虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀1課題的研究背景目前，虛擬漫游技術(shù)在實現(xiàn)方法上可分為兩種，主要是按照虛擬場景的構(gòu)造方來區(qū)分，一種是傳統(tǒng)的基于幾何圖形繪制(Graph——basedRendering，GBR)的虛擬漫游技術(shù)，另一種是新興的基于圖像繪制(Image——basedRendering，IBR)的虛擬漫游技術(shù)。傳統(tǒng)的漫游主要使用成熟的幾何建模技術(shù)，通過手工方法實時建立場景的三維模型，這種方法需要花費大量時間建模，而且對硬件性能的要

2、求很高，其漫游場景是由計算機根據(jù)一定的光照模型繪制的，色彩層次沒有實際的自然景觀豐富，帶有明顯的人工痕跡。為此，近幾年來國際上開始出現(xiàn)基于圖像繪制技術(shù)來構(gòu)造虛擬空間的方法，它利用照相機采集的離散圖像或攝像機采集的連續(xù)視頻作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成全景圖并對其進行時間或空間的關(guān)聯(lián)，從而建立起具有空間操縱能力的虛擬場景。虛擬實景漫游是對現(xiàn)實世界中的景物虛擬漫游，與一般傳統(tǒng)的或計算機動畫的虛擬漫游相比，它具有以下特點:(l)一般的漫游對象

3、往往是通過創(chuàng)作或設(shè)計想象出來的，以人工環(huán)境為主，而虛擬實景漫游的對象則是在現(xiàn)實世界中客觀存在的(2)一般的漫游環(huán)境中的視覺效果通常是由人工設(shè)計出來的，允許與實際情況不完全吻合，而虛擬實景漫游中的視覺效果則要求盡可能的與實際的視覺效果相一致，才能給人以身臨其境的視覺感?；趫D像的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有場景逼真、交互方便和無需特殊的硬件等優(yōu)點，目前已用于虛擬旅游和娛樂、虛擬訓(xùn)練、醫(yī)療領(lǐng)域和虛擬制造等方面，還可用于科學(xué)可視化和系統(tǒng)仿真等方面。由此可

4、以看出，基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有極大的應(yīng)用前景和研究意義。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，就虛擬實現(xiàn)本身而言，它主要設(shè)計到三個研究領(lǐng)域：1.通過計算機圖形方式建立實施的三維視覺效果。2.建立對虛擬世界的觀察面。3.使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)加強諸如科學(xué)計算技術(shù)方面的應(yīng)用。目前，建立虛擬現(xiàn)實技術(shù)已引起了人們的普遍關(guān)注，目前，在國內(nèi)外有許多政府部門，公司，大學(xué)，研究所正在致力于這方面的研究。從總的方面來看，虛擬現(xiàn)實已經(jīng)取得了一定的成就，并

5、有一些成功的應(yīng)用；但作為一門新興的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還不是一門成熟的技術(shù)，還有許多問題亟待解決，其發(fā)展還將依賴于軟，硬件來兩方面的技術(shù)的進步。目前，大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實設(shè)備制造商都較小且正在發(fā)展，一些較大的廠商也正在探索新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實的外設(shè)和軟件有待于商品化。不少領(lǐng)域，尤其是力的作用領(lǐng)域還有很多問題需要突破。另外，在自然地理環(huán)境的虛擬重現(xiàn)方面，也還有許多問題要解決。目前國外虛擬現(xiàn)實這一領(lǐng)域有了長足的進步，介入虛擬現(xiàn)實這個領(lǐng)域的科研單位也越

6、來越多。具有代表性的商業(yè)公司主要有蘋果，微軟等，科研單位有北卡羅萊納大學(xué)計算機系，密歇根大學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室，華盛頓大學(xué)人機交互實驗室，佐治亞理工大學(xué)GVU中心，瑞士蘇黎世理工大學(xué)計算機圖形實驗室，英國HULL大學(xué)可視化課題組等。具有開創(chuàng)和示范作用的研究是Apple公司開發(fā)的QuickTimeVR系統(tǒng)。它是基于柱面全景的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，采用環(huán)幕電影映像和選擇攝像機拍攝全景圖，支持用戶在虛擬空間中左看，右看，上看，下看以及360旋轉(zhuǎn)沿固定路線

7、前進后退等漫游操作，而且用戶所觀察的視覺效果完全具有和照片一樣的真實感。微軟公司也在1995年開發(fā)出了基于windows的全景視頻產(chǎn)品SurroundVideo。他和QuickTimeVR的功能基本一樣，但制作方法不同，SurroundVideo利用硬件直接通過全景照相機得到全景。直到現(xiàn)在，QuickTimeVR仍然是比較流行的全景視頻產(chǎn)品。國防科大也成功研制了HVS系統(tǒng)，他功能和實現(xiàn)過程類似于QuickTimeVR中的全景。我國在這一

8、領(lǐng)域上和發(fā)達國家相比技術(shù)上存在著很大的差距，但已經(jīng)引起了國家的高度重視，在很多領(lǐng)域都制定了開展（VirtualReality）的研究。如在軍事訓(xùn)練，自動導(dǎo)航，電視會議等應(yīng)用中都已有了較大的發(fā)展，國內(nèi)的一些重點院校也積極地投入到了這一領(lǐng)域中研究工作，在國內(nèi)，研究虛擬現(xiàn)實的科研單位主要有國防科技大學(xué)，中科院軟件所，浙江大學(xué)，北京航空航天大學(xué)等高校。目前已取得研究成果有：國防科大多媒體研究中心的HVS虛擬實景空間模型，中科研計算所實現(xiàn)了基于球