虚拟现实技术综述

在介绍虚拟现实技术特点和系统组成的基础上,对虚拟现实技术的关键技术和研究内容作了详细的描述,并通过大量的实例,论述了虚拟现实技术在科学、军事等领域的应用。     

姚福生院士：虚拟现实在中国

人类有许多梦想．一些梦想已经变为现实，而有一些梦想也许永远都不可能实现。然而，有一种技术却能使一切梦想全部实现，这就是虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）。虚拟现实是在计算机图形学，计算机仿真技术、人机接口技7R。多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科，对该技术的研究始于20世纪60年代。直到90年代初，虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注．     

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]     

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。     

虚拟现实技术及其在国内外的研究现状

一、虚拟现实研究的主要内容 虚拟现实的研究工作主要分为下列五个领域:(1)感知领域;(2)人—机软件接口;(3)计算机软件;(4)相关硬件设备;(5)VR应用。 在视觉感知方面,主要研究实时产生立体图像的技术。如果有足够准确的模型,又有足够的时间,目前的计算机完全可以生成一幅真实的、质量如照片一样的物体在不同光照条件下的相当精确的图像。但VR的图像强调要有实时感,这样计算机每秒至少要产生50～60帧的图像,用计算机图形学产生的图像,是由数万个多边形组成的,加上系统要具有全彩色(并带有雾和透明效应)、高分辨率、明暗效应、过采样及纹理映射能力,所需要的软件和硬件的代价就很高。目前计算机图形图像的市场主要由美国Sihicon Graphics(SGI)的Reality Engine所控制,但欲达到上述的理想效果,SGI的产品也不能实时跟踪或响应人眼视点的变化,也就是说它没有足够的时间刷新图像。所以这方面研究工作主要是关     

虚拟现实技术在工业设计中的应用

在阐明工业设计(ID)和计算机辅助工业设计(CAID)概念的基础上,着重论述了虚拟现实技术的概念、理论、实现虚拟现实的方法和虚拟产品设计的过程,指出将虚拟现实技术应用于工业设计中,将加快产品开发的进程,使设计者、消费者融为一体设计出满足市场需要的产品。     

小议机械设计中的虚拟现实技术

目前计算机辅助设计技术已经广泛应用于机械设计制造中。伴随着虚拟现实技术在设计中的使用,人机交互将得到很大提高,使得机械设计制造更简单形象,效率也得到提高。本文将围绕虚拟现实的特点,对其在机械设计上应用作简要分析。     

零件库中基于虚拟现实建模语言模型的图形应用服务

为了扩展网络零件库的效用,提出了一种以零部件的虚拟现实建模语言模型为基础,在网络零件库开发应用服务提供商图形服务的思想.分析了零件库中的图形服务内容,根据零件虚拟现实建模语言模型的特点,建立了基于虚拟现实建模语言的应用服务提供商图形服务平台的系统架构.详细论述了部分图形服务涉及的基础算法.在上述研究的基础上,基于已开发的网络零件库,开发了面向虚拟现实建模语言模型的搜索引擎.最后,通过该系统中的一个应用实例,验证了上述算法和系统的有效性.     

虚拟现实技术在现代工业设计中的应用

主要介绍了虚拟现实技术在计算机集成制造系统中工业造型设计中的应用,说明其在现代工业设计中的重要性,并分析我国在此领域中的应用现状及未来发展。     

一个多感知虚拟现实系统的建立

建立了一个基于视觉、听觉和力觉融合的多感知虚拟现实系统。采用一种新型解耦双并联结构的6自由度主操作手实现人机交互并提供力觉感受;设计了基于OpenGL与OpenAL的软件引擎,在PC机上实现了高性能的立体视觉与听觉。通过一个虚拟乒乓球掂球实验验证了本系统的高性能与控制方法的有效性．     

利用数码相机建立轿车数字模型库

在工业设计或建筑设计中,积累丰富的素材是成功作品的必要条件。随着计算机辅助设计技术的普及,建立数字化的素材库显得尤为重要;在汽车设计领域,现有的素材库多为2维的数字图像,而非3D模型。这里基于计算机视觉原理,利用数码相机,设计了一套轿车车型快速数字化系统,通过对轿车仿真模型的旋转、摄像来获取车身的3D信息。文中给出了两种国产轿车的设计实例,效果令人满意。     

利用数码相建立轿车数字模型库

在工业设计或建筑设计中，积累丰富的素材是成功作品的必要条件。随着计算机辅助设计技术的普及，建立数字化的素材加显得尤为重要；在汽车设计领域，现有的素材库多为2维的数字图像，而非3D模型。这里基于计算机视觉原理，利用数码相机，设计了一套轿车车型快速数字化系统，通过对轿车仿真模型的旋转、摄像来获取车身的3D信息。文中给出了两种国产轿车的设计实例，效果令人满意。     

自动生产线仿真系统中的VRML技术应用

讨论了自动线仿真系统中使用VRML(虚拟现实建模语言)的可行性;阐述了VRML关键技术在仿真系统中的具体实现方法。     

Measurement of boundaries using a digitizer tablet

The perimeter is the most error prone of the primary measurements (length, perimeter and area) made when using a device such as a digitizer tablet to trace profiles on micrographs. To allow for minimization of this error an expression is developed relating the error in the perimeter to the digitizer resolution plus other errors in the entry process. The predictions of this expression are shown to be in good agreement with the results of computer simulation of the tracing process, as well as results from manual tracing using a digitizer tablet. This analysis of the digitizer entry process also provides a method by which an optimal choice of the sample spacing between digitizer coordinates can be made.     

SolidWorks在照相机设计中的应用

利用三维设计软件SolidWorks进行照相机设计,可以缩短设计周期和提高设计效率。根据照相机工程设计的特点,介绍了SolidWorks参数化实体建模、装配体的设计、干涉实体检查以及二维工程图的产生方式,并对该类产品的设计方法进行探讨。     

The measurement of discharge using a commercial digital video camera in irrigation canals

This paper presents measurements of the discharge by image techniques on the surface velocity field and water stage in irrigation canals. The velocity and stage gauge are obtained from a commercial digital video camera. The time series of the surface velocity and stage were collected simultaneously. Particle image velocimetry (PIV) was used to determine the surface velocities in the irrigation canal. PIV proceeds by using bubbles floating on the water surface as tracer particles, and making a cross-correlation analysis between two continuous images. The whole surface velocity distribution in the irrigation canals can be obtained. The water stage of the canal is obtained from the digital video camera images by making use of image segments to separate the stage gauge and the background. The discharge is computed by using the surface velocities and water stage via open channel velocity distribution theory. Comparing the discharge measured using image techniques with Parshall flume data shows that the differences are less then 5%. The results suggest that the image measurement techniques developed can be used in applications to estimate the discharge in irrigation canals effectively.     

Measurement of the forward slip in cold strip rolling using a high speed digital camera

The forward slip in strip rolling was defined as the relative difference between the roll surface speed and strip exit speed. It was always an important parameter because of its significant influence on friction and tension control. In this study a Phantom V3.0 digital high speed image acquisition and motion analysis system was used to record the movement of the roll and the workpiece during rolling. The pictures captured were analyzed to obtain the speeds of the roll and the workpiece along the roll bite, which then yielded the forward slip. The measurement accuracy has been validated by the mass conservation. The maximum relative error of the forward slip was only 1.6 %. The results have shown that the forward slip increased as the reduction increased for both dry and lubricated rolling. The roll speed did not change the forward slip in the case of dry rolling, but the forward slip was significantly reduced with roll speed when lubricated.     

基于单数码相机的板料成形应变测量关键技术及其系统

设计并实现了一种基于单数码相机的板料成形应变测量系统MOSAS,并对其中的关键技术作了深入研究和讨论。在基于多视角几何原理、编码元技术实现各个拍摄视角相机姿态定位的基础上,本文使用光束平差等全局优化技术进一步提高定位精度;针对方形网格图像,综合运用数字图像处理技术自动实现亚像素精度的图像网格节点提取和网格拓扑关系稳健建立;结合极线约束和网格拓扑,实现多视图下同名网格节点自动鲁棒匹配;提出多视图下的三维重建方法以获得网格节点空间坐标;最后由有限应变理论解算出应变值.通过对网格边长为1mm标准模板的测量实验,表明MOSAS系统的三维重建精度为0.004mm(2σ),应变准确度不大于0.4%(2σ)。     

基于眼模型的数字眼底相机设计

本文基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型设计了一个视场角为30°免散瞳手持式的数字眼底相机,在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰眼底成像;引入眼模型辅助设计,解决了人眼自身的色差问题,从而适用于白光照明。同时,为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光,专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果显示,该相机系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.86mm,畸变仅为7.2%,并且具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。