淺議計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

摘 要：計算機(jī)行業(yè)的迅猛發(fā)展，促使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了較為明顯的發(fā)展與進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為當(dāng)今時代發(fā)展過程中較為先進(jìn)的一項技術(shù)，能夠真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)交互，其最為顯著的特征則是以交互性、沉浸性以及構(gòu)想性為主，能夠給人一種身臨其境之感。為了能夠更好地對計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究，本文從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念著手，就其在各個行業(yè)以及領(lǐng)域之中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后提出了該技術(shù)今后發(fā)展的重要趨勢，希望能夠以此來最大化這一技術(shù)的價值。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；游戲行業(yè)；軍事航天

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0091-03

Development and Application of Computer Virtual Reality Technology

ZONG Xinghuan

（Liaoning Normal University Haihua College，Shenyang 110167，China）

Abstract：With the rapid development of computer industry，virtual reality technology has also been developed and progressed obviously. As a relatively advanced technology in the development process of today’s era，virtual reality technology can truly realize digital human-computer interaction. Its most prominent feature is interaction，immersion and conception，which can give people a sense of immersion. In order to better study the technology of computer virtual reality，this paper starts with the concept of virtual reality technology，analyses its application status in various industries and fields，and then puts forward the important trend of future development of this technology，hoping to maximize the value of this technology.

Keywords：computer；virtual reality technology；game industry；military space

0 引 言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)英文名全拼為Virtual Reality，簡稱之為VR技術(shù)，這一技術(shù)主要是借助于電腦生成的三維虛擬空間，使用這一技術(shù)的人其能夠從中獲得聽覺、視覺以及觸覺等多方面感官模擬，以此來產(chǎn)生一種身臨其境之感。這一技術(shù)是現(xiàn)如今社會上較為先進(jìn)的一種技術(shù)，集成了計算機(jī)仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、計算機(jī)圖形技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)等多項技術(shù)成果。我國早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)開始對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究，那個時候因為受到技術(shù)以及成本等多方面因素的影響，在應(yīng)用范圍上主要是以商用或者是軍用為主，在社會不斷發(fā)展過程中，計算機(jī)軟硬件技術(shù)也得到了更為顯著的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因此而得到了進(jìn)一步的發(fā)展與完善，開始逐漸進(jìn)入到大眾市場，應(yīng)用范圍也變得越來越普遍。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

VR技術(shù)是社會信息計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展過程中而衍生的一種高新技術(shù)，一般情況下我們也可以將其稱之為靈境技術(shù)或者是人工環(huán)境。VR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是借助于計算機(jī)來模擬一個三維的虛擬世界，使用者能夠借助于多種虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備來沉浸到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中，這樣使用者就能在這一環(huán)境中直接與虛擬現(xiàn)實(shí)場景事物展開交互，同時按照自身需求來對三維空間事物進(jìn)行瀏覽，這樣能使用戶在虛擬體驗中獲得較為真實(shí)的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的存在從某些方面來說為人機(jī)交互界面的發(fā)展提供了一個全新的研究領(lǐng)域，這一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，本身就是將計算機(jī)技術(shù)作為核心，然后以此來生成一個逼真的視、聽、觸一體化環(huán)境，而使用者則能夠在這一過程中獲得較為直接的感官感受。VR技術(shù)的存在直接改善了人們利用計算機(jī)進(jìn)行多工程數(shù)據(jù)處理的方式，特別是在對大量抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中應(yīng)用這一技術(shù)能夠起到更好的效果，不同領(lǐng)域以及企業(yè)應(yīng)用這一技術(shù)還能因此而獲得較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益?？偠灾?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于一項綜合集成技術(shù)，涉及到多個領(lǐng)域，也因其自身所獨(dú)有的特征而讓人能夠自然的體驗虛擬世界，并且因此而獲得身臨其境之感。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身就是以計算機(jī)技術(shù)為平臺而展開的一項技術(shù)，這一項技術(shù)借助于虛擬軟件以及硬件資源，能夠有效地實(shí)現(xiàn)人與計算機(jī)之間的有效溝通。計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有其自身所獨(dú)有的特征，主要表現(xiàn)為沉浸感、多干執(zhí)行、構(gòu)想性、交互性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、多媒體功能、創(chuàng)建三維立體造型與場景、人工智能等多方面，而在這其中核心的特征則是以下兩點(diǎn)：

（1）沉浸感。沉浸感是計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要特征之一，其主要指的是一種主觀感知，即人對于計算機(jī)系統(tǒng)模擬的虛擬環(huán)境所產(chǎn)生的認(rèn)識以及感知，以及對于虛擬環(huán)境真實(shí)程度的考究等等。沉浸感這一特征的存在，能夠做到虛擬環(huán)境的“以假亂真”，這樣用戶就能全身心的投入到計算機(jī)所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境之中，并且因此而獲得較為良好的體驗?？傊?，計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸感這一特征可以說是該技術(shù)所追求的基本目標(biāo)，而創(chuàng)造出具有較強(qiáng)沉浸感的虛擬環(huán)境則需要借助于各種技術(shù)的綜合使用，在這其中顯示技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這一特征的關(guān)鍵技術(shù)。

（2）交互性。在計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之中，交互性是該技術(shù)的另一特征，該技術(shù)主要指的是用戶對于模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度，以及從環(huán)境到反饋的自然程度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之中存在的人機(jī)交互界面可以說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鍵盤、鼠標(biāo)等傳統(tǒng)模式，其能夠借助于數(shù)字手套、頭盔等較為復(fù)雜的傳感器設(shè)備，以及三維交互技術(shù)之中的語言輸入與識別等技術(shù)來有效的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在行業(yè)之中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲行業(yè)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲行業(yè)之中的應(yīng)用也是現(xiàn)如今時代發(fā)展的重要特征之一，將這一技術(shù)應(yīng)用到游戲場景設(shè)計之中，就能夠呈現(xiàn)出360°且具有三維立體感的場景，而且再加上觸覺、聲覺以及嗅覺等多方面一體化的帶入，就能讓用戶在游戲過程中產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的身臨其境之感。近年來，我國游戲事業(yè)可以說是得到了較為顯著的發(fā)展，尤其是手機(jī)游戲更是呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲行業(yè)之中的應(yīng)用，能夠為客戶端游戲以及手游來帶全新的發(fā)展契機(jī)，促使游戲行業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展與進(jìn)步。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)之中也有所涉及，這一技術(shù)在教育行業(yè)之中的應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)教育手段所存在的限制，使教學(xué)知識變得更加的形象。教師在對學(xué)生進(jìn)行教育工作的時候，就可以借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來推進(jìn)體驗式教學(xué)，讓學(xué)生在體驗之中感受到學(xué)習(xí)的魅力，從而有效的提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識的積極性以及主動性，進(jìn)一步推進(jìn)教育工作的有序?qū)嵤?。除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)之中的有效應(yīng)用，還直接突破了傳統(tǒng)教育所存在的時空限制，這樣教育資源分配也能因此而變得更加的合理，進(jìn)而有效的促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展。由此可見，計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)之中的應(yīng)用，也是現(xiàn)如今時代發(fā)展的重要趨勢之一。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)行業(yè)中的應(yīng)用

計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)行業(yè)之中也有所涉及，在這一行業(yè)之中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就能夠借助于HMD、跟蹤球、感覺手套等技術(shù)來更好地了解人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣臨床醫(yī)生在對患者進(jìn)行治療與診斷的過程中，就能更好地了解患者的身體情況。除此之外，外科醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)之前，也可以應(yīng)用這一技術(shù)在顯示器上進(jìn)行模擬的手術(shù)，以此來找出最佳的手術(shù)治療方案，從而有效的降低手術(shù)風(fēng)險，在促進(jìn)患者康復(fù)的同時減少護(hù)患糾紛事件的發(fā)生率，最終促進(jìn)醫(yī)學(xué)行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事航天中的應(yīng)用

計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)除了在上述領(lǐng)域之中得到了應(yīng)用，在軍事航天之中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。在軍事航天事業(yè)之中，模擬以及練習(xí)一直都是該事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到這一領(lǐng)域之中就能為其發(fā)展提供較為良好的前景。具體而言，在軍事訓(xùn)練過程中應(yīng)用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠有效地為訓(xùn)練員構(gòu)建出虛擬的戰(zhàn)場環(huán)境，這樣參照人員就能夠借助于相關(guān)設(shè)備和虛擬環(huán)境之中的對象進(jìn)行交互作用與影響，從而產(chǎn)生沉浸式的體驗與感受；另外，在軍事單兵訓(xùn)練過程中，還可以讓士兵穿上數(shù)據(jù)服、戴上頭盔顯示器以及數(shù)據(jù)手套，借助于傳感器的操作來選擇不一樣的戰(zhàn)爭背景、輸入處理方案，這樣士兵就能體驗不同的作戰(zhàn)場景以及效果，使士兵能夠在這一過程中提高自身的戰(zhàn)術(shù)水平、心理承受能力等。除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天事業(yè)之中也得到了有效應(yīng)用，航天設(shè)備本身就屬于耗費(fèi)較大的現(xiàn)代化工具，再加上航天工作的開展本身就具有較強(qiáng)的危險性，而應(yīng)用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則能模擬各種航空器有可能會遇到的環(huán)境，這樣不僅能夠節(jié)約成本，還能降低危險；另外，還能有效的實(shí)現(xiàn)對零重力的模擬，這樣就能有效的替代宇航員的訓(xùn)練方式。

除了上述所提到的這些領(lǐng)域，計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在動作捕捉、房地產(chǎn)開發(fā)、室內(nèi)設(shè)計、文物保護(hù)、工業(yè)仿真、應(yīng)急演練等領(lǐng)域也有得到了有效的應(yīng)用。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最開始是由美國人所提出的一個理念，之后被美國宇航局應(yīng)用到航天事業(yè)之中，以此展開了對于成本較低的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研制，從某些方面來說這對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件發(fā)展具有一定的推動作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)如今雖然已經(jīng)得到了較為明顯的發(fā)展和進(jìn)步，可是就實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀來看，依然還是處于初級研究階段。就現(xiàn)如今計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀來分析的話，其主要是研究感知、硬件、后臺軟件以及用戶界面這幾個方面，而就當(dāng)前研究現(xiàn)狀來分析的話，場館虛擬漫游可以說是研究過程中較為困難的一個方面。一般情況下，在進(jìn)行建模與繪制的過程中，都會在繪制速度與模型精細(xì)度上選擇一個較為恰當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)，這樣不僅能夠有效地保障繪制的質(zhì)量，還能夠提高用戶的體驗感?，F(xiàn)如今世界上已經(jīng)具有較多的計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)商，而且也已經(jīng)開發(fā)出了一些虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的平臺，像是VRT、Robotics、Deneb等等，而這些平臺的存在在很大程度上也促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用效果的提升。但是，就總體開發(fā)現(xiàn)狀來看，依然還是存在較多的問題，特別是因為自主知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因，導(dǎo)致我們對于核心技術(shù)不夠了解，這個時候也就自然而然會影響到計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)價值的實(shí)現(xiàn)。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于高集成技術(shù)，涵蓋了計算機(jī)軟件、傳感器等技術(shù)，在整體上具有先進(jìn)性。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)前社會中具有良好的應(yīng)用前景，能滿足多種工作環(huán)境的要求。未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會朝著以下方向進(jìn)一步發(fā)展。

4.1 動態(tài)環(huán)境建立技術(shù)

計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，最為關(guān)鍵的還是對于虛擬環(huán)境的創(chuàng)建，而對于這一部分內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建立技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境創(chuàng)建的關(guān)鍵。動態(tài)環(huán)境建立技術(shù)的發(fā)展能夠獲得更為真實(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)，從而也就能夠創(chuàng)設(shè)出更為良好的虛擬環(huán)境模型。

4.2 實(shí)時三維圖像生成與顯示

三維圖形生成技術(shù)現(xiàn)如今可以說是已經(jīng)步入了成熟階段，而今后發(fā)展方向則是在于如何生成與顯示，尤其如何在不降低圖像質(zhì)量與復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對頻率的刷新可以說是今后發(fā)展過程中較為重點(diǎn)的研究內(nèi)容。除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展本身就依賴于傳感器與立體顯示器，所以在今后研究過程中還需要對三維圖像生成與顯示技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究與開發(fā)，這樣才能更好地滿足系統(tǒng)需求，真正有效地發(fā)揮出計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的價值，將其有效的應(yīng)用到各個領(lǐng)域之中。

4.3 加強(qiáng)對新型交互設(shè)備的研制

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中要想有效的實(shí)現(xiàn)人能夠自由的和虛擬世界內(nèi)的對象進(jìn)行交互，并且從中獲得一種身臨其境之感，必然需要借助于主要的輸出、輸入設(shè)備，以及數(shù)據(jù)手套、三維聲音產(chǎn)生器、頭盔顯示器、三維位置傳感器、數(shù)據(jù)衣服等一系列交互設(shè)備。而為了能夠進(jìn)一步促進(jìn)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，今后在對計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，必然要加強(qiáng)對這些交互設(shè)備的研究，盡量研制出價格低廉、耐用性較高的新型交互設(shè)備，從而進(jìn)一步發(fā)揮出其對于各個領(lǐng)域的促進(jìn)作用。由此可見，計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)今后發(fā)展的趨勢之一就包含了加強(qiáng)新型交互設(shè)備研制這一點(diǎn)，我國在研究過程中就可以以此來展開研究與分析，進(jìn)一步促進(jìn)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，讓其能夠促進(jìn)各個領(lǐng)域的發(fā)展。

4.4 智能語音虛擬建模

計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)今后的發(fā)展趨勢還表現(xiàn)在智能語音虛擬建模這一方面，這一項工作本身就十分的復(fù)雜，在實(shí)際操作過程中需要花費(fèi)較多的時間以及精力，如果在進(jìn)行研究的過程中能夠?qū)⒄Z音識別、智能識別等技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效的結(jié)合在一起，就能更好地解決這一問題。具體而言，在發(fā)展過程中，我們可以對于模型本身的屬性、方法以及特點(diǎn)進(jìn)行描述，借助于語音識別技術(shù)來對建模數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)化，同時借助于計算機(jī)的圖像處理技術(shù)、人工智能技術(shù)來對其進(jìn)行有效的設(shè)計與評價，這樣就能將模型使用對象表示出來，同時還能按邏輯讓各個模型都能夠進(jìn)行靜態(tài)與動態(tài)的有效銜接，創(chuàng)造出具有高價值的系統(tǒng)模型。在建模工作完成之后，我們還需要對其進(jìn)行有效的評價，借助于有效的評價來進(jìn)一步發(fā)揮出其價值，并且由人工語言來進(jìn)行再次編輯與確認(rèn)，從而也就能夠進(jìn)一步促進(jìn)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

4.5 積極使用大型分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)

存在于虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之中的分布式網(wǎng)絡(luò)，主要的任務(wù)就是將零散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、仿真器借助于網(wǎng)絡(luò)有效的銜接在一起，在這一過程中相關(guān)人員需要使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)以及協(xié)議來創(chuàng)建出一個在時間、空間等多方面有效聯(lián)系的虛擬合成系統(tǒng)，而使用者則可以在這一過程中進(jìn)行自由且有效的交互，從而最大程度發(fā)揮出計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的價值。就目前分布式虛擬現(xiàn)實(shí)交互現(xiàn)狀來看，其已經(jīng)成為了國際上研究熱點(diǎn)之一，所以在今后發(fā)展過程中，積極使用大型分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)可以說是較為重要的趨勢之一，畢竟大型分布式虛擬現(xiàn)實(shí)在航天事業(yè)上有著較為顯著的價值，借助于這一技術(shù)研究能夠有效地減少不必要的成本與經(jīng)費(fèi)，同時還能有效的減少相關(guān)人員的不適感，進(jìn)一步發(fā)揮出計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對于軍事航天領(lǐng)域的促進(jìn)作用。

5 結(jié) 論

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項先進(jìn)的高新技術(shù)，本身就具有較為良好的發(fā)展前景，將其應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中不僅具有較為廣泛的應(yīng)用范圍，還能發(fā)揮出較為顯著的價值，可是在實(shí)際應(yīng)用過程中依然還是無法避免會出現(xiàn)各種各樣的問題，而這也是計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在今后發(fā)展中需要應(yīng)對的問題。為了能夠進(jìn)一步促進(jìn)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，本文從該技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀著手，對其今后發(fā)展趨勢與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了具體的論述，希望能夠借助于這一項技術(shù)促進(jìn)各個領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。

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作者簡介：宗興寰（1998.02-），男，漢族，遼寧蓋州人，本科在讀，研究方向：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。