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虛擬現實

虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術(VR)主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外,還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知,甚至還包括嗅覺和味覺等,也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動,眼睛、手勢、或其他人體行為動作,由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據,并對用戶的輸入作出實時響應,并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

醫學

VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中,可以建立虛擬的人體模型,借助于跟蹤球、HMD、感覺手套,學生可以很容易了解人體內部各器官結構,這比現有的采用教科書的方式要有效得多。PieperSatara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器,用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術臺與手術燈,虛擬的外科工具(如手術刀、注射器、手術鉗等),虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套,使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統有待進一步改進,如需提高環境的真實感,增加網絡功能,使其能同時培訓多個使用者,或可在外地專家的指導下工作等。手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況,乃至新型藥物的研制等方面,VR技術都有十分重要的意義。


娛樂

豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高,故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。如Chicago(芝加哥)開放了世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統,其主題是關于3025年的一場未來戰爭;英國開發的稱為“Virtuality”的VR游戲系統,配有HMD,大大增強了真實感;1992年的一臺稱為“Legeal Qust”的系統由于增加了人工智能功能,使計算機具備了自學習功能,大大增強了趣味性及難度,使該系統獲該年度VR產品獎。另外在家庭娛樂方面VR也顯示出了很好的前景。


軍事航天

模擬訓練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題,這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統,以提供坦克協同訓練,該系統可聯結200多臺模擬器。另外利用VR技術,可模擬零重力環境,替非標準的水下訓練宇航員的方法。


室內設計

虛擬現實不僅僅是一個演示媒體,而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想,比如裝修房屋之前,你首先要做的事是對房屋的結構、外形做細致的構思,為了使之定量化,你還需設計許多圖紙,當然這 些圖紙只能內行人讀懂,虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境,使以往只能借助傳統的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界,大大提高了設計和規劃的質量與效率。運用虛擬現實技術,設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間,并可以任意變換自己在房間中的位置,去觀察設計的效果,直到滿意為止。既節約了時間,又節省了做模型的費用。


房產開發

隨著房地產業競爭的加劇,傳統的展示手段如平面圖、表現圖、沙盤、樣板房等已經遠遠無法滿足消費者的需要。因此敏銳把握市場動向,果斷啟用最新的技術并迅速轉化為生產力,方可以領先一步,擊潰競爭對手。虛擬現實技術是集影視廣告、動畫、多媒體、網絡科技于一身的最新型的房地產營銷方式,在國內的廣州、上海、北京等大城市,國外的加拿大、美國等經濟和科技發達的國家都非常熱門,是當今房地產行業一個綜合實力的象征和標志,其最主要的核心是房地產銷售!同時在房地產開發中的其他重要環節包括申報、審批、設計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

工業仿真

當今世界工業已經發生了巨大的變化,大規模人海戰術早已不再適應工業的發展,先進科學技術的應用顯現出巨大的威力,特別是虛擬現實技術的應用正對工業進行著一場前所未有的革命。虛擬現實已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節,對企業提高開發效率,加強數據采集、分析、處理能力,減少決策失誤,降低企業風險起到了重要的作用。虛擬現實技術的引入,將使工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設計中應用虛擬現實技術是可行且必要的。

工業仿真系統不是簡單的場景漫游,是真正意義上用于指導生產的仿真系統,它結合用戶業務層功能和數據庫數據組建一套完全的仿真系統,可組建B/S、C/S兩種架構的應用,可與企業ERP、MIS系統無縫對接,支持SqlServer、Oracle、MySql等主流數據庫。


文物古跡

利用虛擬現實技術,結合網絡技術,可以將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段。首先表現在將文物實體通過影像數據采集手段,建立起實物三維或模型數據庫,保存文物原有的各項型式數據和空間關系等重要資源,實現瀕危文物資源的科學、高精度和永久的保存。 其次利用這些技術來提高文物修復的精度和預先判斷、選取將要采用的保護手段,同時可以縮短修復工期。 通過計算機網絡來整合統一大范圍內的文物資源,并且通過網絡在大范圍內來利用虛擬技術更加全面、生動、逼真地展示文物,從而使文物脫離地域限制,實現資源共享,真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產。使用虛擬現實技術可以推動文博行業更快地進入信息時代,實現文物展示和保護的現代化。

道路橋梁

城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一,虛擬現實技術可以廣泛的應用在城市規劃的各個方面,并帶來切實且可觀的利益。虛擬現實技術在道路橋梁應用現狀在高速公路與橋梁建設中也得到了應用。由于道路橋梁需要同時處理大量的三維模型與紋理數據,導致這種形勢需要很高的計算機性能作為后臺支持,但隨著近些年來計算機軟硬件技術的提高,一些原有的技術瓶頸得到了解決,使虛擬現實的應用達到了前所未有的發展 。

水文地質

虛擬現實技術是利用計算機生成的虛擬環境逼真地模擬人在自然環境中的視覺、聽覺、運動等行為的人機界面的新技術。利用虛擬現實技術沉浸感、與計算機的交互功能和實時表現功能,建立相關的地質、水文地質模型和專業模型,進而實現對含水層結構、地下水流、地下水質和環境地質問題(例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、鹽漬化、沼澤化及區域降落漏斗擴展趨勢)的虛擬表達。具體實現步驟包括建立虛擬現實數據庫、三維地質模型、地下水水流模型、專業模型和實時預測模型。

船舶制造

通過虛擬現實技術不僅能提前發現和解決實船建造中的問題,還為管理提供了充分的信息,從而真正實現船體建造、舾裝、涂裝一體化和設計、制造、管理一體化。在船舶設計領域,虛擬設計涵蓋了建造、維護、設備使用、客戶需求等傳統設計方法無法實現的領域,真正做到產品的全壽期服務。因此,通過對面向船舶整個生命周期的船舶虛擬設計系統的開發,可大大提高船舶設計的質量,減少船舶建造費用,縮短船舶建造周期。

汽車仿真

汽車虛擬開發工程即在汽車開發的整個過程中,全面采用計算機輔助技術,在轎車開發的造型、設計、計算、試驗直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個環節中的計算機模擬技術聯為一體的綜合技術,使汽車的開發、制造都置于計算機技術所構造的嚴格的數據環境中,虛擬現實技術的應用,大大縮短了設計周期,提高了市場反應能力

軌道交通

軌道交通仿真就是運用三維虛擬與仿真技術模擬出從軌道交通工具的設計制造到運行維護等各階段、各環節的三維環境,用戶在該環境中可以“全身心的”投入到軌道交通的整個工程之中進行各種操作,從而拓展相關從業人員的認知手段和認知領域,為軌道交通建設的整個工程節約成本與時間,提高效率與質量。

能源領域

能源的開采和開發涉及到很多模塊,很多行業,常常需要對大量數據進行分析管理,并且由于職業的特殊能源領域性,對員工的業務素質也有很高要求。運用三維虛擬技術不但能夠實現龐大數據的有效管理,還能夠創建一個具有高度沉浸感的三維虛擬環境,滿足企業對石油礦井、電力、天然氣等高要求、高難度職位的培訓要求,有效提高員工的培訓效率,提升員工的業務素質。

生物力學

生物力學仿真就是應用力學原理和方法并結合虛擬現實技術,實現對生物體中的力學原理進行虛擬分析與仿真研究。利用虛擬仿真技術研究和表現生物力學,不但可以提高運動物體的真實感,滿足運動生物力學專家的計算要求,還可以大大節約研發成本,降低數據分析難度,提高研發效率。這一技術現已廣泛應用于外科醫學、運動醫學、康復醫學、人體工學、創傷與防護學等領域。

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