虚拟现实的构建毕业论文49370.docx

吉林财经大学信信息经济学院院毕业论文虚拟现实的构建建系 别 专 业 年 级级 学 生 姓 名名 学 号 指 导 教 师师 职 称 2012年 004月毕业论文原创性性声明本人郑重声明：所呈交毕业业论文，是本本人在指导教教师的指导下下，独立进行行研究工作所所取得的成果果。除文中已已经注明引用用的内容外，本本论文不包含含任何其他人人或集体已经经发表或撰写写过的作品成成果。对本文文的研究做出出重要贡献的的个人和集体体，均已在文文中以明确方方式标明。本本人完全意识识到本声明的的法律结果由由本人承担。 论文文作者签名：年 月 日摘 要随着科技的不断断发展，给世世界的各项技技术带来了一一场空前的革革命，虚拟现现实也由此产产生。虚拟现现实对许多人人来说并不陌陌生，虽然它它出现的时间间并不长，但但它给人们展展现了一门神神奇的技术。其其研究内容涉涉及多个领域域，应用十分分广泛，但虚虚拟现实的发发展还存在着着很多问题没没有解决。本本文将就虚拟拟现实技术的的基本概念、应应用、发展进进行一系列的的探讨。【关键词】 虚拟现实 VR技术术 研究现现状 发展趋势势 虚拟现现实应用Abstracct Withh the contiinuouss deveelopmeent off scieence aand teechnollogy, to thhe worrld off eachh techhnologgy hass brouught aan unppreceddentedd revoolutioon, viirtuall reallity aand thhe ressultinng. Viirtuall reallity ffor maany peeople are nnot faamiliaar witth, allthouggh it is noot a llong ttime, but iit is to shhow peeople a maggic teechniqque. IIts reesearcch covvers aa numbber off areaas, a wide rangee of aappliccationns, buut thee virttual rrealitty devvelopmment sstill existt manyy probblems unsollved. In thhis paaper tthe baasic cconceppt of virtuual reealityy techhnologgy, appplicaation, deveelopmeent off a seeries of diiscusssions.Key worrds: Virtuual reealityy VR technnologyy reesearcch sttatus deleeopmennt trrend appliicatioon目 录一、绪论 (1)二、虚拟现实技技术的介绍 (1)（一）虚拟现实实技术的概念念 (1)（二）虚拟现实实的基本特征征 (1)（三）虚拟现实实的发展历程程 (2)（四）虚拟现实实发展现状 (4)（五）虚拟现实实技术发展趋趋势 (5)三、虚拟现实技技术 (5)（一）虚拟现实实的分类 (5)（二）虚拟现实实系统的构成成 (6)（三）虚拟现实实技术 (7)（四）国内三大大虚拟现实软软件介绍 (8)四、虚拟现实的的实现 (10)（一）虚拟现实实的应用 (10)（二）虚拟现实实的案例(10)五、结束语(13)注释 (14) 参考文献 (15) 一、绪论人类有许多梦想想，一些梦想想已经变为现现实，而有些些梦想也许永永远都不可能能实现。然而而，有一种技技术能使一切切梦想全部实实现在感知中中实现。虚拟拟现实就是使使你的幻想成成真的技术。它它可以让你置置身于云端，可可以让你遨游游于深海，甚甚至可以让你你穿越时空感感受过去及未未来世界。虚虚拟现实技术术所带来的身身临其境的神神奇效应正渗渗透到各行各各业，成为近近年来国际科技界关注注的一个热点点。它是建立立在计算机图图形学、人机机接口技术、传传感技术和人人工智能等学学科基础上的的综合性极强强的高新信息息技术，在军军事、医学、设设计、艺术、娱娱乐等多个领领域都得到了了广泛的应用用，被认为是221世纪大有发展前途途的科学技术术领域。二、 虚拟现实的介绍绍(一) 虚拟现现实技术的概概念虚拟现实（Viirtuall Reallity,简简称VR，又又译作灵境、幻幻真）它是在在虚拟环境中中，有人参与与操作而形成成的一种在视视觉上、听觉觉上、感觉上上、嗅觉上能能体验到的一一种境界。 虚拟现实技术是是一项综合集集成技术，由由计算机图形形技术、多媒媒体技术、人人机交互技术术、网络技术术、立体现实实技术及仿真真技术等多种种科学技术综综合发展起来来的计算机领领域的最新技技术。它利用用计算机生成成逼真的三围围视觉、听觉觉、嗅觉等各各种感觉，使使用户通过适适当装置置身身于计算机所所表示的三维维空间资料库库环境中，使使用户自然地地对虚拟现实实世界进行体体验和交互作作用。创造出出一种“身临其境”的感觉。简单单的说，虚拟拟现实技术就就是用计算机机创造现实世世界。（二）虚拟现实实的基本特征征1.沉浸性 沉浸性是指用户户可以沉浸于于计算生成的的虚拟环境中中和使用户投投入到计算机机生成的虚拟拟场景中的能能力，用户在在虚拟场景中中有身临其境境的感觉。它它让所见所感感完全与真实实环境中感受受的一样。它它是虚拟现实实系统的核心心。2. 实时交互互性实时交互性是指指用户与模拟拟场景中的对对象相互作用用的能力。他他是人机互动动的关键因素素。用户进入入虚拟环境后后，通过一系系列技术使用用户与环境发发生相互作用用，用户可以以进行必要的的操作，虚拟拟环境则会做做出相应的响响应，与真实实的一样。3. 多感知性性多感知性是指除除了一般计算算机技术所具具有的视觉感感知外，还有有听觉感知、触触觉感知等一一系列感知。4. 构想性 也称想象性是指指通过用户沉沉浸在“真实的”虚拟环境中中，与虚拟环环境进行各种种交互作用，具具有广阔的想想象空间，可可拓宽人类认认知范围，不不仅可再现真真实存在的环环境，也可以以随意构想客客观不存在的的甚至是不可可能发生的环环境。（三）虚拟现实实的发展历程程1. 第一阶段段，20世纪50年代到70年代此时为虚拟现实实的探索阶段段。19655年由美国的的Mortoon Heiileg开发发了一个称作作sensoorama的的摩托车仿真真器，不仅具具有三维视频频及立体声效效果，还能产产生风吹的感感觉和街道气气味。 摩托车仿真器1965 年，计计算机图形学学的奠基者美美国科学家艾艾凡萨瑟兰在一一篇名为终终极的显示的的论文中，首首次提出了一一种假设，观观察者不是通通过屏幕窗口口来观看计算算机生成的虚虚拟世界，而而是生成一种种直接使观察察者沉浸并能能互动的环境境。这一理论论后来被公认认为在VR技技术中起着里里程碑的作用用，所以我们们称他既是“计算机图形形学”之父，也是是 “虚拟现实技技术”之父。在随后几年中，艾艾凡萨瑟兰在麻麻省理工学院院开始头盔式式显示器的研研制工作，人人们戴上这个个头盔式显示示器，就会产产生身临其境境的感觉。头盔显示器2.第二阶段，880年代初至至80年代中中期20 世纪800 年代，美美国国家航空空航天局（NNASA ）及及美国国防部部组织了一系系列有关VRR技术的研究究，并取得了了令人瞩目的的研究成果，从从而引起了人人们对VR技技术的广泛关关注。19884 年，NNASA AAmes 研研究中心虚拟拟行星探测实实验室的M.McGreeevy 和和J.Hummphriees 博士组组织开发了用用于火星探测测的虚拟世界界视觉显示器器，将火星探探测器发回的的数据输入计计算机，为地地面研究人员员构造了火星星表面的三维维虚拟世界。在在随后的虚拟拟交互世界工工作站（VIIEW ）项项目中，他们们又开发了通通用多传感个个人仿真器和和遥控设备。3. 第三阶段段，80年代代末至90年年代初进入20 世纪纪90 年代代后，迅速发发展的计算机机硬件技术与与不断改进的的计算机软件件系统相匹配配，使得基于于大型数据集集合的声音和和图像的实时时动画制作成成为可能，人人机交互系统统的设计不断断创新，新颖颖、实用的输输入输出设备备不断地涌入入市场，而这这些都为VRR系统的发展展打下了良好好的基础。在应用方面，11993 年年11 月，宇宇航员通过VVR系统的训训练，成功地地完成了从航航天飞机的运运输舱内取出出新的望远镜镜面板的工作作，而用VRR技术设计的的波音7777 飞机是虚虚拟制造的典典型应用实例例，这是飞机机设计史上第第一次在设计计过程中没有有采用实物模模型。波音7777 飞机机由300 万个零件组组成，所有的的设计在一个个由数百台工工作站组成的的虚拟世界中中进行。设计计师戴上头盔盔式显示器后后，可以穿行行于设计的虚虚拟“飞机”之中，审视视“飞机”的各项设计计指标。11（四）虚拟现实实的发展现状状VR技术诞生于于美国，最初初是为了满足足国防和航空空航天的需要要，随着计算算机技术，特特别是图形显显示技术的快快速发展，VVR技术在近近年来得到了了很大发展且且大多数研究究机构都在美美国。美国VVR技术的研研究水平基本本上代表了国国际VR技术术发展的水平平，它是全球球研究最早，研研究范围最广广的国家，其其研究内容几几乎涉及从新新概念发展（如如VR的概念念模型）、单单项关键技术术（如触觉反反馈）到VRR系统的实现现及应用等有有关VR技术术的各个方面面。欧洲的VR技术术研究主要由由欧共体的计计划支持，在在英国、德国国、瑞典、荷荷兰、西班牙牙等国家都积积极进行了VVR技术的开开发与应用。英国在VR技术术的研究与开开发的某些方方面，如分布布式并行处理理、辅助设备备（触觉反馈馈设备等）设设计、应用研研究等方面，在在欧洲是领先先的。在德国，以德国国FhG-IIGD图形研研究所和德国国计算机技术术中心（GMMD）为代表表。它主要从从事虚拟世界界的感知、虚虚拟环境的控控制和显示、机机器人远程控控制、VR在在空间领域的的应用、宇航航员的训练、分分子结构的模模拟研究等。德国的计算机图图形研究所（IIGD）测试试平台，主要要用于评估VVR技术对未未来系统和界界面的影响，向向用户和生产产者提供通向向先进的可视视化、模拟技技术和VR技技术的途径。在亚洲，日本的的VR技术研研究发展十分分迅速，同时时在韩国、新新加坡、中国国等国家也积积极开展了VVR技术方面面的研究工作作。在当前实实用VR技术术的研究与开开发中，日本本是居于领先先位置的国家家之一。它主主要致力于建建立大规模VVR知识库的的研究，另外外在VR游戏戏方面的研究究也做了很多多工作，但日日本大部分VVR硬件是从从美国进口的的。（五）虚拟现实实技术的发展展趋势虚拟现实的前景景非常广阔，通通过与互联网网的结合，人人们会很快享享受虚拟现实实带给我们的的乐趣。它在在某种意义上上满足了我们们对理想愿望望的需求，甚甚至改变我们们的生活。利利用它我们可可以达到很多多以前无法满满足甚至不敢敢想的事。三、虚拟现实技技术（一）虚拟现实实的分类1.桌面虚拟现现实系统也称窗口中的虚虚拟现实。它它可以通过桌桌上型机实现现，所以成本本较低，功能能也最简单，主主要用于CAAD（计算机机辅助设计）、CCAM（计算算机辅助制造造）、建筑设设计、桌面游游戏等领域。 2.沉浸虚拟现现实系统如各种用途的体体验器，使人人有身临其境境的感觉，各各种培训、演演示以及高级级游戏等用途途均可用这种种系统。3.分布式虚拟拟现实系统它在因特网环境境下，充分利利用分布于各各地的资源，协协同开发各种种虚拟现实的的利用。它通通常是浸沉虚虚拟现实系统统的发展，也也就是把分布布于不同地方方的沉浸虚拟拟现实系统，通通过因特网连连接起来，共共同实现某种种用途。 美美国大型军用用交互仿真系系统NPSNNet以及因因特网上多人人游戏MUDD便是这类系系统。 4.增强现实又又称混合现实实系统它是把真实环境境和虚拟环境境结合起来的的一种系统，既既可减少构成成复杂真实环环境的开销（因因为部分真实实环境由虚拟拟环境取代），又又可对实际物物体进行操作作（因为部分分系统即系真真实环境），真真正达到了亦亦真亦幻的境境界，是今后后发展的方向向。（二）虚拟现实实系统的构成成虚拟现实系统的的模型表示如如图1。用户通过过传感装置直直接对虚拟环环境进行操作作，并得到实实时三维显示示和其它 反馈信息（如如触觉、力觉觉反馈等）。当当系统与外部部世界通过传传感装置构成成反馈闭环时时，在用户的的控制下，用用户与虚拟环环境间的交互互可以对外部部世界产生作作用（如遥操操作等）。图1虚拟现实系系统的模型虚拟现实系统主主要由以下六六个模块构成成,如图2。图2 虚拟现实实系统的构成成检测模块：检测测用户的操作作命令，并通通过传感器模模块作用于虚虚拟环境。 反馈模块：接受受来自传感器器模块信息，为为用户提供实实时反馈。 传感器模块：一一方面接受来来自用户的操操作命令，并并将其作用于于虚拟环境；另一方面 将操作后产产生的结果以以各种反馈的的形式提供给给用户。控制模块：对传传感器进行控控制，使其对对用户、虚拟拟环境和现实实世界产生作作用。 建模模块：获取取现实世界组组成部分的三三维表示，并并由此构成对对应的虚拟环环境。 （三）虚拟现实实技术1.Flashh技术严格意义说是是是基于二维的的应用。由于于它文件量小小，形式新颖颖动人，在互互联网上颇受受青睐。（1）模拟物体体的三维展示示分别拍摄展示物物体在某个二二维平面里的的各个角度照照片，一般拍拍摄十几幅即即可，当然拍拍的越多越精精细。然后把把这些序列照照片处理好以以后导入到FFLASH中中作成一个MMC，然后在在场景中，通通过按扭和AACTIONNSCRIPPT控制MCC的播放，达达到使物体前前后旋转的效效果，还可以以加上放缩和和鼠标交互功功能。（2）模拟场景景的三维展示示分别拍摄展示场场景在环视3360度里的的各个角度照照片，一般拍拍摄十几幅即即可，然后把把这些序列照照片处理成一一张前后连续续的图片，导导入到FLAASH中作成成一个MC，然然后在场景中中，通过按扭扭和ACTIIONSCRRIPT控制制MC的位置置，达到使场场景前后旋转转的效果，还还可以加上放放缩和鼠标交交互功能。（3）点线面的的三维模拟 在FLASH中中通过精确控控制点的位移移来达到模拟拟三维空间的的真实效果，还还可以加上贴贴图显得更加加真实，较为为复杂。视频的播放在网网络上播放专专业视频，一一直让人头痛痛，FLASSH支持*.MOV视频频的导入，再再配上声音，也也能以假乱真真。2.Viewppoint技技术 Viewpoiint技术是是由真正的33D模型建立立的，它具有有完全的互动动功能，可以以真实地还原原现实中的物物体功能。可可以创建照片片级真实的33D影象，并并且可以和其其它高端媒体体(richh mediia)综合使使用。对于窄窄带应用上，VViewpooint所提提供的技术也也是最好的解解决方案之一一。它使用独独有的压缩技技术，把复杂杂的3D信息息压缩成很小小的数字格式式，同时也保保证我们的浏浏览器插件可可以很快的将将这些压缩的的信息重新解解释出来。在在3D贴图上上，我们使用用JPEG的的压缩格式，保保证文件的贴贴图不会使33D文件加大大。并且它传传送给用户的的方式像Fllash、QQuickttime、RRealmeedia等流流行媒体一样样，使用了流流式播放方式式，这就使用用户不用下载载完所有的文文件即可看到到。3.JAVA技技术（3600度环视）利用JAVA技技术，可以轻轻松的创建3360度实景景物体和场景景展示，并能能模拟三维空空间。JAVVA技术产品品可在浏览器器上直接浏览览，不需要任任何插件。主主要是运用JJAVA的aapplett的嵌入网页页。2（四）国内三大大虚拟现实软件件介绍虚拟现实软件的的好坏问题争争论了很久，相相信也会一直直争论下去，软软件的好坏本本身就是相对对的，因此使使用者更应该该从自身的角角度和所处的的行业特点来来选择适合自自己的软件，这这也是我们一一直以来一贯贯的态度。国内的虚拟现实实软件目前比比较流行的是是一下三款软软件，排列顺顺序也正好是是他们出现的的先后顺序：1WebMaaxWebMax的的最大特点在在于它的压缩缩比，号称可可以达到1550：1，因因此成品的文文件量较小，网网络发布上有有天生的优势势，画面方面面也比较细腻腻，互动方面面需要配合一一些代码编写写能力，扩展展性也较强，而而且对客户端端机器的配置置要求很低，不不用过多担心心浏览群的流流失，目前软软件更新到22.0版，虽虽然相对1.0的版来说说核心变化不不大，但凭借借软件永久免免费的理念，WWebMaxx在国内有着着大批的粉丝丝，后续版本本也在不断推推出新功能，新新效果（水特特效+实时反反射+全局光光晕等等）也也将会陆续出出炉，值得期期待。2.VRPIEEVRPIE其实实可以算是国国内拥有大批批用户地单机机虚拟软件VVRP的网络络版，因此也也被冠以VRRPIE的名名称，该软件件有共享版和和正式版之分分，共享版提提供完整的功功能，只是不不提供项目的的保存功能；凭借原先大大批的单机软软件用户，VVRPIE的的推出立刻引引起业界的巨巨大反响，频频频出现的一一批商业作品品也正是得益益于单机用户户数的绝对优优势，VRPPIE软件人人性化程度好好，软件成熟熟度高，上手手快，一些简简单的互动不不需要编程即即可完成，软软件也提供编编程接口，可可以通过编程程实现更复杂杂的交互，加加上后续出现现的物理引擎擎系统，实现现了刚体碰撞撞和控制，物物理火焰，物物理流体等等等效果，使得得软件得到很很大程度的完完善，可以说说VRPIEE是一款有着着强大技术后后盾为基础的的成熟虚拟现现实开发工具具，肯定会对对我们国家的的虚拟现实行行业发展产生生积极影响。3.Conveerse3DDConversse3D在三三款较流行的的软件中最晚晚出现，可能能也正因为如如此，软件一一起步就提升升到了Dx99的API图图形接口上，加加上这款软件件的免费版仅仅有模型面数数的限制，连连恼人的官方方logo都都消失了，这这一切都为CConverrse3D增增加了很多神神秘的色彩，大大家对他的图图形表现充满满期待，虽然然大家的这个个期待除了在在模拟水的效效果上得到了了长足的改善善，但整体画画面的表现并并不如大家预预期的那样成成功，尽管如如此，我们还还是认为，凭凭借它在APPI接口上的的领先，Coonversse3D还是是有能力实现现更大的突破破！当然值得得一提的是，CConverrse3D的的开发团队紧紧跟网络发展展的潮流，率率先提出了“一个场景，一一个社区”的概念,领领先业界开发发出了Webb3D在线多多人互动交流流功能，这为为Conveerse3DD的发展开辟辟了广阔的想想象空间，甚甚至为当红的的SNS社区区概念在互动动形式上也“虚拟”出了一种全全新的模式，是是一大亮点；该软件由于于暂不支持编编程接口，所所以界面上功功能较多，所所以在设计上上还可以做的的更人性化，在在网络发布功功能上也要再再做一些改进进。3四、虚拟现实的的实现（一）虚拟现实实的应用1医学 虚拟现实技术应应用大致上有有两类。一是是虚拟人体，也也就是数字化化人体，这样样的人体模型型医生更容易易了解人体的的构造和功能能。另一是虚虚拟手术系统统，可用于指指导手术的进进行。2娱乐、艺术术与教育 丰富的感觉能力力与3D显示环境使得得虚拟现实技技术成为理想想的视频游戏戏工具。在娱娱乐方面出现现虚拟歌星、虚虚拟主持人之之类的娱乐工工具。教育方方面虚拟现实实真正实现了了远程教育，使使人们沟通真真实梦幻。3军事在军事上，许多多国家都会进进行虚拟的军军事演习。在在培训指挥员员和研究战争争方面虚拟现现实也起到了了重要作业4商业虚拟现实技术常常被用于推销销。例如建筑筑工程投标时时，把设计的的方案用虚拟拟现实技术表表现出来，便便可把业主带带入未来的建建筑物里参观观，如门的高高度、窗户朝朝向、采光多多少、屋内装装饰等，都可可以感同身受受。它同样可可用于旅游景景点以及功能能众多、用途途多样的商品品推销。因为为用虚拟现实实技术展现这这类商品的魅魅力，比单用用文字或图片片宣传更加有有吸引力。（二）虚拟现实实的案例1. 天梭表此款表拥有多种种除显示时间间之外的多种种以虚拟现实实技术为核心心的功能。（1）海拔高度度的指示功能能（ALTIIMETERR） （2）温度的指指示功能 （TTHERMOO） （3）指南针的的指示功能 （COMPPASS） （4）闹表的功功能 （ALLARM） （5）计时码表表的功能 （CCHRONOO） （6）气压的指指示功能 （MMETEO）天梭探险者系列列此外，天梭表还还利用VR技技术结合3DD技术建立了了随心所欲的的3D天梭（TTissott）橱窗。这这个神奇的橱橱窗将会展示示出亦真亦幻幻趣味性极强强的影像。顾顾客可以在这这个橱窗前虚虚拟“试戴”天天梭女表和TT-Toucch男表系列列。动感的触触摸屏幕可以以让顾客前所所未有地挑选选前全系列的的天梭产品。用户可以通过橱窗在虚拟环境中进行试戴。虚拟橱窗2. 网上试衣衣间自从1947年年H&M第一一家商店在瑞瑞典开业，这这个公司已经经成长为一个个在22个国国家开有分店店的服装连锁锁店。近来，这这加老店有推推出了网上试试衣间。进入美国网页，选选择试衣间，你你不用考虑纽纽扣，拉链和和具体尺寸的的小细节。消消费者可以选选择一位标准准模特，也可可以自创一位位类似于你自自己体型的模模特，皮肤颜颜色，发型，身身体特征，高高度，体重，以以及具体的细细节比如眼睛睛的颜色，鼻鼻子，嘴唇。选选好后，注册册进入“我的模特”，一旦你的的注册得到确确认，你就可可以用所有在在H&M销售售的服装包括括泳装、成衣衣和小装饰品品为你的模特特进行设计。当当消费者完成成满意的组合合，存储进入入“你的衣柜”，就可以将将衣柜中的组组合打印出来来，带到商场场去购买。虚拟试衣间3. 游戏这款头盔名为LLifecllipperr，它是一种种全新类型的的娱乐工具，但但目前仅限于于在瑞士巴塞塞尔的圣约翰翰公园内使用用。头盔由背背包的高效能能计算机控制制，透过镜头头观赏由计算算机制作的33D影像，把把用家带到一一个有精灵、发发光草、超现现实昆虫、神神奇景观的奇奇幻世界。其其中真实的部部分来自其头头盔上的镜头头，而虚拟的的部分则是由由计算机制作作生成。虚拟游戏头盔五、结束语虚拟现实技术是是本世纪发展展的重要技术术之一，作为为一门科学和和艺术将会不不断走向成熟熟，在各行各各业中将得到到广泛应用，并并发挥神奇的的作用，二十十一世纪将是是虚拟现实技技术的时代。当然，虚拟现实实技术无论是是理论还是应应用都还不太太成熟。尚存存在不少有待待解决的问题题但不管怎样样，虚拟现实实技术毕竟开开辟了富有发发展潜力的新新领域，它会会随着时间的的推移日臻完完善，发挥的的作用也将会会越来越大。注 释1 吴迪，黄黄文骞 .海海洋测绘 ,2002, 第06期期.2 浅析：国内外虚拟拟现实技术发发展状况和发发展趋势3 国内流流行的三大国国产虚拟现实实软件的介绍绍参考文献1李云华. 虚拟现实实技术综述重重型机械科技技M. 20044.2张志鹏,劳奇成. 虚拟现实实技术的概况况及应用MM.精密制造与与自动化 22005.3谢晶妮, 张茂军. 虚拟现实实发展趋势展展望J.计算机工程程 20022. 4郑彦平,贺钧.虚拟现实技技术的应用现现状及发展J.信息技术 2005. 5刘耀林,孔建益,蒋国璋,孙亮波.虚拟现实技技术的发展M湖北工工业大学学报报2005. 6周红军. 王选科 虚拟现实系系统概述JJ ,航空计算技技术 20005.7胡小强.虚拟现实技技术M.北京：机械械工业出版社社，20055. 8黄明吉吉.虚拟数控技技术及应用M.北京京：化学工业业出版社，22005.9蒋庆全全.国外VR技技术发展综述述J飞飞航导弹，22002.20