虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究背景及國(guó)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(shí)現(xiàn)方法上可分為兩種，主要是按照虛擬場(chǎng)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(shí)時(shí)建立場(chǎng)景的三維模型，這種方法需要花費(fèi)大量時(shí)間建模，而且對(duì)硬件性能的要

2、求很高，其漫游場(chǎng)景是由計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的光照模型繪制的，色彩層次沒有實(shí)際的自然景觀豐富，帶有明顯的人工痕跡。為此，近幾年來國(guó)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(jī)采集的離散圖像或攝像機(jī)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(duì)其進(jìn)行時(shí)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(chǎng)景。虛擬實(shí)景漫游是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的景物虛擬漫游，與一般傳統(tǒng)的或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的虛擬漫游相比，它具有以下特點(diǎn):(l)一般的漫游對(duì)象

3、往往是通過創(chuàng)作或設(shè)計(jì)想象出來的，以人工環(huán)境為主，而虛擬實(shí)景漫游的對(duì)象則是在現(xiàn)實(shí)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(jì)出來的，允許與實(shí)際情況不完全吻合，而虛擬實(shí)景漫游中的視覺效果則要求盡可能的與實(shí)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(shí)系統(tǒng)具有場(chǎng)景逼真、交互方便和無需特殊的硬件等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)技術(shù)具有極大的應(yīng)用前景和研究意義。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，就虛擬實(shí)現(xiàn)本身而言，它主要設(shè)計(jì)到三個(gè)研究領(lǐng)域：1.通過計(jì)算機(jī)圖形方式建立實(shí)施的三維視覺效果。2.建立對(duì)虛擬世界的觀察面。3.使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)諸如科學(xué)計(jì)算技術(shù)方面的應(yīng)用。目前，建立虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已引起了人們的普遍關(guān)注，目前，在國(guó)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(shí)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(shí)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(jìn)步。目前，大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)這一領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，介入虛擬現(xiàn)實(shí)這個(gè)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(jì)算機(jī)系，密歇根大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，華盛頓大學(xué)人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室，佐治亞理工大學(xué)GVU中心，瑞士蘇黎世理工大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室，英國(guó)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(shí)系統(tǒng)，采用環(huán)幕電影映像和選擇攝像機(jī)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(jìn)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(shí)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(jī)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(guó)防科大也成功研制了HVS系統(tǒng)，他功能和實(shí)現(xiàn)過程類似于QuickTimeVR中的全景。我國(guó)在這一

8、領(lǐng)域上和發(fā)達(dá)國(guó)家相比技術(shù)上存在著很大的差距，但已經(jīng)引起了國(guó)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(dòng)導(dǎo)航，電視會(huì)議等應(yīng)用中都已有了較大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的一些重點(diǎn)院校也積極地投入到了這一領(lǐng)域中研究工作，在國(guó)內(nèi)，研究虛擬現(xiàn)實(shí)的科研單位主要有國(guó)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(guó)防科大多媒體研究中心的HVS虛擬實(shí)景空間模型，中科研計(jì)算所實(shí)現(xiàn)了基于球