浅议计算机虚拟现实技术发展及应用

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　　摘 要：计算机行业的迅猛发展，促使虚拟现实技术也得到了较为明显的发展与进步，虚拟现实技术作为当今时代发展过程中较为先进的一项技术，能够真正实现数字化人机交互，其最为显著的特征则是以交互性、沉浸性以及构想性为主，能够给人一种身临其境之感。为了能够更好地对计算机虚拟现实技术进行研究，本文从虚拟现实技术概念着手，就其在各个行业以及领域之中的应用现状进行了分析，然后提出了该技术今后发展的重要趋势，希望能够以此来最大化这一技术的价值。
　　关键词：计算机；虚拟现实技术；游戏行业；军事航天
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）04-0091-03
　　Development and Application of Computer Virtual Reality Technology
　　ZONG Xinghuan
　　（Liaoning Normal University Haihua College，Shenyang 110167，China）
　　Abstract：With the rapid development of computer industry，virtual reality technology has also been developed and progressed obviously. As a relatively advanced technology in the development process of today’s era，virtual reality technology can truly realize digital human-computer interaction. Its most prominent feature is interaction，immersion and conception，which can give people a sense of immersion. In order to better study the technology of computer virtual reality，this paper starts with the concept of virtual reality technology，analyses its application status in various industries and fields，and then puts forward the important trend of future development of this technology，hoping to maximize the value of this technology.
　　Keywords：computer；virtual reality technology；game industry；military space
　　0 引 言
　　虚拟现实技术英文名全拼为Virtual Reality，简称之为VR技术，这一技术主要是借助于电脑生成的三维虚拟空间，使用这一技术的人其能够从中获得听觉、视觉以及觸觉等多方面感官模拟，以此来产生一种身临其境之感。这一技术是现如今社会上较为先进的一种技术，集成了计算机仿真技术、显示技术、计算机图形技术、人工智能、传感技术等多项技术成果。我国早在上世纪90年代就已经开始对虚拟现实技术进行研究，那个时候因为受到技术以及成本等多方面因素的影响，在应用范围上主要是以商用或者是军用为主，在社会不断发展过程中，计算机软硬件技术也得到了更为显著的发展，虚拟现实技术因此而得到了进一步的发展与完善，开始逐渐进入到大众市场，应用范围也变得越来越普遍。
　　1 虚拟现实技术相关概述
　　1.1 虚拟现实技术概念
　　VR技术是社会信息计算机技术不断发展过程中而衍生的一种高新技术，一般情况下我们也可以将其称之为灵境技术或者是人工环境。VR技术在实际应用过程中，主要是借助于计算机来模拟一个三维的虚拟世界，使用者能够借助于多种虚拟现实交互设备来沉浸到虚拟现实环境之中，这样使用者就能在这一环境中直接与虚拟现实场景事物展开交互，同时按照自身需求来对三维空间事物进行浏览，这样能使用户在虚拟体验中获得较为真实的感受。虚拟现实技术的存在从某些方面来说为人机交互界面的发展提供了一个全新的研究领域，这一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，本身就是将计算机技术作为核心，然后以此来生成一个逼真的视、听、触一体化环境，而使用者则能够在这一过程中获得较为直接的感官感受。VR技术的存在直接改善了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式，特别是在对大量抽象数据进行处理的过程中应用这一技术能够起到更好的效果，不同领域以及企业应用这一技术还能因此而获得较为显著的经济效益。总而言之，虚拟现实技术属于一项综合集成技术，涉及到多个领域，也因其自身所独有的特征而让人能够自然的体验虚拟世界，并且因此而获得身临其境之感。
　　1.2 虚拟现实技术特征
　　虚拟现实技术本身就是以计算机技术为平台而展开的一项技术，这一项技术借助于虚拟软件以及硬件资源，能够有效地实现人与计算机之间的有效沟通。计算机虚拟现实技术有其自身所独有的特征，主要表现为沉浸感、多干执行、构想性、交互性、强大的网络功能、多媒体功能、创建三维立体造型与场景、人工智能等多方面，而在这其中核心的特征则是以下两点：
　　（1）沉浸感。沉浸感是计算机虚拟现实技术的重要特征之一，其主要指的是一种主观感知，即人对于计算机系统模拟的虚拟环境所产生的认识以及感知，以及对于虚拟环境真实程度的考究等等。沉浸感这一特征的存在，能够做到虚拟环境的“以假乱真”，这样用户就能全身心的投入到计算机所创设的虚拟环境之中，并且因此而获得较为良好的体验。总之，计算机虚拟现实技术沉浸感这一特征可以说是该技术所追求的基本目标，而创造出具有较强沉浸感的虚拟环境则需要借助于各种技术的综合使用，在这其中显示技术则是实现这一特征的关键技术。 　　（2）交互性。在计算机虚拟现实技术之中，交互性是该技术的另一特征，该技术主要指的是用户对于模拟环境内物体的可操作程度，以及从环境到反馈的自然程度。虚拟现实技术之中存在的人机交互界面可以说是远远超过了键盘、鼠标等传统模式，其能够借助于数字手套、头盔等较为复杂的传感器设备，以及三维交互技术之中的语言输入与识别等技术来有效的实现人机交互。
　　2 虚拟现实技术在行业之中的应用
　　2.1 虚拟现实技术在游戏行业中的应用
　　虚拟现实技术在游戏行业之中的应用也是现如今时代发展的重要特征之一，将这一技术应用到游戏场景设计之中，就能够呈现出360°且具有三维立体感的场景，而且再加上触觉、声觉以及嗅觉等多方面一体化的带入，就能让用户在游戏过程中产生更为强烈的身临其境之感。近年来，我国游戏事业可以说是得到了较为显著的发展，尤其是手机游戏更是呈现出高速发展的态势，虚拟现实技术在游戏行业之中的应用，能够为客户端游戏以及手游来带全新的发展契机，促使游戏行业得到进一步的发展与进步。
　　2.2 虚拟现实技术在教育行业中的应用
　　虚拟现实技术在教育行业之中也有所涉及，这一技术在教育行业之中的应用，突破了传统教育手段所存在的限制，使教学知识变得更加的形象。教师在对学生进行教育工作的时候，就可以借助于虚拟现实技术来推进体验式教学，让学生在体验之中感受到学习的魅力，从而有效的提高学生学习知识的积极性以及主动性，进一步推进教育工作的有序实施。除此之外，虚拟现实技术在教育行业之中的有效应用，还直接突破了传统教育所存在的时空限制，这样教育资源分配也能因此而变得更加的合理，进而有效的促进教育事业的发展。由此可见，计算机虚拟现实技术在教育行业之中的应用，也是现如今时代发展的重要趋势之一。
　　2.3 虚拟现实技术在医学行业中的应用
　　计算机虚拟现实技术在医学行业之中也有所涉及，在这一行业之中应用虚拟现实技术，就能够借助于HMD、跟踪球、感觉手套等技术来更好地了解人体内部结构，这样临床医生在对患者进行治疗与诊断的过程中，就能更好地了解患者的身体情况。除此之外，外科医生在进行手术之前，也可以应用这一技术在显示器上进行模拟的手术，以此来找出最佳的手术治疗方案，从而有效的降低手术风险，在促进患者康复的同时减少护患纠纷事件的发生率，最终促进医学行业的健康稳定发展。
　　2.4 虚拟现实技术在军事航天中的应用
　　计算机虚拟现实技术除了在上述领域之中得到了应用，在军事航天之中也得到了较为广泛的应用。在军事航天事业之中，模拟以及练习一直都是该事业发展的关键，而将虚拟现实技术应用到这一领域之中就能为其发展提供较为良好的前景。具体而言，在军事训练过程中应用计算机虚拟现实技术能够有效地为训练员构建出虚拟的战场环境，这样参照人员就能够借助于相关设备和虚拟环境之中的对象进行交互作用与影响，从而产生沉浸式的体验与感受；另外，在军事单兵训练过程中，还可以让士兵穿上数据服、戴上头盔显示器以及数据手套，借助于传感器的操作来选择不一样的战争背景、输入处理方案，这样士兵就能体验不同的作战场景以及效果，使士兵能够在这一过程中提高自身的战术水平、心理承受能力等。除此之外，虚拟现实技术在航天事业之中也得到了有效应用，航天设备本身就属于耗费较大的现代化工具，再加上航天工作的開展本身就具有较强的危险性，而应用计算机虚拟现实技术，则能模拟各种航空器有可能会遇到的环境，这样不仅能够节约成本，还能降低危险；另外，还能有效的实现对零重力的模拟，这样就能有效的替代宇航员的训练方式。
　　除了上述所提到的这些领域，计算机虚拟现实技术在动作捕捉、房地产开发、室内设计、文物保护、工业仿真、应急演练等领域也有得到了有效的应用。
　　3 虚拟现实技术的发展现状分析
　　计算机虚拟现实技术最开始是由美国人所提出的一个理念，之后被美国宇航局应用到航天事业之中，以此展开了对于成本较低的虚拟现实系统的研制，从某些方面来说这对于虚拟现实技术的硬件发展具有一定的推动作用。虚拟现实技术现如今虽然已经得到了较为明显的发展和进步，可是就实际发展现状来看，依然还是处于初级研究阶段。就现如今计算机虚拟现实技术的研究现状来分析的话，其主要是研究感知、硬件、后台软件以及用户界面这几个方面，而就当前研究现状来分析的话，场馆虚拟漫游可以说是研究过程中较为困难的一个方面。一般情况下，在进行建模与绘制的过程中，都会在绘制速度与模型精细度上选择一个较为恰当的平衡点，这样不仅能够有效地保障绘制的质量，还能够提高用户的体验感。现如今世界上已经具有较多的计算机虚拟现实技术开发商，而且也已经开发出了一些虚拟现实软件的平台，像是VRT、Robotics、Deneb等等，而这些平台的存在在很大程度上也促进了虚拟现实技术应用效果的提升。但是，就总体开发现状来看，依然还是存在较多的问题，特别是因为自主知识产权保护等原因，导致我们对于核心技术不够了解，这个时候也就自然而然会影响到计算机虚拟现实技术价值的实现。
　　4 虚拟现实技术的发展趋势
　　虚拟现实技术属于高集成技术，涵盖了计算机软件、传感器等技术，在整体上具有先进性。因此，虚拟现实技术在当前社会中具有良好的应用前景，能满足多种工作环境的要求。未来虚拟现实技术将会朝着以下方向进一步发展。
　　4.1 动态环境建立技术
　　计算机虚拟现实技术在实际应用过程中，最为关键的还是对于虚拟环境的创建，而对于这一部分内容，动态环境建立技术则是实现虚拟环境创建的关键。动态环境建立技术的发展能够获得更为真实的环境数据，从而也就能够创设出更为良好的虚拟环境模型。
　　4.2 实时三维图像生成与显示
　　三维图形生成技术现如今可以说是已经步入了成熟阶段，而今后发展方向则是在于如何生成与显示，尤其如何在不降低图像质量与复杂程度的基础上实现对频率的刷新可以说是今后发展过程中较为重点的研究内容。除此之外，虚拟现实技术的发展本身就依赖于传感器与立体显示器，所以在今后研究过程中还需要对三维图像生成与显示技术进行进一步的研究与开发，这样才能更好地满足系统需求，真正有效地发挥出计算机虚拟现实技术的价值，将其有效的应用到各个领域之中。 　　4.3 加强对新型交互设备的研制
　　虚拟现实技术在实际应用过程中要想有效的实现人能够自由的和虚拟世界内的对象进行交互，并且从中获得一种身临其境之感，必然需要借助于主要的输出、输入设备，以及数据手套、三维声音产生器、头盔显示器、三维位置传感器、数据衣服等一系列交互设备。而为了能够进一步促进计算机虚拟现实技术的发展与进步，今后在对计算机虚拟现实技术进行研究的过程中，必然要加强对这些交互设备的研究，尽量研制出价格低廉、耐用性较高的新型交互设备，从而进一步发挥出其对于各个领域的促进作用。由此可见，计算机虚拟现实技术今后发展的趋势之一就包含了加强新型交互设备研制这一点，我国在研究过程中就可以以此来展开研究与分析，进一步促进计算机虚拟现实技术的发展与进步，让其能够促进各个领域的发展。
　　4.4 智能语音虚拟建模
　　计算机虚拟现实技术今后的发展趋势还表现在智能语音虚拟建模这一方面，这一项工作本身就十分的复杂，在实际操作过程中需要花费较多的时间以及精力，如果在进行研究的过程中能够将语音识别、智能识别等技术和虚拟现实技术有效的结合在一起，就能更好地解决这一问题。具体而言，在发展过程中，我们可以对于模型本身的属性、方法以及特点进行描述，借助于语音识别技术来对建模数据进行有效的转化，同时借助于计算机的图像处理技术、人工智能技术来对其进行有效的设计与评价，这样就能将模型使用对象表示出来，同时还能按逻辑让各个模型都能够进行静态与动态的有效衔接，创造出具有高价值的系统模型。在建模工作完成之后，我们还需要对其进行有效的评价，借助于有效的评价来进一步发挥出其价值，并且由人工语言来进行再次编辑与确认，从而也就能够进一步促进计算机虚拟现实技术的发展与进步。
　　4.5 积极使用大型分布式网络虚拟现实
　　存在于虚拟现实基础之中的分布式网络，主要的任务就是将零散的虚拟现实系统、仿真器借助于网络有效的衔接在一起，在这一过程中相关人员需要使用统一的标准、数据库、结构以及协议来创建出一个在时间、空间等多方面有效联系的虚拟合成系统，而使用者则可以在这一过程中进行自由且有效的交互，从而最大程度发挥出计算机虚拟现实技术的价值。就目前分布式虚拟现实交互现状来看，其已经成为了国际上研究热点之一，所以在今后发展过程中，积极使用大型分布式网络虚拟现实可以说是较为重要的趋势之一，毕竟大型分布式虚拟现实在航天事业上有着较为显著的价值，借助于这一技术研究能够有效地减少不必要的成本与经费，同时还能有效的减少相关人员的不适感，进一步发挥出计算机虚拟现实技术对于军事航天领域的促进作用。
　　5 结 论
　　综上所述，虚拟现实技术作为一项先进的高新技术，本身就具有较为良好的发展前景，将其应用到现实生活中不仅具有较为广泛的应用范围，还能发挥出较为显著的价值，可是在实际应用过程中依然还是无法避免会出现各种各样的问题，而这也是计算机虚拟现实技术在今后发展中需要应对的问题。为了能够进一步促进计算机虚拟现实技术的发展与应用，本文从该技术应用现状着手，对其今后发展趋势与实际应用进行了具体的论述，希望能够借助于这一项技术促进各个领域的发展与进步。
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　　作者简介：宗兴寰（1998.02-），男，汉族，辽宁盖州人，本科在读，研究方向：计算机科学与技术。
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