計算機虛擬現(xiàn)實關鍵技術分析

◆李 波

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計算機虛擬現(xiàn)實關鍵技術分析

◆李 波

（鄭州工業(yè)應用技術學院 河南451150）

計算機技術的快速發(fā)展與應用，是當今社會進步的重要組成部分。計算機虛擬現(xiàn)實技術，能夠真正實現(xiàn)數字化人機交互，還原最真實的視、聽、觸感。為了能夠更好地對計算機虛擬現(xiàn)實技術進行研究，本文從虛擬技術概念入手，就其發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行分析，通過目前計算機虛擬現(xiàn)實技術在各行業(yè)的應用，最大化地挖掘虛擬現(xiàn)實技術的潛力和價值。

虛擬現(xiàn)實技術；計算機；醫(yī)學行業(yè)

0 引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）簡稱VR。顧名思義，就是利用高性能計算機進行復雜的運算和渲染，虛擬出與現(xiàn)實相同的空間技術，其手段就是對用戶的身體到心理等進行多方面模擬與仿真，使其達到身臨其境的效果。該技術得益于計算機技術的迅猛發(fā)展，借助虛擬軟件和硬件資源，在當前社會取得發(fā)展優(yōu)勢和應用前景。

1 計算機虛擬技術概述

計算機虛擬技術作為一種仿真技術，能夠虛擬出逼真的現(xiàn)實場景，但這個環(huán)境不是真實存在。VR技術在實際應用中，主要借助計算機技術構建虛擬環(huán)境，模型建構是虛擬環(huán)境的基礎，可以增加真實感，往往視覺沖擊也是用戶的第一手體驗。計算機虛擬技術將真實環(huán)境轉化到計算機中，并創(chuàng)造出虛擬環(huán)境。在真實環(huán)境中，視聽觸感對人的身心有著重要影響，通過交互設備將虛物轉為實化，變成看得見摸得著的，獲得真實的體驗。交互設備是虛擬和現(xiàn)實的橋梁，在空間、視聽觸覺上，通過交互設備，增強真實感，沉浸感，極大還原虛擬環(huán)境的真實度。

2 計算機虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

以計算機技術為平臺發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術目前有著強大的資源和拓展空間。計算機行業(yè)的突破式進步，強有力地推動虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展，但就目前實際的發(fā)展現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展存在時間較短，應用率較低，使用成本較高等問題，導致其仍處于發(fā)展的初級階段。例如，當前虛擬現(xiàn)實技術的研究和分析，主要還是集中在硬件、互動感知，軟件等方面，虛擬現(xiàn)實技術，要想實現(xiàn)成熟應用還較為困難。例如，一般情況下，在建模與繪制過程中，都會在提高繪制的速度與建模質量上找到平衡點，而這正是影響用戶感知的因素之一。雖然虛擬現(xiàn)實技術在不斷進步，但機遇與挑戰(zhàn)是并存的。虛擬現(xiàn)實技術是多種先進技術的融合與應用，整體上較為先進。因此虛擬現(xiàn)實技術在社會中具有良好的發(fā)展優(yōu)勢和前景，服務于多種工作環(huán)境中，為人類的生產生活提供便利。

3 計算機虛擬現(xiàn)實技術的應用

3.1 計算機虛擬現(xiàn)實技術在游戲行業(yè)中的應用

虛擬現(xiàn)實技術是游戲行業(yè)發(fā)展的重要組成部分。例如，從電腦游戲的誕生，人們一直渴望游戲中的場景更加真實。但無論如何，電腦屏幕始終是阻隔真實場景的一道墻。例如，虛擬現(xiàn)實技術影響游戲行業(yè)的發(fā)展趨勢，仿真技術提高游戲的真實感，游戲開發(fā)商可以將精力投入到其他方向。第一，虛擬現(xiàn)實技術具有強烈的代入感與真實性，調動用戶多感知性，延展用戶的想象力，給予豐富的想象空間，打開腦洞，極大地增強用戶的趣味性。從真實場景到虛幻世界，都可以呈現(xiàn)在用戶面前，彌補傳統(tǒng)游戲在視聽觸方面的不足，給人身臨其境的游戲體驗。第二，虛擬現(xiàn)實技術將用戶代入游戲設定的虛擬環(huán)境中，在高逼真的虛擬環(huán)境下，降低用戶在游戲中的不適感，用戶則完全融入對游戲中情境的感觸與認知，從各個角度對其進行分析體會，增加游戲性。第三，虛擬現(xiàn)實技術中借助交互設備，增加了用戶在游戲中對于物體的可操控程度，以及從游戲環(huán)境到反饋的自然程度。這就更增強了虛擬環(huán)境中的游戲性與真實性，當用戶身處游戲環(huán)境中，用手去抓或腳去踢物品時，它帶來的觸感和操作感會使用戶全身心地融入其中，如同你的手腳一般靈活自如，通過你的操作改變一切。總之，給用戶很強的游戲性和真實感[1]。第四，隨著我國游戲事業(yè)的不斷發(fā)展，手游憑借手機平臺優(yōu)勢，呈現(xiàn)出很高的發(fā)展趨勢，虛擬現(xiàn)實技術在游戲中的應用，能夠為客戶端游戲以及手游帶來新的機遇，促進游戲行業(yè)的健康發(fā)展與進步。

3.2 計算機虛擬現(xiàn)實技術在教育行業(yè)中的應用

在一般教學活動中，教師僅依靠肢體、語言或文字展開教學。但實際上，在一些復雜的教學中，簡單的表述往往無法使學生充分地理解消化。利用計算機虛擬技術，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，還讓教學內容更加生動形象，便于學生的學習理解。例如，這一技術在教育行業(yè)的應用，豐富了傳統(tǒng)的教育手段，使得教學更加生動有趣，利用VR技術讓學生參與進來，推進式輔導教學，提高學生的學習興趣，從而提高學生學習知識的積極性和主動性[2]。此外，虛擬技術突破了傳統(tǒng)教學的時空限制，可以合理分配教學資源，促進教育事業(yè)的發(fā)展。

3.3 計算機虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學行業(yè)中的應用

在醫(yī)學行業(yè)中，醫(yī)生往往依靠傳統(tǒng)手段了解和治療患者的病痛。但傳統(tǒng)手段有著其局限性，并不能直觀了解患者的身體情況，從而增加治療的時間和難度。例如，利用虛擬現(xiàn)實技術，通過借助感覺手套、跟蹤球、HMD等技術手段更加直觀的了解人體的內部構造，這樣臨床醫(yī)生在對患者的診斷和治療中，能夠更準確了解患者的患病情況。除此之外，對實習外科醫(yī)生，可以真實模擬手術情境，積累手術經驗，對于提升技術能力有著極大的作用。在真正的手術前，虛擬現(xiàn)實技術可以讓醫(yī)生身歷其境，直觀感受患者的身體構造，制定最完善手術預案和最佳治療方案，更加精準定位病害位置，降低手術帶來的風險。同時患者與家屬也可以更加直觀地了解病處，增強患者和家屬的治療信心，在促進患者康復的同時降低醫(yī)患關系緊張帶來的影響，促進醫(yī)學行業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展。

3.4 計算機虛擬現(xiàn)實技術在軍事航空中的應用

在軍事航空事業(yè)中，模擬練習一直是該事業(yè)發(fā)展的關鍵。傳統(tǒng)的模擬訓練對人力物力的消耗巨大，而虛擬現(xiàn)實技術應用在這一領域能為其發(fā)展提供良好的前景。例如，在單兵作戰(zhàn)中，可以模擬不同的作戰(zhàn)場景，產生沉浸式的作戰(zhàn)感受，使士兵身歷其境一般體驗戰(zhàn)斗感，增強士兵的作戰(zhàn)意識和作戰(zhàn)能力，提高戰(zhàn)術水平和心理素質。在軍事訓練中，虛擬現(xiàn)實技術可以構建出真實的戰(zhàn)場環(huán)境，這樣參照人員可以通過交互設備進行模擬演習，提高訓練質量和演習效果。此外，在航天航空中虛擬現(xiàn)實技術也等到了較大的應用，首先航空事業(yè)耗資較大，工作性質具有較強的危險性。通過虛擬現(xiàn)實技術模擬各種已知和未知環(huán)境，通過大量的模擬訓練將事故的發(fā)生概率降到最低，這樣不僅降低科研成本，還能系統(tǒng)的訓練及時發(fā)現(xiàn)問題。同時，虛擬現(xiàn)實技術還可以模擬太空環(huán)境，如零重力等，有效地幫助宇航員進行訓練，豐富訓練的方法手段，提升訓練的質量和效率。

3.5 計算機模擬現(xiàn)實技術在工業(yè)技能培訓中的應用

工業(yè)作為我國的支柱型產業(yè)，在去產能時期，對工作人員的工業(yè)技能提出了更高要求，工業(yè)企業(yè)需要完成對工作人員的深度培訓工作。但是從工業(yè)企業(yè)運行的特殊性角度考慮，為了節(jié)約培訓成本，傳統(tǒng)的培訓方法主要為理論講解模式，對于施工人員的培訓效果較差。

在虛擬現(xiàn)實技術的應用中，以企業(yè)中各類生產技術為基礎，建成各類設備的展示程序，在人員培訓中，根據各類設備的實際故障情況，做出相應的故障表現(xiàn)，讓工作人員完成故障診斷工作，并通過手持設備模擬實際操作過程。例如發(fā)電廠中發(fā)電機故障培訓中，可以模擬內容為出現(xiàn)低壓缸差脹過大故障，建成的軟件中可以展示發(fā)電機的震動情況、發(fā)出的聲音情況以及系統(tǒng)以及軸承的轉動情況等，要求工作人員按照技術要求完成各項檢查工作。

4 結語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術作為一項高新技術，本身具有十分廣闊的市場前景。虛擬現(xiàn)實技術延展了人類對現(xiàn)實世界的認識和感知空間能力，應用領域越來越多，如影視、旅游、科研等，潛力十分巨大。但受技術條件限制，目前虛擬現(xiàn)實技術還存在一系列問題，相信隨著科技的不斷發(fā)展創(chuàng)新，必定會取得更多更好的成績，希望能夠借助虛擬現(xiàn)實技術促進各個領域的發(fā)展。

[1]宗興寰.淺議計算機虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展及應用[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(04):91-93.

[2]洪學銀.基于計算機虛擬現(xiàn)實關鍵技術分析[J].計算機產品與流通,2018(12):3.

鄭州工業(yè)應用技術學院校級科研項2018YB031。