虚拟现实21世纪将广泛应用的技术新宠

虚拟现实(VirtualReality)技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术。它是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境,可以真实的模拟现实世界可以实现的(甚至是不可实现的)物理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作、实践,与虚拟的环境交互作用。虚拟现实技术是建立在三维计算机图形学技术、多功能传感及交互接口技术、高清晰度显示技术等一系列新技术的基础上。虚拟现实系统主要由计算机、显示设备、位置跟踪设备及其他交互设备等硬件及相关软件构成。虚拟现实技术已在产品和建筑设计、产品(如汽车)寿命及安全试验、电影拍摄、娱乐休闲、体育健身、教育培训、军事演习、医疗诊断等诸多领域得到应用,它将是21世纪广泛应用的一种新技术。     

虚拟现实：21世纪将广泛应用的技术新宠

虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术。它是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境一一虚拟环境，可以真实的模拟现实世界可以实现的（甚至是不可实现的）物理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作、实践，与虚拟的环境交互作用。 虚拟现实技术是建立在三维计算机图形学技术、多功能传感及交互接口技术、高清晰度显示技术等一系列新技术的基础上。虚拟现实系统主要由计算机、显示设备、位置跟踪设备及其他交互设备等硬件及相关软件构成。 虚拟现实技术已在产品和建筑设计、产品（如汽车）寿命及安全试验、电影拍摄、娱乐休闲、体育健身、教育培训、军事演习、医疗诊断等诸多领域得到应用，它将是21世纪广泛应用的一种新技术。[编者按]     

虚拟现实技术（virtual reality，VR）

虚拟现实这一名词首先是由美国在20世纪80年代初提出来的，它是指综合利用计算机图形系统和各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供真实现实仿真的技术。虚拟现实系统包括3个基本要素：①操作者(operator)；②机器(machine)，指安装了适当的软件程序，用来生成用户能与之交互的虚拟环境(virtual environment)的计算机；③人机接口(human-machine interface)，指将虚拟环境与操作者连接起来的传感与控制装置。     

基于虚拟现实的刮板输送机模拟研究

虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的交叉技术。随着计算机的迅速发展以及计算机软硬件价格的不断下降，虚拟现实技术已经进入了社会化应用阶段，并且渗透到了矿业领域。煤矿属于一种恶劣、危险的工作环境，而虚拟现实的一个重要应用就是可以用三维的虚拟环境模拟危险环境，并且通过实时交互使操作有身临其境的感觉。因此，可以用虚拟现实技术创建一个三维的虚拟工作环境，通过人机交互所产生的动态、直观、逼真的动作和反应，设计人员不需进入工作现场就可以对生产设备、生产的工艺规划进行优化设计，管理人员也可以通过该虚拟工作环境进行优化管理，这是我国煤炭行业实现信息化、现代化的必然趋势。     

基于虚拟现实技术的挖掘机模拟操作

以EON Studio软件平台为基础,综合运用计算机辅助三维建模、碰撞检测以及交互控制等技术,论述了基于虚拟现实技术实现挖掘机模拟操作的设计流程和具体方法,为挖掘机操作虚拟培训系统提供了技术基础。     

基于虚拟现实技术的挖掘机模拟操作

以EON Studio软件平台为基础,综合运用计算机辅助三维建模、碰撞检测以及交互控制等技术,论述了基于虚拟现实技术实现挖掘机模拟操作的设计流程和具体方法,为挖掘机操作虚拟培训系统提供了技术基础。     

基于三维鼠标的X3D虚拟场景人机交互技术研究

采用Java编程,对三维鼠标与X3D虚拟场景人机交互技术进行研究,包括JNI技术、三维鼠标数据的获取与转换、Java多线程编程、X3D外部SAI交互编程等;最后,通过实例验证该技术的可行性和有效性。该研究成果对虚拟现实系统的应用开发具有重要的现实意义。     

三维虚拟环境中用户交互行为及用户体验研究

随着计算机技术及网络技术的发展,三维虚拟环境日益成为人们研究的重点.本文从概念上和技术上分析了三维环境中人机交互的特点.综合三维环境中的用户交互行为及用户体验.提出针对虚拟三维环境的用户交互体验模型,并详细描述了导航.操作,系统设置等三维环境中的交互行为以及用户体验和用户情感因素在三维虚拟环境交互中的作用.     

基于 OpenGL的三维模型交互控制研究

OpenGL是图形硬件的一种软件接口，在深入了解OpenGL显示机制的基础上，讨论了基于OpenGL实现三维模型的交互显示变换方法。应用OpenGL接口，通过对鼠标的二维位置的变换，得到世界坐标系中三维旋转轴和旋转角度，以及鼠标在世界坐标系中的三维位置，进而对三维模型进行平移、缩放、旋转操作。算法经实际编程应用，证明能够有效地实现三维模型的各种交互控制功能。     

基于AutoCAD的化工设备三维可视化管理及安全评定系统

文中利用VB技术在AutoCAD平台下开发了化工设备三维可视化管理及安全评定系统，该系统集MIS和GIS等功能于一体，能实现化工设备三维模型的参数化建立、设备三维图形与设备属性数据库的交互、设备图形的定位显示、设备的管理及安全评定等功能，为化工设备管理提供了一个更直观的操作方式。     

机械产品装配信息在虚拟现实环境中的表达

为了解决机械产品在虚拟现实环境中信息表达不完备、用户交互性能差的问题,以虚拟现实环境中装配信息表达的特点为基础,分析虚拟现实环境中的装配信息,并结合虚拟现实系统的需求对装配信息进行重组;同时考虑装配信息特点和虚拟现实环境的要求建立虚拟现实系统,设计实现了鼠标-键盘-菜单控制及视线控制两种交互方式,完成装配信息表达。实验结果表明,虚拟现实系统可以完整表达机械产品装配信息,合理的交互方式可以帮助虚拟现实系统实现对装配信息进行准确表达。     

基于遗传算法和虚拟现实的施工设备布置系统

为辅助设计人员解决施工设备布置问题,基于遗传算法、虚拟现实技术和三维模型处理技术,提出了类交互式遗传算法。该算法首先执行计算机自动迭代完成的自然阶段,在满足人工参与条件后进入虚拟现实环境,进行人工评价和人工指导变异。通过对比分析表明,该算法能在明显减少用户参与次数的前提下,取得优于交互式遗传算法的解。基于该算法,实现了施工设备布置系统原型,并设计了基于不同技术的不同模块间的数据交互机制。实际应用验证了系统的有效性。     

DMT系统在军事训练仿真系统的应用研究

分布式训练系统是虚拟现实系统发展的一个主流分支,它综合运用了计算机网络技术、虚拟现实技术、分布交互仿真技术、人工智能技术等现代高新技术的研究成果,能够满足不同层次和规模的训练要求,显示出巨大的军事与经济效益,在军事训练仿真系统方面有着广泛的应用前景.     

基于桌面虚拟现实技术的矿井提升设备CAI教学系统研究

将桌面虚拟现实技术应用于矿井提升设备的计算机辅助教学 (CAI)中 ,建立基于 3DSMAX、VRML的提升设备三维交互场景和基于静态图像的提升房虚拟全景。     

网络环境下基于立体鼠标和数据库的虚拟装配

将数据库技术、基于Web的虚拟现实技术和CAD技术相结合,为三维产品信息的异地协同管理提出了一种支持平台.构建了实时交互的基于Access数据库的虚拟模型库系统,在有限的网络带宽下实现了活塞气泵和齿轮泵的虚拟装配.在Web环境下直接接入Spaceball 5000立体鼠标,通过更自然直观的人机交互方式,提高异地协同设计的效率.     

面向五轴数控激光加工的纹理映射参数化求解数值方法

针对激光加工设备制造商对纹理映射技术的强劲需求,介绍了基于三维激光振镜系统的五轴数控激光加工系统的工作原理,研究了面向激光加工的三维曲面的纹理映射的参数化求解数值方法,具体涉及到基于LSCM中的自由边界方法,进行纹理映射的位置、大小,朝向的约束和控制、二维矢量图的三维映射,以及三维纹理网格的交互显示等方面的研究,并针对某鼠标零件模具型腔进行了激光蚀刻加工实验,验证了所开发的纹理映射参数化求解数值方法技术的可靠性和准确性。     

Cult3D平台上的立体车库三维仿真

为进一步优化立体车库的设计,实现网络环境下立体车库三维交互仿真展示,利用计算机辅助设计软件Pro/E对车库进行三维建模,基于Cult3D模拟车辆出入库的三维场景,在此过程中不仅对车辆存取控制部分进行了分析,且将车辆存取控制界面发布为网络文件,用户通过网络即可浏览车库内停车设备、车辆存取的仿真效果,以此方法对立体车库的设计进行更为直观的分析,从而得出最后的评价与决策,有利于提高立体车库及其控制系统的设计水平.     

基于IETM的航空装备虚拟维修训练的研究

虚拟维修是利用虚拟现实技术构建虚拟维修环境并进行装备的维修操作仿真,并越来越多的应用于IETM系统中。本文提出了虚拟训练手册编辑软件VPE和VTE在IETM中的虚拟维修训练的编制和应用方法,使维修训练程序可视化,具有简单的操作性、强大的交互功能,大大简化和降低了交互式虚拟训练的三维制作过程和技术难度。     

虚拟现实环境下月球车运动仿真系统设计研究

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、优化等提供了新的有效手段.研究了在虚拟现实环境下基于物理的月球车运动仿真系统,设计并构建了系统的功能模块和体系结构.研究了相关几何模型的真实感建模、月球车运动仿真、实时碰撞检测、多通道立体渲染等支撑技术,据此设计开发了一种月球车运动仿真的原型系统,该原型系统可实现月球车在真实感凹凸月面上的运动仿真,支持鼠标、键盘与虚拟月球车进行交互,具有良好的真实感和沉浸感.     

高度集成的沉浸式虚拟现实交互平台在人因工程验证中的应用

描述一种能够直接将虚拟现实技术用于核电厂设计和实施过程的沉浸式虚拟现实交互平台,该平台研发实现了将设计过程中电厂三维模型数据和电厂二维设计信息导入并集成至沉浸式虚拟现实交互平台的数据中心模块,建立了用于工程设计验证的基线和场景环境。同时,为了实现将静态电厂模型扩展至全厂范围的动态验证,建立了本平台与设计分析器(类似电厂模拟机)的标准通信接口,并对沉浸式虚拟现实交互平台中的工艺参数和设备报警、参数显示和过程控制功能进行定制化的开发,实现了在虚拟现实场景中对仿真电厂状态的监视和控制。在此基础上,结合本平台与仿真主控制室,实现了电厂控制室与部分电厂就地区域(虚拟现实场景)的人因验证。