虛擬現實交互技術的研究和探討(完整版)

　　

【正文】 維感知技術等 . 三維界面的中心問題是“準實時”交互 , 意味著系統要有時間優先的能力， 即在各種不可 預測的用戶配置的環境中要維持多種高性能 , 首先得保證時間指標 . 跟蹤系統必須是低滯后和高精度的 . 對于“時間優先”原則設計一種通用算法是一個明顯的挑戰。在此過程中系統以觸覺反饋使用戶感覺到對象的存在 , 例如可感覺到分子之間的作用力。 3． 多媒體和超媒體 多媒體文檔由文本、圖形、動畫和聲音等多媒體組合而成 , 它充分利用人的多種感覺提高用戶的感知能力。 傳統的計算機交互方式中 , 人雖然也可以通過屏幕窗口與虛擬的環境進行交互并改變窗口中的內容 , 但這虛擬環境是在計算機中 , 而人則在環境之外 . VR 系統將操 作者置于信息環境的包圍之中 , 成為內部參與者，從而忘記了所處的是虛擬環境。 用戶在某一時刻或狀態下可使用多個處理任務 ， 直接操縱界面是人機交互技術中的重大進步 ， 是“外行”易于與計算機對話的關鍵 .直接操縱界面在發展 , 它將幾種風格的交互對象組合成“小部件” 。 第 人機交互技術的發展歷程 人機交互技術的發展經歷了以下幾個階段 : (1) 計算機發展早期 —— 非交互的批處理方式 在計算機誕生與發展的早期 ， 人與計算機交互很費勁 ， 采 用批處理方式 : 穿孔卡片或紙帶輸入設備將程序與數據輸入 ， 控制面板上的指示燈顯示寄存器內容 ， 調試時用許多開關去控制 , 只能用二進制的機器語言編程。 四、增強現實又稱混合現實系統。虛擬環境產生器的作用是根據內部模型和外部環境的變化計算生成人在回路中的逼真的虛擬環境 , 人 通蘇州大學本科生畢業設計（論文） 第 6 頁 共 31 頁 過各種傳感器與這個虛擬環境進行交互。 第 虛擬現實技術的特征 虛擬現實技術具有沉浸性、交互性和多感知性三個基本特征： 1. 沉浸性。它通過計算機圖形學構成三維數字模型，產生逼真的虛擬環境，在視覺上給用戶一種立體的虛擬環境。首先介紹虛擬現實及交互技術的含義及特點。其次， 介紹 側重于研究虛擬會館與虛擬手機交互系統 應用 。與通常的 CAD(計算機輔助設計 )系統所產生的三維模型不同，它不是一個靜態的世界，而是一個 互動的環境。 虛擬現實技術是根據人類視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數據手套交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員，有一種身臨其境的感 覺。如圖 11 所示： 圖 11 虛擬現實 (VR ) 系統中的人機交互技術 第 虛擬現實技術的分類 虛擬現實是從 英文 Virtual Reality 一詞翻譯過來的， Virtual 就是虛假的意思，Reality 就是真實的意思，合并起來就是虛擬現實，也就是說本來沒有的事物和環境，通過各種技術虛擬出來，讓你感覺到就如真實的一樣。 它是把真實環境和虛擬環境結合起來的一種系統，既可減少構成復雜真實環境的開銷（因為部分真實環境由虛擬環境取代），又可對實際物體進行操作（因為部分系統即系真實環境），真正達到了亦真亦幻的境界，是今后發展的方向。 (2) 50 年代中期至 60 年代 —— 文本 (一維 ) 方式為主 人可以用匯編語言、高級程序設計語言來編程 , 并用作業控制語言進行操作 , 以后又出現了交互終端、有鍵盤、單色顯示器、光筆等 . 命令語言與功能鍵是主要的輸入方式 , 它們的表達功能強 , 至今仍是專業工作者不可舍棄的交互方式 。 例如將菜單選擇與命令相結合 ， 形成“快捷鍵” 。不過目前尚未做出大的工作場所中逼真的虛擬觸覺對象，因而在 VR 世界中可看可聽，而很少可以摸到。心理學研究支持這種觀點 : 當人們將看、聽、做結合起來時可獲得最佳的記憶效果。 目前研制成功地虛擬現實系統既顯示了虛擬技術的潛力 , 也表明了現有軟硬件技術尚不能很好地滿足對虛擬技術的實用需要。 蘇州大學本科生畢業設計（論文） 第 10 頁 共 31 頁 (3) 增加人向機發布控制指令的方法 : 應使人腦的決策更快地傳給計算機 . 顯然人腦中的思想轉到從鍵盤敲字符串這種輸入方式是慢的 , 而用語言、手勢、體位、眼的動作則很快 . 以后甚至腦電波信號與皮膚的電流也可能成為輸入信號。另一是虛擬手術系統，可用于指導手術的進行。美國國防部高級研究計劃局 DARPA 自 80 年代起一直致力于研究稱為 SIMNET 的虛擬戰場系統，以提供坦克協同訓 1 練，該系統可聯結 200 多臺模擬器。因為用虛擬現實技術展現這類商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。 以上僅列出虛擬現實技術的部分應用前景，可以預見，在不久的將來，虛擬現實技術將會影響甚至改變我們的觀念與習慣，并將深入到人們的日常工作與生活。 。 基于上述過程，一個完整的虛擬現實航天仿真系統由下面三部分構成。還有，在航天器某些關鍵設備在軌運行期間發生故障時，為使航天員能正確進行在軌修理，可以通過虛擬現實技術，在地面或空間站對其進行修理培訓。若采用虛擬現實技術，整個系統由計算機仿真、頭盔顯示器和數據手套三部分組成。 利用人工智能技術使計算機通過編程模仿人的思維過程，將與研究對象相關的專家知識納入知識庫，并根據這些知識進行推理，因而能解釋用戶的請求，確定必要的輸入數據，修正或選擇一個合適的模型進行實驗，這樣具有更強的仿真能力。還可通過小組或團隊的形式，組織學生進行學習，成員間共享成果，開展協作式教學。但目前的虛擬現實技術還存在一定的問題，主要表現在： 學生在虛擬的環境中學習，與在真實的生產中訓練畢竟不同，因為如果僅考慮交互的真實性，那么無論如何身臨其境，真正動手操作機器的效果要強于任何媒體教學。 蘇州大學本科生畢業設計（論文） 第 17 頁 共 31 頁 第 4章 虛擬會館系統的介紹 第 虛擬會館的簡介 在互聯網三維技術的迅速發展和廣泛應用的時代背景下，信息化、數字化的浪潮正席卷世界的每一個角落，會展行業正面臨著前所未有的機遇和挑戰，為探 索信息化時代會展行業的創新和發展，充分利用互聯網的特殊優勢，開創具有時代性的永不落幕的會展是大勢所趨。 更節省：參展 成本低，參展花費小，節省人力物力財力。 觀眾可以參看展廳平面圖， 并可以點擊平面圖上的熱點快速跳轉至相應的展位。具體功能見 系統后臺管理表，如表 2 所示 。 （ 3） 加入交互模塊，在腳本編輯器中加入事件代碼，進行交互設計。利用 3DS MAX 制作出的手機模型最終效果如圖 52 所示。圖 54 是“功能介紹”按鈕實現后的截圖。在一些專用領域，但普通的信息系統用戶可能會望而卻步。繁瑣的三維建模也是制約虛擬現實技術發展的嚴重障礙。最初蘇州大學本科生畢業設計（論文） 第 27 頁 共 31 頁 的研究應 用主要集中在美國軍方對飛行駕駛員與宇航員的模擬訓練。波音公司的波音 777 運輸機采用全無紙化設計，利用所開發的虛擬現實系統將虛擬環境疊加于真實環境之上，把虛擬的模板顯示在正在加工的工件上，工人根據此模板控制待加工尺寸，從而簡化加工過程。 歐洲其它一些較發達的國家如：荷蘭、德國、瑞典等也積極進行了 VR 的研究與應用。通過數據手套把對模型的處理與操作者的手聯系起來；日本國際工 業和商業部產品科學研究院開發了一種采用 x、 Y 記錄器的受力反饋裝置；東京大學的高級科學研究中心的研究重點主要集中在遠程控制方面，他們最近的研究項目是可以使用戶控制遠程攝像系統和一個模擬人手的隨動機械人手臂的主從系統；東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現實的可視化問題。 國內最早開展此項技術試驗的是西安虛擬現實工程技術研究中心；北京航空航天大學計算機系也是國內最早研究 VR 的單位之一，它在 VR 視覺接口方面獲得了一部分研究成果；北京大學設計了基于 PC 機的 VR 系統；清華大學國家光盤工程研究中心所作的“布達拉宮”，采用了 QuickTime 技術，實現大全景 VR 制；浙江大學 CADamp。此外， VR 還依賴于立體顯示和傳感器技術的發展，現有的虛擬設備還不能滿足系統的需要，有必要開發新的三維圖形生成和顯示技術。分布式虛擬現實可以看作是基于網絡的虛擬現實系統，是可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環境，處于不同 地理位置的用戶如同進入到同一個真實環境中。 蘇州大學本科生畢業設計（論文） 第 30 頁 共 31 頁 參考文獻 [1]. 徐艷 .虛擬現實技術在教育教學中的應用研究 [J].中國科技信息 .. 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