虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用狀況

吳鳳娟

（商丘師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，河南 商丘476000）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)辟了人類交流的新領(lǐng)域。在很多國(guó)家，虛擬現(xiàn)實(shí)已在航天、軍事、醫(yī)療、教育、娛樂(lè)、建筑房產(chǎn)、商業(yè)、旅游等許許多多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 教育領(lǐng)域

1.1 虛擬仿真校園

國(guó)內(nèi)天津大學(xué)在1996年，最早開(kāi)發(fā)了我國(guó)虛擬校園。先后有中國(guó)人民大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、西南交通大學(xué)、北京四中、杭州工業(yè)大學(xué)等也建設(shè)了虛擬校園[1]。

1.2 虛擬學(xué)校

我國(guó)最早的網(wǎng)絡(luò)學(xué)校產(chǎn)生于1997年，至今，已有幾百家。像2006年西安首家家庭教育網(wǎng)絡(luò)學(xué)校[2]、2009年在大連建立的第一個(gè)殘疾人網(wǎng)上學(xué)校——中國(guó)愛(ài)心網(wǎng)校就是典型代表。

斯坦福大學(xué)胡佛研究所最新報(bào)告預(yù)計(jì)，到2019年，全美9年級(jí)到12年級(jí)的課程中，半數(shù)將采取網(wǎng)上授課方式[3]。

1.3 教育培訓(xùn)

這方面的案例很多。國(guó)內(nèi)，西南交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了城市規(guī)劃仿真、駕駛員培訓(xùn)仿真及其他交互式仿真方面的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；Live互動(dòng)英語(yǔ)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)多線式互動(dòng)劇場(chǎng)；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)晶體學(xué)研究和教學(xué)應(yīng)用；中國(guó)浙江大學(xué)研制開(kāi)發(fā)了基于人物的電子學(xué)習(xí)環(huán)境(ELVIS)，用來(lái)輔助9-12歲小學(xué)生進(jìn)行故事創(chuàng)作；北京天文館構(gòu)建了虛擬天象異型劇場(chǎng)；中科院建立了天文學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室；還有山東旅游職業(yè)學(xué)院的虛擬導(dǎo)游實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等等[1]。2009年，國(guó)內(nèi)首套煉化安全仿真培訓(xùn)軟件開(kāi)發(fā)成功。

國(guó)外，Lofin等人在1993年建立了一個(gè) “虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室”；新加坡運(yùn)用動(dòng)感世界AWEDU(ActiveWorlds Educational Universe)構(gòu)建了如細(xì)胞分裂和太陽(yáng)系虛擬教學(xué)環(huán)境，供小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)。2008年，美國(guó)布法羅大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室研制成功青蛙解剖軟件，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)新的里程碑[4]。

2 娛樂(lè)游戲

1991年芝加哥虛擬世界中心推出的第一個(gè)大規(guī)模虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)系統(tǒng)“戰(zhàn)爭(zhēng)技術(shù)”（BattleTech）；英國(guó)開(kāi)發(fā)的稱為“Virtuality”的 VR 游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感[1,5]。

2009年，NVIDIA公司在韓國(guó)網(wǎng)吧中創(chuàng)辦了NVIDIA三維立體（3D Vision）體驗(yàn)空間；3D電影《化身》在12月18日上映，這部電影會(huì)給3D電影市場(chǎng)帶來(lái)一陣旋風(fēng)。

3 建筑房產(chǎn)

在美國(guó)洛杉磯和費(fèi)城的虛擬建筑三維模擬系統(tǒng)被認(rèn)為是全球最成功的虛擬建筑模擬系統(tǒng)之一。

荷蘭的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較快，Eindoven大學(xué)的Calibre研究院已經(jīng)模型化了一座小城市[5]。

我國(guó)清華大學(xué)土木系的“VRGROUP”小組，于1998年開(kāi)發(fā)了“清華北大藍(lán)旗營(yíng)教師住宅小區(qū)”的虛擬環(huán)境瀏覽系統(tǒng)。

4 虛擬旅游

虛擬旅游系統(tǒng)的應(yīng)用，使游客足不出戶就可以瀏覽天下奇觀。中國(guó)科學(xué)技術(shù)館的“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”，用戶可以駕駛虛擬直升機(jī)飛越虛擬珠穆朗瑪峰；2009年，沙家浜虛擬旅游震撼公測(cè)。

5 文物保護(hù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使典型歷史人物以及珍貴文物再現(xiàn)，將文物的展示、保護(hù)提高到一個(gè)嶄新的階段。如：虛擬陜西乾陵、數(shù)字圓明園、虛擬蘇州古典園林、數(shù)字長(zhǎng)城、虛擬古羅馬、虛擬西班牙圣地亞哥大教堂、清華大學(xué)國(guó)家光盤(pán)工程研究中心所作的“布達(dá)拉宮”；彭德懷紀(jì)念館采用桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，展現(xiàn)彭總一生的豐功業(yè)績(jī)等等。

6 城市規(guī)劃

2003年初，寧波政府建立了寧波數(shù)字城市虛擬仿真中心；貴州省興義市搭建了虛擬三維仿真模型；上海世博會(huì)籌備機(jī)構(gòu)采用了Gvitech CityMaker虛擬可視化及數(shù)字城市技術(shù)，實(shí)施世博會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；2009年，天津市“三維數(shù)字城市”系統(tǒng)初步建成；國(guó)產(chǎn)大型開(kāi)放式三維空間信息平臺(tái)——EV-Globe2.0發(fā)布，該平臺(tái)在2008年汶川地震抗震救災(zāi)、奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)規(guī)劃以及國(guó)慶60周年閱兵等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

芬蘭計(jì)算機(jī)工程師在網(wǎng)絡(luò)上復(fù)制真實(shí)世界的赫爾辛基市，成為世界上第一個(gè)虛擬城市；在美國(guó)大約有50個(gè)城市正在建設(shè)虛擬城市。

7 軍事與航天

美國(guó)的DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)開(kāi)發(fā)了虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，將200多個(gè)坦克訓(xùn)練器互聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò)，用于復(fù)雜訓(xùn)練和作戰(zhàn)演習(xí)。在我國(guó)，在這方面最早進(jìn)行研究的是北航，已實(shí)現(xiàn)用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

8 科學(xué)可視化

現(xiàn)實(shí)世界中存在很多不可見(jiàn)的物質(zhì)，如電磁場(chǎng)、紫外線、紅外線、風(fēng)洞、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、太空及其星體等，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將它們生動(dòng)地展現(xiàn)在我們面前。最典型例子是模擬風(fēng)洞；2009年，趙正旭研發(fā)的TDS（Total Discovery of Space）虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)，用于火星探測(cè)，必將對(duì)我國(guó)星空探索事業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

9 虛擬制造

虛擬現(xiàn)實(shí)使工業(yè)設(shè)計(jì)的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍，更加符合社會(huì)發(fā)展的需要。

美國(guó)[4]：波音公司對(duì)777系列飛機(jī)的設(shè)計(jì)、沃爾沃公司對(duì)新型汽車(chē)內(nèi)部的儀表和控制部件的布置；英國(guó)：Herriot-Watt大學(xué)機(jī)械與化學(xué)工程系，進(jìn)行虛擬環(huán)境中的對(duì)象形變研究和沖突檢測(cè)研究。

國(guó)內(nèi)[5]，清華大學(xué)CIMS工程研究中心虛擬制造研究室；西安交通大學(xué)CAD/CAM研究所；2005年3月，上海理工大學(xué)宣布成立了虛擬制造技術(shù)研究院。

10 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)上[1,5]主要應(yīng)用于虛擬內(nèi)窺鏡、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)治療、手術(shù)仿真訓(xùn)練、藥物檢驗(yàn)及評(píng)估、醫(yī)學(xué)教學(xué)、醫(yī)學(xué)康復(fù)治療等諸多方面。應(yīng)用及發(fā)展情況如下：

20世紀(jì)80年代末，由美國(guó)的Delp和Rosen研制的用于觀察關(guān)節(jié)移植手術(shù)過(guò)程和結(jié)果仿真系統(tǒng)被認(rèn)為是第一代虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)。

2000年，韓國(guó)推出了可視韓國(guó)人數(shù)據(jù)集；同年，我國(guó)第一軍醫(yī)大學(xué)完成了國(guó)內(nèi)首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集。2005年，譚珂等人設(shè)計(jì)鼻腔鏡虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)。

2006年，南方醫(yī)科大學(xué)與華南師范計(jì)算機(jī)學(xué)院合作開(kāi)發(fā)出一套專門(mén)針對(duì)腹部的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)——MIPS；同年，天津大學(xué)的許天春等人使用PHANTOM設(shè)備設(shè)計(jì)了一個(gè)聲帶腫物切除仿真系統(tǒng)。

11 電子商務(wù)

當(dāng)客戶在看到產(chǎn)品的3D展示后，如果有不滿意的地方，可以直接通過(guò)電腦自行修改設(shè)計(jì)，添加元素，讓生產(chǎn)商能夠直觀地了解到客戶對(duì)產(chǎn)品的需求。例如：全球第三大零售網(wǎng)站的美國(guó)網(wǎng)上服裝零售商品公司就開(kāi)發(fā)了一個(gè)網(wǎng)上試衣軟件；國(guó)內(nèi)的網(wǎng)上虛擬書(shū)店；

2009年，知名的家具品牌飛美推出家具數(shù)字化展示平臺(tái)；百腦匯3D MALL網(wǎng)上商城正式面市。

12 日常生活

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在悄悄地走進(jìn)我們的日常生活，從2009年至今，就有不少3D產(chǎn)品研發(fā)成功。

我國(guó)研發(fā)成功首套背投立體視頻顯示系統(tǒng)；巴可發(fā)布最新款3D模擬仿真3DLP投影機(jī)；宏碁發(fā)布Win7 3D立體顯示筆記本；優(yōu)派發(fā)布全球首款寬屏22寸3D液晶顯示器；MIT開(kāi)發(fā)出手勢(shì)識(shí)別設(shè)備Wear Ur World(WUW)。

目前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序已應(yīng)用于手機(jī)攝像頭，它催生了很多增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，其中最具代表性的包括Tonchidot開(kāi)發(fā)的Sekai Camera、Layar、GraffitiGeo 以及 Yelp。

13 展望

以上僅是部分案例，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，如在虛擬演播室、虛擬電子地圖、交通模擬、偵察測(cè)繪、可視化會(huì)議、多媒體演示、信息管理、商貿(mào)、危險(xiǎn)及惡劣環(huán)境下的遙操作、信息可視化、圖形、氣象、公安、消防、科研、金融、海洋、農(nóng)業(yè)以及遠(yuǎn)程通訊等與百姓生活息息相關(guān)的領(lǐng)域中都有應(yīng)用。可以預(yù)見(jiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、寬帶時(shí)代的來(lái)臨、三網(wǎng)合一的實(shí)現(xiàn)和云計(jì)算的研究，遠(yuǎn)程沉浸的虛擬協(xié)同工作環(huán)境將會(huì)進(jìn)入大家的生活、工作中。在不久的將來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)影響甚至改變我們的觀念與習(xí)慣，并將深入到人們的日常工作與生活中。

［1］姜學(xué)智,李忠華.國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(2):238-240.

［2］雷愷.我國(guó)西部首家家庭教育網(wǎng)絡(luò)學(xué)校在西安啟動(dòng)[OL].(2009-11-15)[2006-09-20].http://news.qq.com/a/20060920/001945.htm.

［3］盛穎霞.美國(guó)網(wǎng)絡(luò)學(xué)校發(fā)展迅猛 政府亟須加強(qiáng)監(jiān)管力度[OL].(2009-11-15)[2008-5-20].http://world.jyb.cn/hwsj/200805/t20080520_163752.html.

［4］張夢(mèng)然.虛擬現(xiàn)實(shí)青蛙解剖軟件開(kāi)發(fā)成功[OL].(2009-11-19)[2008-2-25]http://bbs.xiangshanren.com/thread-12747-1-1.html.

［5］蔣慶全.國(guó)外VR技術(shù)發(fā)展綜述[J].飛航導(dǎo)彈,2002(1):27-34.