2010年5月刊
信息与电脑
China Computer&Communication
人工智能与识别技术
虚拟现实技术特性及应用前景
郭巍 北京交通大学，北京 100045
摘要：本文对虚拟现实技术的特点、关键技术、应用情况等进行了描述，并对虚拟现实技术的发展前景进行了展望。关键词：虚拟现实；VR；应用；发展
中图分类号：TP39 文献标识码：Ａ 文章编号：1003-9767（2010）05-0029-02
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有地观察三度空间内的事物。
虚拟现实是最近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异，它的目的是使信息系统尽可能地满足人的需要，人机的交互更加人性化，用户可以更直接地与数据交互。虚拟现实技术是门新兴的科学技术，该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。由于其有诸多的优势，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，越来越受到人们的关注。
件、硬件上展开，在以下主要方向发展：
2.1 动态环境建模技术
虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD 技术(有规则的环境) ，而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率[4]。
2.2 实时三维图形生成和显示技术
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率是重要的研究内容。
2.3 应用系统开发工具
虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具。例如，虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
目前，分布式虚拟交互仿真已成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、MA等相关标准。网络分布式VR在航天中极具应用价值，例如，国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费与设备费用，而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适[5]。
2.4 系统集成技术
由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等[3]。
2.5 新型交互设备的研制
虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要，例如，数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点;虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。
1. 虚拟现实技术概述
虚拟现实技术的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。虚拟现实技术是高度集成的技术，涵盖计算机软硬件、传感器技术、立体显示技术等。
虚拟现实的特点浸沉感、交互性和构想性。由于三者的英文名称均以“I”打头，又被称为3“I” 特性。浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉；交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。
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2. 虚拟现实技术的研究现状与关键技术
虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。
目前虚拟现实系统主要划分为四个层次：一是桌面虚拟现实系统，也称窗口中的VR。它可以通过桌上型机实现，所以成本较低，功能也最简单，主要用于CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。二是增强现实性虚拟现实系统，又称为混合虚拟现实系统，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。三是沉浸虚拟现实系统，如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用 这种系统。四是分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展，也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统，通过因特网连接起来，共同实现某种用途。
虚拟现实技术的研究仍遵循“低成本、高性能”这一原则，从软
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3. 虚拟现实技术的应用
由于虚拟现实技术的特点，它渗透到我们工作和生活的每个角落，对人类社会的意义是非常大的。
虚拟现实技术是一种人机交互技术，它将是下一代人机交互技术发展的趋势。随着虚拟现实技术的发展，人机交互更接近于自然的方式，从而有效地降低认知负荷，提高工作效率。过去，该技术主要应用在军事和航空领域，自从20世纪90年代以来，随着它的发展，在科学计算可视化、建筑设计漫游、产品设计、远程教育、以及工程和娱乐等领域获得很好的发展。
在建筑设计与城市规划方面将有广阔应用前景，如房地产及数字化小区的建筑设计与规划，大、中、小城市的城市规划、城市市政设施管理、城市房地产管理和城市社区管理等部门“数字城市”项目，可为城市规划、建设、管理与决策行业提供全新的服务手段；在虚拟
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人工智能与识别技术
ΔE 与发射天线所在地相对高度有关的校正系数,dB G 发射天线增益，dB L 馈线损耗，dB、
“覆盖计算”用于计算该台站的发射机在一定条件下对周围的地区的覆盖范围，并将该范围在地图窗口中醒目显示出来。 用户可选择希望计算的发射机，输入台站发射机的经纬度、发射机功率、天线高度、有效场强、净增益、崎岖度、曲线类别参数等在内的基本信息，通过场强覆盖计算后可在地图窗口中看到单个发射机的覆盖区域。
GIS叠加分析技术、多边形边界融合技术以及缓冲区分析技术等是覆盖效果分析最有效的手段。通过矢量叠加、栅格叠加分析，可以确定目标覆盖区内的人口信息、民族分布信息、经济信息以及相关的社会信息等内容；通过缓冲区分析，可以对工程方案或决策效果进行科学分析。通过多边性融合技术，可以对由众多覆盖区组成的服务区进行信息综合，“融掉”重复覆盖信息，获取最大边界覆盖信息，为综合覆盖人口决策分析提供科学依据。
(2) ArcGIS Eengine的开发方式可以实现一个具备常用GIS功能并能够脱离ArcGIS而运行的高效率的应用程序。实现了系统的灵活简捷性
(3)系统模拟了青海省内广播站点，分布情况、相对位置关系。实现了地理信息系统的基本功能，如地物的缩放、漫游、图形和属性之间的互访等功能。
(4)系统提供了无线电波场强覆盖范围计算分析功能。
建设广播资源信息化的过程中，GIS在其中发挥着重要作用。利用GIS技术提供的空问管理和空间分析功能，能够解决常规管理方法难以解决的许多问题。
参考文献
[1]http:www.esri.com
[2]龚健雅，地理信息系统基础，北京:科学出版社，2001
[3]沈百玲．ArcGIS Engine简介[J]．中国通讯，ESI中国(北京)有限公司，2003，10：3—5．
[4]樊红. ARC / INFO应用与开发技术[M]. 武汉:武汉大学出版社, 2002.孙红云. 基于GIS的广播电视电波绕射模型研究[D].北京:中国测绘科学研究院, 2007
[5]雷浩川,张永华,朱华华,等. 基于GIS的广播电视场强覆盖计算方法研究[ J ]. 测绘与空间地理信息, 2008, 31(3) : 42 - 43.
结束语
在近几年的时间里，GIS技术得到了飞速发展，在各行各业都有了成功的应用。本文就青海省无线广播覆盖为例，开发了一套地理信息系统。通过对该系统的设计和实现，可以得出如下结论：
(1)将GIS技术应用到广播发射覆盖的研究，具有实用价值。是我省未来对广播覆盖资源进行统筹规划、管理的必然趋势。
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现实技术战场环境，虚拟现实作战指挥模拟，飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练，飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造（含系统的虚拟设计）；虚拟现实手术培训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术等等方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和技术驱动。
虚拟现实的广泛用途，把计算机应用提高到一个崭新的水平，其作用和意义显而易见。
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取新概念的有力工具。
5. 总结
我国VR 技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR 技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR 列入了研究项目。国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。
虚拟现实发展前景十分诱人，在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。
4. 虚拟现实技术的展望
正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获
参考文献：
[1] 王梅艳.虚拟现实技术的历史与未来. 中国现代教育装备，2007，1
[2] 胡新根.虚拟现实技术综述.科技广场，2007，5
[3] 党保生.虚拟现实及其发展趋势.中国现代教育装备，2007，4[4] 郑彦平，贺钧. 虚拟现实技术的应用现状及发展.信息技术，2005，12
[5] 李志文，韩晓玲. 虚拟现实技术研究现状及未来发展. 信息技术与信息化，2005，3
[6] 佟晓妍.虚拟现实技术的应用及其展望. 内蒙古科技与经济，2007，6
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