虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用研究

向啟悅

（成都市實驗外國語學(xué)校西區(qū)，成都 610031）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當(dāng)今世界前沿的科學(xué)之一，是以計算機科學(xué)為核心的一個集視、聽、觸覺等于一體的沉浸交互式的一定范圍的虛擬環(huán)境，用戶可以通過必要的裝備以人類自然的方式與虛擬三維環(huán)境中的物體進行交互，打到身臨其境的感受和體驗。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以替代現(xiàn)實中危險性較高的應(yīng)用場景，可以仿真現(xiàn)實環(huán)境實現(xiàn)遠(yuǎn)程體驗現(xiàn)場感受，實現(xiàn)無法替代的現(xiàn)場感受。

1 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)以計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)，加之機器學(xué)習(xí)算法和計算機硬件等關(guān)鍵技術(shù)的支持，使得現(xiàn)在的虛擬仿真達到了更高的層次。

為了更高的實現(xiàn)仿真效果，虛擬現(xiàn)實對計算機的渲染要求較高，從而對計算機GPU 有很高的要求。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要由5個部分組成：專業(yè)圖形處理計算機；輸入輸出設(shè)備；應(yīng)用軟件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1.1 虛擬校園

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以仿真校園環(huán)境，在虛擬校園環(huán)境中，學(xué)習(xí)者可以到任何一個地方，可以和其他的學(xué)習(xí)者交流，還可以查閱虛擬校園中圖書館里的書籍、資料等，而且還可以到虛擬教學(xué)樓里的教室去上課。

這樣的學(xué)習(xí)方式可以使學(xué)習(xí)者更自主地學(xué)習(xí)，有更多時間可以自己安排，可以提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的自主性和獨立性。

2.1.2 虛擬實驗室

虛擬實驗室里提供了各種實驗材料，就避免了現(xiàn)實實驗室里可能會材料不足或沒有的情況。而且有些實驗本身就比較危險，如果要在現(xiàn)實中完成這樣的實驗就會有很大的風(fēng)險，但在虛擬實驗室中就避免了這種風(fēng)險，使實驗者能做更全面、更廣泛的實驗。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軍事里的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，將重要的戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，如戰(zhàn)場地形、場景、人數(shù)、兵器裝備等數(shù)據(jù)進行處理，使之與真實場景幾乎相同。使受訓(xùn)者在虛擬的實車、實兵和實戰(zhàn)中身臨其境，這樣進行軍事演練，會減小很大的危險性。目前，虛擬現(xiàn)

實技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用包括單兵模擬訓(xùn)練、多兵種聯(lián)合戰(zhàn)役訓(xùn)練和軍事指揮人員訓(xùn)練等方面。所以在虛擬戰(zhàn)場上訓(xùn)練，不僅可以訓(xùn)練團隊的合作，也可以根據(jù)自己的不足進行單獨的訓(xùn)練，加強個人的技能。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

在醫(yī)生進行手術(shù)訓(xùn)練時，以病人為對象即不科學(xué)又存在一定的危險性，故虛擬現(xiàn)實技術(shù)在該領(lǐng)域有了發(fā)揮的空間。醫(yī)療手術(shù)虛擬系統(tǒng)通過計算機圖形建模、人體器官仿真及部分傳感器及圖形處理對手術(shù)環(huán)境進行全真模擬，實現(xiàn)真實手術(shù)環(huán)境虛擬再現(xiàn)。

計算機圖形建模是醫(yī)療手術(shù)虛擬系統(tǒng)的核心，其不僅對人體的組織器官進行建模，甚至血供等細(xì)微人體組織進行仿真模擬，且精度要求較高。手術(shù)虛擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化為醫(yī)生對人體病灶及周圍細(xì)微人體組織情況的全面分析提供了支持。

由于精密性要求，該系統(tǒng)的輸入環(huán)境搭建也是極其重要，需盡可能仿真出真實的手術(shù)器械，且通過對醫(yī)生動作的實時捕捉向計算機發(fā)出指令，計算機接收指令后與系統(tǒng)模型進行交互，通過動作姿勢和力度的判斷，實時計算形變和模型分裂，反饋至模擬組織器官，且器官對醫(yī)生操作器械的反作用力也要真實反映出來，以便醫(yī)生判斷后續(xù)操作。

2.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在交通運輸上的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實對交通的仿真，會構(gòu)建可視化交通場景，再現(xiàn)現(xiàn)實交通系統(tǒng)的特性，分析在各種情況下交通系統(tǒng)的可能行為，通過模擬仿真各種情況的實驗結(jié)果，尋求出現(xiàn)實交通中各種問題的最優(yōu)解，可以對現(xiàn)有的交通運輸?shù)母黝愐?guī)劃、設(shè)計、管理方案進行評測，從而進行改進。

虛擬現(xiàn)實交通仿真通常需要場景建模、微觀交通仿真、動態(tài)場景顯示以及人機交互等來實現(xiàn)。而且根據(jù)對象不同，交通仿真還分成了很多類：行人仿真、軌道交通仿真、海上交通仿真、航空交通仿真等。

交通就是為了使人們通行更便利、更安全，所以虛擬交通運輸更關(guān)注人的感知和反饋，通過虛擬交通的試驗來對現(xiàn)實交通做出更合理、更人性化的改進。

3 對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展望和看法

對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，在未來肯定會發(fā)展更加重要的領(lǐng)域。對比現(xiàn)實生活，虛擬現(xiàn)實的確會帶來許多好處，有很多在現(xiàn)實中很難進行、很危險的試驗、測試，都可以在虛擬現(xiàn)實中進行仿真，從而得到想要的結(jié)果。這樣不僅操作起來簡便可行，還能夠降低測試所需的成本。

當(dāng)然，虛擬現(xiàn)實在目前還有很多的不足。因為在現(xiàn)實中，有很多的不可預(yù)測性，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有一定的局限性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)現(xiàn)在在很多領(lǐng)域還都只處在概念階段，而且虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要非常精確的數(shù)據(jù)來支撐它對現(xiàn)實的仿真，但現(xiàn)在很多設(shè)備都難以支持這么龐大的數(shù)據(jù)量。還因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)一開始也需要較高的成本來實行，所以在某些領(lǐng)域比如教學(xué)領(lǐng)域，真正實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可能性就會比較低。

即使現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)可能還不夠成熟，但我相信，在不遠(yuǎn)的將來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)一定會蔓延到各個領(lǐng)域，融入到人們的生活中來，為人們提供更多的便利。