(乔一乐)可视化论文.doc

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1、可视化仿真论文展望虚拟现实技术姓名：乔一乐学号：201110103047专业：水工结构工程指导教师：魏群1引言虚拟现实是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术综合发展起來的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。目前，所涉及的研究应用领域包括：军事、医学、心理学、教育、科研、商业、影视、娱乐、制造业、工程训练等。虚拟现实已经被人们公认为是世纪重要发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。2虚拟现实技术的发

2、展历程虚拟现实技术并不是近几年才突然出现的。第一个具有虚拟现实思想的装置是由在年研制成功的称为，具有多种感官刺激的立体电影设备。该设备具有立体声功能，能够产生不同的气味。它向用户展示了一次曼哈顿的想象之旅。座椅可以根据情节而摇摆和振动，随着观众在车流中改变速度时，甚至风速也会跟着变化，也可以闻到路边花香。实际上已经制造了一种被动式的“虚拟现实”体验。年计算机图形学的奠基者发表了“终极显示”的论文，提岀了一种全新的图形显示技术。他在论文中指出：“计算机屏幕犹如一个窗口，但是通过这个窗口，我们就可以看到一个虚拟世

3、界。我们面临的问题是如何使这个世界看起来真实、听起来真实、摸起来真实!”1967年，美国北卡罗来纳大学开始了计划，探讨反馈装置，该装置可以将物理压力通过用接口引向用户，可以使人感到一种计算机仿真力。1968年组织设计了第一台HMD.70年代，计算机图形学以及相关技术的飞速发展，给以计算机仿真系统提供了高质量、实时、交互作用的三维图形奠定了理论基础。80年代计算机的性能和速度大大提高，研究人员已经能够在计算机上生成逼真的图像，并陆续研制出了比较实用的三维头盔显示器，以及能够提供六个自由度的数据手套、立体咅箱等设

4、备。1989年，美国止式提出“（虚拟现实）”一词。80年代，美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年，研究中心虚拟行星探测实验室的和博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站项目中，他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥感设备。同时期，美国开发了虚拟战场，将200多个坦克训练器互联成为网络，用于复杂训练和作战

5、演习。这是世界上最为庞大的虚拟现实系统。90年代为虚拟现实全面发展阶段，出现了一些优秀的软件开发平台，虚拟现实技术的硬件设备性能也大大提高和改善。并且虚拟现实技术已经成功应用于各种领域，波音公司成功地应用虚拟现实技术设计出波音。近10年，虚拟现实技术的研究在我国已经得到了相当的重视，国家科委、国防科工委都已经将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校都在进行的研究和应用，例如清华大学、浙江大学、北京航空航天大学、上海大学、屮科院计算所等，并且都已经取得了初步成果，研究也在进一步深入之中。3虚

6、拟现实技术的概念及特征虚拟现实技术发展至今，也只能说处于起步阶段。同时由于软硬件环境的限制和研究应用方向的不同，人们对虚拟现实技术的理解方面也有所偏差。各专家学者为了不限制其发展，并没有给出一个统一的定义。笔者综合各种信息以及自己的经验和认识认为：虚拟现实技术是一种综合应用各种技术制造逼真的人工模拟环境，并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知系统行为的高级的人机交互技术。虚拟环境通常是由计算机生成并控制的，使用户身临其境地感知虚拟环境中的物体，通过虚拟现实的三维设备与物体接触，从而真正地实现人机交互。可以说人

7、处在虚拟环境之中跟现实环境是没有差别的。实际上已经给出了我们今天称之为虚拟现实的概念的基本特征。总结起来大概包括以下几占・1）沉浸感：计算机生成的虚拟世界给人一种身临其境的感觉。2）交互性：人能够以很自然的方式跟虚拟世界中的对象进行交互操作或者交流，着重强调使用手势、体势等身体动作（主要是通过头盔、数据手套、数据衣等來采集信号）和口然语言等自然方式的交流。3）构想：虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新意。因而可以说，虚拟现实可以启发人的创造性思维。4虚拟现实

8、的相关技术及研究内容4.1相关技术虚拟现实技术是诸多技术的一种高度集成，如计算机软硬件、传感器技术、立体显示技术等技术。归纳起来主要有以下三个方面：1）实时的三维图形图像生成技术。实时的三维图形图像生成技术的目的就是获取实际环境屮的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，他将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中的重构，并根据系统