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发表时间 : 2014-2-10 17:16:34 | 浏览 : 2075    评论 : 0
【根据互动百科等整理】虚拟现实(Virtual Reality),简称VR技术,也称灵境技术或人工环境。是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的。其具体内涵是:综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。其中,计算机生成的、可交互的三维环境成为虚拟环境(即Virtual Environment,简称VE)。虚拟现实技术实现的载体是虚拟现实仿真平台,即(Virtual Reality Platform,简称VRP)。

从技术的角度来说,虚拟现实系统具有下面三个基本特征:即三个“I”immersion-interaction-imagination(沉浸—交互—构想),它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果,到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中,从过去人只能通过键盘、滑鼠与计算环境中的单维数字信息发生作用,到人能够用多种感测器与多维信息的环境发生交互作用;从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识,到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。总之,在未来的虚拟系统中,人们的目的是使这个由计算机及其它感测器所组成的信息处理系统去尽量「满足」人的需要,而不是强迫人去「凑合」那些不是很亲切的计算机系统。

应用领域  VR虚拟现实技术可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害等众多领域,为其提供切实可行的解决方案。

现在的大部分虚拟现实技术都是视觉体验,一般是通过电脑萤幕、特殊显示设备或立体显示设备获得的,不过一些模拟中还包含了其他的感觉处理,比如从音响和耳机中获得声音效果。在一些高级的触觉系统中还包含了触觉信息,也叫作力反馈,在医学和游戏领域有这样的应用。人们与虚拟环境相互要么通过使用标准装置例如一套键盘与滑鼠,要么通过模拟装置例如一只有线手套,要么通过情景手臂和/或全方位踏车。虚拟环境是可以是和现实世界类似的,例如,飞行模拟和作战训练,也可以和现实世界有明显差异,如虚拟现实游戏等。就目前的实际情况来说,它还很难形成一个高逼真的虚拟现实环境,这主要是技术上的限制造成的,这些限制来自计算机处理能力,图像解析度和通信频宽。然而,随着时间的推移,处理器、图象和数据通讯技术变得更加强大,并具有成本效益,这些限制将最终被克服。

增强现实 (Augmented Reality,简称AR),也叫混合现实,是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术。是指透过影像处理技术将虚拟3D和现实影像融合,使真实的环境和虚拟世界实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。它既允许用户看到真实世界,同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象,它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。AR中真实物体和虚拟物体与用户环境须无缝结合在一起,而且真实物体和虚拟物体之间还要能够进行交互,这样才能实现真正的虚实融合。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维定向的特点。

  AR为我们呈现出现实中无法直接获知的信息,让每个人眼中的世界更加多样性。其在1992年被波音公司计算机研究部门首席科学家Thomas Caudell首次提出。他认为可以将所需要的数据投射到真实世界的景物上,为工人们提供一个随身的电子助手,以提升制造行业的效率。他的设想引起了不少企业和研究机构的兴趣,但是在过去的十几年中,因为计算机的计算速度、软件性能和成本的限制,AR主要应用在军事、工业和研究领域当中。近些年随着计算机性能的不断改进,小型影像设备的高解析度化、各种传感器的发展、移动设备的进步及有效的成本控制,一度高端的AR越来越接近普通大众。当前不少智能手机上都已具有了一些增强现实技术的应用,如诺基亚的“城市万花筒”,用户打开这个应用就可以在手机上看到附近的吃喝玩乐场所,非常方便、直观。还有AR手机游戏,只需用手机摄像头对准一张有特殊图案的纸,玩家就可以在手机屏幕上进行游戏了。其实AR的应用远不止于此,它的应用范围十分广泛,只要充分发挥我们的想象力,它就可以应用在各个领域,提高工作效率、增加生活乐趣。如AR在电子游戏中可以让位于不同地点的玩家,共同进入一个真实的自然场景,以虚拟替身的形式,进行网络对战;网络通讯可以使用AR和人脸跟踪技术,通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体,提高了视频对话的趣味性;军队可以利用AR进行方位识别获得所在地点地理数据等重要军事信息;医生可以利用AR进行手术部位的精确定位;展览景区可以通过AR将建筑的相关资料、观看展品的相关数据呈现给途经的观众游客等等。

通常情况下,一个完整的AR系统需要有显示技术、跟踪和定位技术、界面和可视化技术、标定等技术共同构成。跟踪和定位技术与标定技术共同完成对位置与方位的检测,并将数据报告给AR 系统,实现被跟踪对象在真实世界里的坐标与虚拟世界中的坐标统一,达到让虚拟物体与用户环境无缝结合的目标。为了生成准确定位,AR系统需要进行大量的标定,测量值包括摄像机参数、视域范围、传感器的偏移、对象定位以及变形等。从目前情况来看,主要有三种AR应用解决方案。一是GPS+传感器方式:通过GPS获取位置、地磁传感器取得方向、加速度传感器得到倾斜角度数据,然后经信息处理后进行叠加显示。这种方式在手机上实现最为适合,目前最新智能手机基本都已具备GPS、指南针和加速度传感器这些装置,再加上3G、无线网络速度的提升,实现起来并不困难。不过目前存在GPS精度、地磁传感器易受周边磁性设备影响等问题。二是标志识别方式:将标志图像的信息事先保存,通过图像识别技术,在当前的图像中查找识别标志图像,然后在标志图像上叠加相关信息。这种方式相对比较成熟,具有开源的ARToolKit(一个C/C++ 语言编写的库)可以让程序员很容易地编写AR应用程序,适用于娱乐游戏、广告展示、杂志书籍等方面。不足之处在于需事先定义标志图像,程序无法获取图像以外的信息,功能扩展受到一定限制。第三种是图像分析识别:对图像进行解析,识别出风景物体和空间,然后叠加相关信息。原理是从图像上捕捉特征点,然后检测出平面建立虚拟3D坐标,之后合成摄影图像和数字内容。这种方式需要处理数据量大,对于障碍物、垂直面辨析的技术难度也较大,距离实际使用水平还有一段距离。



与现在新兴的很多技术一样,增强现实(AR)技术也是多学科交叉集成的产物,它包括计算机,视觉计算机、图形学、传感器、网络、GPS等许多技术。尽管当前AR技术还存在很多不足和问题需要解决,但即使如此,当前的应用也已给我们带来了很多乐趣和便捷。未来AR将会朝着更网络化、微型化低能耗发展,这可以在减少装备的同时大大提高增强现实系统的效能,视觉信息多样化、数据复杂性、声音交互的改善会让增强现实具有更好的应用体验。AR会让我们的生活变得更加美好,终有一天它会融入到百姓生活的方方面面之中。

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