情景信息(時間、地點、天氣、周圍環境和人物等),這將為后續的治療(環境的模擬)提供最為基礎的信息。其次是對環境的模擬,這要求治療者不僅具有心理治療的能力,而且具備很好的編程能力,無疑增加了治療者的負擔。其次,是在治療過程中,要把握好引導語插入。在合適的時空插入引導語是一件困難的事情,這要求治療者的治療經驗非常豐富。最后,治療效果不是一次兩次就能凸顯出來的,它是一個系列的過程,治療者要根據治療的進程設置合適的模擬場景。

4.結語

對PTSD的治療目前比較公認的傳統治療方法是暴露療法,但傳統的治療方法對患者的自我報告能力的要求比較高。同時患者往往有意回避創傷性事件,歪曲對事件的回憶,這給治療者針對性地治療帶來難處。與傳統的心理治療技術相比,虛擬現實技術的發展,避免了傳統治療方法的不足,增加了心理治療的手段。虛擬現實技術以其強大的環境模擬能力讓患者快速沉浸其中,帶給患者真實的視覺、聽覺及觸覺體驗。雖然虛擬現實技術突破了傳統心理治療的局限,給心理治療帶來了方便,但它并不是對傳統心理治療技術的顛覆,僅僅是一種治療手段,與傳統的治療方法結合使用,能更好地消除各種心理障礙。

與其他的心理治療技術相比,虛擬現實技術確實有著不可比擬的優點,但其昂貴的設備,以及對使用者軟件編寫能力的高要求,制約了虛擬現實技術在心理治療中的普及。隨著科技的發展,虛擬現實會突破自身的限制,在治療心理障礙中的應用也將越來越廣泛。

參考文獻:

[1]李璐寰,童輝杰.創傷后應激障礙研究進展[J].社會心理科學,2008,23(95):100-108.

[2]陳欣.創傷后應激障礙的特點[J].中國臨床康復,2006,10(14):156-157.

[3]關念紅,王昆等.汶川地震異地治療傷員創傷后應激癥狀及影響因素分析[J].中山大學學報(醫學科學版),2008,29(4):361-366.

[4]何躍,張洪濤.創傷后應激障礙的心理學效應與心理康復[J].中國臨床康復,2003,7(16):2346.

[5]姜榮環,馬宏,呂秋云.緊急事件應激晤談在心理危機干預中的應用[J].中國心理健康雜志,2007,21(7):496-498.

[6]楊智輝,王玉龍,王慧琳,王建平.癌癥病人創傷后應激障礙的特點(綜述)[J].中國心理衛生雜志,2006,20(9):604-606.

[7]趙冬梅,申荷永,劉志雅.創傷性分離癥及其認知研究[J].心理科學進展,2006,14(6):895-900.

[8]張曉慧,栗鑫,杜一菲.創傷后應激障礙的心理治療[J].河南職工醫學院學報,2008,20(7):895.

[9]楊蘊睿,刁永峰.虛擬現實技術在心理焦慮治療中的應用[J].中國醫學教育技術,2008,22(1):71.

[10]蘇衡,王家同,婁振山,盧海濤.認知暴露療法治療創傷后應激障礙的研究[J].中國健康心理學雜志,2007,15(6):485-488.

篇8

關鍵詞：四軸飛行器；仿真系統；動力學方程；虛擬現實

中圖分類號：TP368.1

四軸飛行器體積小、結構簡單、靈巧快速、機動性好的特點，在遙感、航拍、地圖繪制等方面具有不可估量的作用[1]。四軸飛行器的設計與控制問題的需要大量的實驗研究，但搭建四軸飛行器平臺往往需要較長的時間周期和很大的成本，給四軸飛行器的相關研究造成了一定的困難。因此研究一種四軸飛行器虛擬仿真平臺，在平臺上進行相關實驗，以此來解決搭建真實平臺的困難，具有很大的現實意義。本文設計了一種四軸飛行器仿真系統，設計采用模塊化的思想，整體由5個模塊構成，結構清晰，希望為其他相關研究提供一定的借鑒。

1 仿真系統總體構成

仿真系統采用模塊化的方法，主要由控制器模塊、控制命令輸入模塊、姿態數據采集模塊、動力學方程模塊、飛行器姿態3D顯示模塊構成。

控制器模塊主要負責接受控制信號的輸入和來自姿態數據采集模塊的姿態數據反饋，然后計算需要輸出的控制量到電機和動力學方程模塊；控制命令輸入模塊主要用來接受控制命令和期望姿態的輸入，并將輸入數據反饋給控制器模塊；姿態數據數據采集模主要是用來接受動力學方程模塊的姿態輸入，并附加外界干擾，進行線速度和角速度等姿態數據的最終計算，并將測得的數據反饋給控制器模塊和飛行器姿態3D顯示模塊；動力方程模塊主要用于接受控制器輸出的控制量的輸入，然后進行根據動力學方程進行理論數據的解算，并將數據傳遞給姿態數據采集模塊；飛行姿態3D顯示模塊主要作用是接受姿態數據采集模塊的姿態數據輸入，將數據傳遞給飛行器的虛擬現實模型，然后將四軸飛行器的姿態進行實時的3D顯示。下面主要對動力學方程模塊、控制器模塊、飛行器姿態3D顯示模塊構成進行介紹。

2 動力學方程模塊

建立慣性坐標系（OXYZ）和飛行器坐標系（oxyz），并定義以下飛行器狀態量：（1）偏航角Ψ：Ox在OXY平面的投影與X軸的夾角；（2）俯仰角θ：Oz在OZX平面的投影與Z軸的夾角；（3）俯仰角Φ：Oz在OYZ平面的投影與Y軸的夾角；

為了模型的建立，將四軸飛行器視為均勻對稱的剛體，且飛行器的中心、質心與慣性坐標系的原點重合。另外，在飛行速度不大的情況下，認為飛行器所受阻力和重力不變，機體所受升力與電器轉速的平方成正比。在以上假設下可得四軸飛行器的動力學方程[2]：

其中U1垂直速度控制量，U2為翻滾輸入控制量，U3為俯仰輸入控制量，U4為偏航輸入控制量，Ix，Iy，Iz為慣性矩I在三個方向上的分量，l為懸臂的長度，且有：

3 控制器模塊

仿真系統選用增量式PID控制器作為系統的控制器。對于PID控制器，若 作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入，則PID控制器的控制規律[3]為：

其中Kp為比例系數，Ti為積分系數，Td為微分系數。在PID控制器中，PID的比例環節可以對偏差做出瞬間反應，使控制量向偏差減少的方向變化；積分環節用來消除系統的靜態誤差；微分環節的作用是加快調節過程，以偏差的變化對控制量進行適當糾正。

增量式PID在傳統PID控制器基礎上進行了改進，將其輸出量變為控制量的增量Δu：

當系統采用恒定的采樣周期T，僅使用三次測量的偏差值就可以給出控制量，因而增量式PID具有更小的計算量。增量式PID對于本系統來說是一種理想的控制器，容易實現，效果良好。當然，系統也可采用其他的控制器對四軸飛行器進行控制

4 飛行姿態3D顯示模塊

飛行器姿態3D顯示模塊采用虛擬現實（Virtual Reality ，VR）技術[4]，根據四軸飛行器返回的實時數據，將飛行器的飛行姿態實時顯示出來。虛擬現實的建模軟件有許多，本文使用三維建模軟件SolidWorks對四軸飛行器進行三維建模，然后進行裝配，最后四軸飛行器的模型效果如圖1所示：

圖1 SolidWorks繪制的四軸三維模型圖

將四軸飛行器3D模型保存為.WRL虛擬現實格式，導入VRML[5]虛擬現實軟件進行移動節點的處理和顏色的調整，為了和背景區分，飛行器機體設為紅色。值得注意的是，SolidWorks導出的虛擬現實文件是基于VRML 1.0標準的，需要按照VRML 2.0標準（也稱為VRML 97標準）進行轉換。添加背景后，四軸飛行器的虛擬效果圖如圖2所示：

圖2 四軸飛行器虛擬效果圖

將四軸飛行器的VR模型導入Matlab，利用Matlab自帶的VR工具箱進行處理，通過其自帶的V-Realm Builder 2.0編輯器對虛擬現實模型的節點和屬性進行控制。導入Matlab后，通過對四軸虛擬現實文件中Translation及rotation節點的控制，可以實現對四軸模型姿態的控制和位置的移動，從而實現飛行器姿態的3D顯示。

5 結束語

本文設計的四軸飛行器仿真系統結構清晰，容易實現，同時由虛擬現實模型效果可知，本系統性能良好，能較好的實現仿真模擬功能，具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1]江斌.小型四旋翼低空無人飛行器綜合設計[D].浙江大學，2013.

[2]李俊，李運堂.四旋翼飛行器的動力學建模及PID控制[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2012（01）：114-117.

[3]趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學（F輯：信息科學），2009（01）：2-46.

[4]李冉，蔡正林.結合VRML和Java建立動態場景[J].電腦與信息技術，2005（01）：33-35，66.

篇9

【關鍵詞】虛擬現實；地理信息系統；城市規劃

【Abstract】Geographic information display system is the application of technology of geographical information system in regional planning direction， three-dimensional geographic information display system based on virtual reality technology including virtual reality technology and geographic information technology， display system import the geographic information data， and display the data in 3D mode. Based on the current regional distribution on the planning staff， it allows directly adding and editing planning model in the current area， and make assessment and decision-making of planning in the true 3D visual environment.

【Key words】Virtual reality； Geographic information system； City planning

1 虛擬現實技術與地理信息系統概述

1.1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是近來年出現的高新技術，它利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，向使用者提供關于視覺、聽覺、觸覺等感官模擬。美國是虛擬現實技術的發源地，目前在該領域的研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面；在我國，虛擬現實技術的研究與發達國家相比存在著較大的差距，但隨著計算機圖形學、計算機系統工程等技術的高速發展，虛擬現實技術已經得到了相當的重視。

1.2 地理信息系統及應用

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是一門綜合性學科，是地理學、地圖學、遙感科學及計算機科學的結合，廣泛應用于不同領域，用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統。GIS是一種基于計算機的工具，它可以對空間信息進行分析處理。GIS技術主要應用于科學調查、資源管理、發展規劃、繪圖和路線規劃等方向。

1.3 城市地理信息系統

城市地理信息系統簡稱UGIS，它是地理信息系統的一個分支，是基于計算機技術及網絡技術對城市各種空間和非空間數據進行輸入、存貯、檢索、分析、顯示，用來處理城市中空間關系的技術系統。UGIS已經成為城市現代化管理、規劃和決策的重要工具。城市地理信息系統通過對地理信息的采集、管理以及進行規劃，充分挖掘空間信息資源，為城市區域建設和社會發展服務。

2 地理信息系統在城市規劃方向的應用

2.1 城市規劃傳統應用方式

目前傳統的城市規劃工作是基于二維地理信息系統（2DGIS）上進行，主要在地理信息系統所提供的數據基礎上，根據設計圖、效果圖來進行規劃，三維空間內的要素以線框表示。通常的區域規劃包括區域發展基礎評價、區域發展的方向目標與戰略布局、工業布局規劃、農業布局規劃、人口與城鎮體系規劃、基礎設施規劃、環境治理保護規劃這七個方面，以實現對社會經濟發展中的資源開發、環境整治和建設布局等具有決定性的問題做出決策。

2.2 三維地理信息系統在城市規劃方向上的應用

三維地理信息系統（3DGIS）是建立在二維地理信息系統的基礎之上，將高程信息與2DGIS中的高程同等對待，這樣在3DGIS中就能夠在三維空間中表示地物并且進行三維空間分析，實現更為接近現實世界的效果。將3DGIS應用到城市規劃中，克服了傳統的地理信息系統在城市規劃方向上只能夠二維平面顯示的局限，而是在三維空間內進行景觀展示，改變傳統城市規劃方式，促進城市合理規劃。

3 基于虛擬現實技術的三維地理信息展示系統

3.1 應用方向

本文提出一種應用于城市發展規劃方向上的三維地理信息展示系統，該系統導入航拍數據，對數據進行重構轉換，并且在計算機內進行虛擬展示。所展示的數據不僅包括該城市區域的地形地貌，同時還包括公路、建筑等。

本文提出將平面圖像轉換成真三維立體圖像功能，將虛擬現實技術應用于本系統是區別于傳統三維地理信息系統的創新之處。并具有三維立體顯示功能與人機互動功能，能夠為用戶提供沉浸式的瀏覽與漫游觀察方式，并在設計中添加規劃的功能區域，如建筑物，農業園區等。相較于傳統的地理信息系統，用戶能夠在虛擬現實的真三維環境中觀察當前的區域狀態，并且能夠在當前區域中添加未來的規劃區域。

3.2 系統構成

本設計的功能模型構成如圖1所示，由數據庫模塊、數據處理模塊，模型控制模塊，立體轉換模塊，人機交互模塊以及數據顯示模塊六部分組成。

圖1 地理信息展示系統功能模塊構成圖

數據庫模塊主要功能是存儲系統中的地理信息數據及三維模型。地理信息數據的來源為0.1m高精度航拍影像、高精度數據高程模型（DEM）數據，三維模型包括住宅、廠房、樹木、公路、電力設施等。

數據處理模塊的功能是加載地理信息數據，導入至系統之中以準備進行數據顯示。數據處理模塊包括以下兩個子模塊：數據分析子模塊與數據轉換子模塊，數據分析子模塊的功能是對導入的地理信息數據進行分析識別，同時過濾無效的數據；數據轉換子模塊的功能是將識別后的有效數據轉換為本系統能夠識別的格式。

模型控制模塊的功能是在數據庫模塊中選擇相應的三維模型并在系統中進行編輯或修改。

數據顯示模塊的功能是將三維轉換完成的數據進行立體化顯示。最后通過人機交互模塊，用戶可以通過頭盔顯示器（HMD，Head Mounted Display）與該系統完成浸入式瀏覽漫游。

立體轉換模塊是本系統的核心模塊，是實現虛擬現實技術的技術基礎，其功能是將系統所顯示的圖像進行三維立體轉換，使用戶能夠以真三維立體觀察方式對城市的規劃模型進行查看、漫游。

3.3 本系統在規劃管理中的應用

虛擬地理信息展示系統能夠對城市區域進行展示，并且能夠直接在展示模型中添加規劃建筑，實現直觀的展示效果，相關領導和規劃人員在虛擬現實環境中對整個規劃區域進行觀察，以區域整體規劃為出發點對規劃內容進行評估，同時真三維的顯示方式具有空間縱深的顯示特點，最大程度上在進行建設施工之前發現問題和弊端，避免規劃失誤，彌補了傳統規劃方式對規劃內容展示能力差的弱點。

3.4 虛擬地理信息展示系統特點與優勢

傳統的地理信息系統管理的數據是展現在二維空間上進行的，地理信息系統只能夠提供區域相關數據，并把數據圖形化顯示在顯示器上或在圖紙上輸出。對于區域規劃的工作人員來說，這些數據只能夠對區域規劃工作提供基本依據，在系統中不能對未來的城市規劃進行展現，因此就不能讓工作人員及時判斷未來規劃的合理與否，并進行及時更正；本設計能夠依據未來規劃對當前區域內容進行添加與編輯，并且向用戶提供三維立體的虛擬展示方式，用戶能夠在三維環境中瀏覽漫游整個城市，發現未來規劃的不足之處并及時更正，避免規劃實現后與現實情況不符合而造成的規劃失誤。

4 結論

本文提出的三維地理信息展示系統能夠在三維的空間內立體展示城市規劃效果，向用戶提供浸入式的漫游體驗，并同時能夠在系統中添加與編輯未來規劃內容，相關領導和規劃人員根據三維可視化的規劃模型進行論證或決策，最大程度上避免規劃失誤的產生。

【參考文獻】

[1]陳浩磊，等.虛擬現實技術的最新發展與展望[OL].中國科技論文在線，2011，01.

[2]王軍，等.城市三維基礎地理信息系統在城市規劃中的應用[J].工程勘查，2010，11.

篇10

關鍵詞：虛擬現實 基于圖像繪制 三維導航 虛擬現實建模言 插值 原型

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

Abstract： The reconstruction of Virtual Reality Scene based on image has become the hot topic in last ten years. By analysising the process of 3D navigation and the interpolation method of Virtual Reality Model Language， a novel method about the implement of 3D Navigation based on series image set is presented in this paper. Firstly， the definition of key frame point is presented through the analysis of 3D navigation route， and the images are obtained by digital camera in accordance with the key frames. Secondly， all kinds of roaming prototype are defined by the interpolation node of VRML program. Lastly， the navigation animation by the interpolation of the series image is generated， which efficiently implement the 3D navigation of indoor and outdoor. The experiment show that technique is cheaper and simpler， also has good performance.

Key words：Virtual Reality； Image Based Rendering；3D Navigation；Virtual Reality Model Language；Interpolation；Prototype

1 概述

隨著計算機軟件與硬件技術的高速發展，虛擬現實（Virtual Reality， VR）技術的應用越來越廣泛，基于圖像的繪制技術（Image Based Rendering，IBR）是近年來VR技術研究的熱點，它以簡單的圖像合成代替基于三維幾何的建模和渲染，加快了畫面的顯示速度，是建立特定三維場景的一種高效率方法。IBR將計算機圖形學、計算機視覺與圖像處理結合在一起，直接由參考圖像生成新視點的圖像，具有繪制速度與場景復雜度無關、對計算機硬件的要求不高、生成圖像的真實感強、既可用于合成場景又可用于真實場景等優點。基于以上優點，IBR技術自從上世紀90年代被提出以來，已經在虛擬現實、航空航天、建筑、娛樂、網上旅游等領域中得到了應用，尤其由于真實感強，在三維導航方面具有廣泛的應用。[1]

VR技術具有I3 （沉浸、交互、想象）特征，其中虛擬現實建模語言 （Virtual Reality Modeling Language，VRML）是基于網絡的三維語言，是Web3D的代表，它是用于建構多人的交互式虛擬實境語言。虛擬漫游是虛擬現實系統中必不可少的功能，尤其是三維室內外導航系統是三維虛擬漫游系統的重要組成部分，國內外許多高校都進行了研究，成為一個熱點研究領域[2-10]。

本文先仔細剖析基于圖像系列的繪制技術，結合VRML語言，在Web3D平臺上提出了基于圖像系列的三維導航漫游系統的快速實現算法，并實現了相應的自助導航功能，讓用戶身臨其境地感受真實三維場景。

2 導航路徑的關鍵節點

虛擬漫游的實質是首先在漫游路線的關鍵點（幀）位置設置了一系列的視點viewPoint（或稱相機），同時計算好路線上每一段所需的時間，目的是為了行走的勻速；然后通過時間傳感器，設置好時間間隔，結合相應的插值器，生成每兩個關鍵幀相機之間的運動位置，從而生成一系列的動畫，實現用戶的漫游過程，因而虛擬漫游的關鍵是如何生成兩個關鍵幀之間的動畫。[11，12]

如圖1是一個典型的小區漫游路線，這條多義線分別由多條直線和弧線組合而成，包含16個端點（P1，P2，……，P16），共15段線段，每一段線（弧線）的端點都是關鍵幀的位置即Pi。假設用戶行走時（或相機在沿路線移動時），方向始終指向下一關鍵幀，或者說方向與路線重合。

3 關鍵動畫的生成

結合前面的分析，實際虛擬漫游的關鍵是如何生成從Pi到Pi+1的動畫。

首先讓用戶手持相機，在關鍵點Pi、Pi+1的位置上沿著行走的方向拍攝照片Imagei和Imagei+1，詳見圖3（a）和（b）；顯然Imagei+1可以在Imagei中找到相似的內容，可以進行對準，結果見圖3（c）。假設圖像的分辨率為width*height，則圖Imagei+1在Imagei中的位置坐標為[左下角（leftX，downY），右上角（rightX，topY）]，顯然如果在Pi、Pi+1點保持相同的拍攝角度，則Imagei+1在Imagei的正中央，詳見圖3（d）。

截取后進行歸一化，統一生成同樣大小的圖片，即進行圖像的縮放操作Imresize（Ij， width，height）。

最后把這n張圖片可以形成一段動畫，在實際應用中，Pi至Pi+1一般可能有20m，按人的行走速度4.8km/h，則需要12秒，取幀速率為10fps，則將有120張圖片，不管從生成的角度還是從內存開銷的角度，都需要不少的代價。

為了快速實現上述動畫的再生過程，我們結合VRML語言的面集節點紋理映射坐標系統和坐標插值器，通過Web3D的渲染引擎，以最低的代價和最快的速度，完美地實現了上述的動畫過程。

4 基于VRML的動畫生成

VRML語言的面集IndexdetFaceSet節點是幾何體geometry的主要組成部分。面集節點用于在三維空間中創建各種平面組合而成的不規則的立體幾何造型，主要由三維坐標點集（coord）、面的多邊形點集（coordIndex）、平面紋理貼圖（texCoord和texCoordIndex）等部分組成。結合前面的工程分析，首先我們通過coord、coordIndex建立一個4：3的四邊形，模擬前邊描述的照片，并在正前方創建一個相機，后通過texCoord、texCoordIndex給指定圖片建立紋理映射。

如圖6所示，建立一個四個頂點的四邊形面，坐標點分別為（1，-0.75，0）、（1，0.75，0）、（-1，0.75，0）、（-1，-0.75，0），生成一個2*1.5（4：3）的四邊形面。同時通過紋理映射，把圖片的一部分映射至四邊形面上，如圖6中左圖的四個UV映射坐標（u2，v1）、（u2，v2）、（u1，v2）、（u1，v1）分別分別對應到四邊形的四個頂點。

另一方面，VRML具有六種插補器節點和八種傳感器節點，通過路由在各個造型節點和場景節點之間傳遞事件，為瀏覽者創建一個身臨其境、動態、逼真、可以交互溝通的虛擬環境。其中坐標插補器（CoordinateInterpolater）節點用于產生基于坐標點的復雜造型（線集IndexedLineSet、面集IndexedFaceSet）的變形動畫。它包含key域、keyValue域、set_fraction入事件、value_changed出事件，其中key域用于設置一組時間關鍵點的列表，keyValue域用于設定一組關鍵坐標點的列表，set_fraction入事件用于接收來自時間傳感器點發出的時刻比例數值，value_changed出事件用于輸出計算后新的坐標子列表。

由于沒有二維坐標點的坐標插補器，只有三維坐標點的坐標插補器，因而不能直接產生UV貼圖坐標的（u1，v1，u2，v2）的系列坐標插補值。因此，我們可以反過來針對四邊形面的四點三維坐標進行插補，當然在視圖像機中只能觀察到由（1，-0.75，0）、（1，0.75，0）、（-1，0.75，0）、（-1，-0.75，0）構成的4：3四邊形部分，從而達到對UV進行插補的目的，具體見圖7。

5 基于VRML原型的程序實現

在VRML編程語言結構中，PROTO原型語句實現了用戶自定義對象，在原型中包括普通域、暴露域、出事件和入事件四部分參數，并可以包含相應的路由器，具備了面向對象方法的封閉性特征，對數據具有不同的訪問權限。根據前面的討論和VRML語言的特點，結合工程的需要我們給用戶往前走的原型定義為goAhead：

其中startTime、endTime表示本次動畫的開始時間和結束時間，startTime作為入事件來激發動畫，endTime作為出事件結束本次動畫，同時通過路由傳給后續動畫的入事件startTime去激發后續動畫，從而形成完整的一個事件鏈。

三維坐標點stPoint、endPoint表示實際環境中的出發、結束位置的三維坐標，因而可以求出它們的距離，并結合指定的行走速度speed，從而求出行走的時間walkTime，并作為時間插值器time TimeSensor的時間周期cycleInterval。

字符串word將作為動畫的字幕顯示在動畫的底部中央；

聲音文件voice則作為動畫播放期間的配音，可以是背景音樂，也可以相關場景的解說詞。

很顯然，直走包括了漫游路徑第一類：直線往前走，和第二類：往前左拐彎、往前右拐彎等情況。而第三類情況屬于弧形拐彎，可以看作是一個原地轉彎的類型，相當于相機在原地轉彎拍攝，可以直接生成一段全景圖，見圖8（a），當前幾乎所有的數碼相機都支持這種全景拍攝功能。顯然動畫地生成相當于模擬畫面的旋轉，如圖8（b）表示在生成動畫系列時，從全景圖中從右往左依次分割等大小的圖像系列，從VRML實現角度就是四邊形面的四個頂點依次從圖8（a）中的右邊框逐步向圖8（a）中的左邊框進行插值，從而產生相應的一系列三維坐標系列，并生成相應的插值動畫。同理可以如同直走goAhead原型一樣定義原地轉彎originalWheel原型。

結合HTML語言，可以建立基于web頁面的相關界面，從而形成一個完整的基于圖像系列的虛擬漫游系統，再結合線性的三維路徑圖，可以把相關的路徑數據和圖像系列通過AJAX存儲在服務器，從而可以進行快速地輔助導航。

6 結語

本文通過VRML原型的定義，結合面集節點紋理映射坐標系統和坐標插值器， 選用少量的實景圖片系列，由Web3D的渲染引擎完美地實現漫游中的動畫視頻，從而快速地實現了室內外虛擬漫游導航。顯然本技術避免了傳統虛擬現實中繁瑣的三維建模，節省了大量的時間，雖然在視頻生成的轉換過程中有一定的跳躍，但在很多要求不是特別高的工程應用中具有很強的實踐價值。如何更進一步實現基于圖片系列的全景漫游是繼續研究的方向。

參考文獻：

[1]莊怡，汪劍春，胡新榮.IBR技術與應用綜述[J].武漢科技學院學報，2010（3）：49-52.

[2]劉爽.基于VRML的虛擬現實場景漫游技術的研究與實現[D].吉林：吉林大學，2007.

[3]馬秀榮.基于VRML的建筑模型場景設計與演示實現及應用[D].長春：吉林大學， 2009.

[4]白坤.基于VRML的大雁塔建筑群虛擬漫游系統的研究與實現[D].西安：西北大學，2012.

[5]殷鵬蓮，余學祥.VRML和Java支持下的三維虛擬校園構建[J].測繪與空間地理信息，2015（4）：165-171.

[6]宋慧齡，鄧洪.基于VRML 的地學虛擬博物館漫游系統的實現[J].計算機工程，2006，32（17）：239-241.

[7]楊安祺，喬海超，張杜娟等.基于VRML的虛擬秦漢博物館的研究與實現[J].計算機工程與設計， 2011，32（2）：628-632.

[8]蔣文燕，欒汝朋，朱曉華.基于VRML_ArcGIS的虛擬旅游景觀設計與實現[J].地理研究，2010（9）：1715-1719.

[9]陸穎雋.虛擬現實技術在數字圖書館的應用研究[D].武漢：武漢大學，2013.

[10]卞敏捷，高玨，高洪皓等.Web3D可視化技術的研究與應用，計算機技術與發展[J]，2015（6）：141-144.