虚拟仿真 虚拟仿真-简介,虚拟仿真-原理

虚拟仿真(Virtual Reality)意同:虚拟现实。简称VR或称灵境技术。

虚拟仿真_虚拟仿真 -简介

虚拟仿真,也称虚拟实境或灵境,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种



虚拟仿真感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比,其主要特征是:操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸/临场感和实时

交互性是虚拟现实的实质性特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。自从虚拟现实技术诞生以来,它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社会效益,与网络、多媒体并称为21世纪最具应用前景的三大技术。

虚拟仿真_虚拟仿真 -原理

虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界(VirtualWorld)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成,可以是现实世界的再现,亦可以是构想中的世界,用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备,提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化,产生沉浸感。VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。

虚拟仿真_虚拟仿真 -含义

虚拟与现实两词具有相互矛盾的含义,把这两个词放在一起,似乎没有意义,但是科学技术的发展却赋予了它新的含义。虚拟现实的明确定义不太好说,按最早提出虚拟现实概念的学者J.Laniar的说法,虚拟现实,又称假想现实,意味着“用电子计算机合成的人工世界”。从此可以清楚地看到,这个领域与计算机有着不可分离的密切关系,信息科学是合成虚拟现实的基本前提。生成虚拟现实需要解决以下三个主要问题:
①以假乱真的存在技术。即,怎样合成对观察者的感官器官来说与实际存在相一致的输入信息,也就是如何可以产生与现实环境一样的视觉,触觉,嗅觉等。
②相互作用。观察者怎样积极和能动地操作虚拟现实,以实现不同的视点景象和更高层次的感觉信息。实际上也就是怎么可以看得更像,听得更真等等。
③自律性现实。感觉者如何在不意识到自己动作、行为的条件下得到栩栩如生的现实感。在这里,观察者、传感器、计算机仿真系统与显示系统构成了一个相互作用的闭环流程。
今天,虚拟现实已经发展成一门涉及计算机图形学、精密传感机构、人机接口及实时图像处理等领域的综合性学科。虚拟现实技术分虚拟实景(境)技术(如虚拟游览故宫博物馆)与虚拟虚景(境)技术(如虚拟现实环境生成、虚拟设计的波音777飞机等)两大类。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛,几乎到了无所不包、无孔不入的地步,在虚拟现实技术战场环境,虚拟现实作战指挥模拟,飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练,飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造(含系统的虚拟设计),虚拟现实建筑物的展示与参观,虚拟现实手术培训,虚拟现实游戏,虚拟现实影视艺术等等方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和技术驱动。权威人士断言,虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代表。它的发展,不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式,劳和逸将真正结合起来,人们在享受环境中工作,在工作过程中得到享受;而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合,将诞生人类的第九艺术。随着计算机技术的发展,在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。所以,虚拟现实技术系统的运行趋势为单机桌面和互联网两种主要方式,因此,它对计算机硬件技术和网络技术的发展和应用也有很大的刺激作用。
在喧闹都市的办公室中忙碌了一天的人们,多么希望自己能一步跨入一个热带天堂。幻想一片一望无边的海滩,挽起裤腿站在水边,任凭海浪轻抚脚面,椰林随风清唱,海鸥自由翱翔,太阳在天际徐徐落下,余晖把海面染红。这种想象能使许多人忘却疲劳,他们在心中创造了一个使自己心旷神怡的幻境。但是如果那景象三维立体、细致入微,如果你能看到自己用手拾起一片贝壳,这个幻境就会变得活灵活现,你就会认为自己实际已去过了那个海岛。基于虚拟现实技术的“休息机”可以为人们提供这种跨越空间的手段。

虚拟仿真_虚拟仿真 -行业概况

供求关系是一个虚拟仿真行业能否快速发展的前提。目前来看,市场需求是很大的,而供应方面却略显不足,尤其是拥有核心知识产权,专利产品及服务质量过硬的企业并不多,行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段,行业需求巨大,发展前景好,这是毋庸置疑的。业内企业共同努力,尤其需要发挥尽善尽美的研发精神,进一步提高研发技艺,降低成本,真正解决客户的实际困难,严把质量关,提供最可靠的产品及服务。

虚拟仿真_虚拟仿真 -虚拟仿真技术的特点

虚拟仿真技术具有以下四个基本特性:

1.沉浸性(Immersion)

虚拟仿真系统中,使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知,从而获得身临其境的感受。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。

2.交互性(Interaction)

虚拟仿真系统中,不仅环境能够作用于人,人也可以对环境进行控制,而且人是以近乎自然的行为(自身的语言、肢体的动作等)进行控制的,虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如,当飞行员按动导弹发射按钮时,会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标;当导弹碰到目标时会发生爆炸,能够看到爆炸的碎片和火光。

3.虚幻性(Imagination)

即系统中的环境是虚幻的,是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境,也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境,还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。

虚拟仿真 虚拟仿真-简介,虚拟仿真-原理

4.逼真性(reality)

虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面:一方面,虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像,一切感觉都是那么逼真,如同在真实世界一样;另一方面,当人以自然的行为作用于虚拟环境时,环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力,该物体的运动就会符合力学定律,会沿着力的方向产生相应的加速度;当它遇到障碍物时,会被阻挡。

虚拟仿真_虚拟仿真 -虚拟仿真技术的应用

数字城市


虚拟现实技术可以通过三维建模逼真地模拟现在和未来的城市,支持数据分析、方案论证和优化,支持地理信息系统等,通过这些详实的数据和相关资料可以是直观真实固化方案评估、审核以及管理等日常工作,更为重要的是它可以为多部门参与和协同工作提供了有效的平台。

场馆仿真


利用虚拟现实技术,通过计算机将在建或已建的场馆虚拟出来,达到一个触手可及的真实三维环境,以提前展示场馆面貌,供市民浏览,从而对场馆的规划设计进行现场评估。通过市民虚拟游览后的反馈意见,及时发现并解决场馆存在的问题。

地产漫游


地产漫游是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销方式。通过虚拟现实技术可以让购房者看到直观的样板房形象,让购房者在电脑上亲眼看到几年后才建成的小区,游观赏到优美的小区环境设计,甚至能够在电脑上选户型,从而帮助地产开发商在逆境中求生存,顺境中谋发展。

室内设计

虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想,把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境,使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界,大大提高了设计和规划的质量与效率。

旅游教学

旅游和导游专业教学过程中存在实习资源匮乏而实地参观成本又高的难题。虚拟现实技术可以按照旅游专业的教学要求和实施特点,开发出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划的功能和模块,让师生足不出户,就能在三维立体的虚拟环境中遍览遥在万里之外的风光美景。形象逼真,细致生动。从而,通过情景化的学习界面、人机交互式的模拟旅游体验,改善教学环境、优化教学过程、增强教学效果。

文物古迹


虚拟现实技术可以将文物建筑、文物景点、文物物品、古代人像及行为、古代自然现象及天体现象等进行虚拟展示和虚拟复原,从而使文物脱离地域限制,实现资源共享,真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。

工业仿真


虚拟现实仿真平台,具有强大的物理实时计算功能,能够真实模拟场景重力、环境阻尼等环境特性,真实的模拟刚体动力学特性,提供了多种动力学交互手段,并能支持多种高速运算的碰撞替代体。为广大工业仿真需求用户轻而易举将此前许多只能停留于想法的优秀互动仿真创意方案完美的呈现于眼前,为国内广大工业仿真用户带来了仿真手段和技术实现水平的革命性进步。

汽车仿真


虚拟现实高画质渲染技术及汽车动力学仿真物理系统,将使汽车设计的数字化模型以更直观的方式在网络上展示出来,使世界各地的用户都可以更快捷得到丰富准确的汽车信息,实现人与计算机之间无缝连接。

道路桥梁


虚拟现实平台依靠其精美绝伦的三维视觉表现力,照片级的真实效果,使设计中的道路桥梁直观的呈现在人们面前,使得我们可以提前对其视觉效果和使用效率进行评估和预演,有效降低设计和施工风险,极大提高设计和施工效率。

油田矿井


在建立油田生产和管理流程优化应用模型的基础上,利用虚拟现实技术对数据实现可视化和多维表达,并且通过智能化分析模型,为企业的经营管理提供良好的信息支撑环境。

水利电力


虚拟现实平台可以与电力信息系统紧密结合,逼真再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器等一次设备的操作过程和设备运行状态,从而为电力行业提供可视化系统解决方案。

数字展馆


虚拟现实技术可以与科技馆的功能进行完美的结合,充分发挥虚拟科技馆的种种优势,传统的声、光、电展览已经很难吸引观众的兴趣,而利用虚拟现实技术把枯燥的数据变为鲜活的图形,使科技馆进入公众可参与交互式的新时代,引发观众浓厚的兴趣,从而达到科普的目的。

地质灾害


虚拟现实仿真平台可以实现水利工程仿真、地震应急救援仿真、地震应急推演仿真、地址灾害仿真,实现地质灾害虚拟环境功能与展示的完美结合,通过在虚拟的环境中进行预防地质灾害的模拟演练,达到提升防灾、避灾安全意识的目的。

应急预案


应急虚拟现实仿真演练系统通过对各类灾害数值模拟和人员行为数值模拟的仿真,在虚拟空间中仿真灾害发生、发展的过程,以及人们在灾害环境中可能做出的各种反应;并在演练平台上,在最大限度仿真实际灾害的条件下,开展应急演练。在此基础上,制定各类企事业单位的数字化应急预案。应急仿真演练系统可以用来训练各级决策与指挥人员、事故处置人员,发现应急处置过程中存在的问题,检验和评估应急预案的可操作性和实用性,提高应急能力。

网上展馆


虚拟现实网上三维交互功能可以将有形的实物产品三维化并且放在网上进行虚拟展示,还能嵌入相应音频和视频等多媒体元素,用户可以对虚拟场景中的物品进行实时的交互操作,例如开门、打开电视和播放音乐等等。相比目前网上主流的以图片、Flash、视频等展示方式来说,vrpie让用户有了浏览的自主感,可以以自己想看的角度去观察,还可以添加许多特效和互动操作,让用户体验身临其境上网冲浪的美妙感觉。

网上看房


虚拟现实网上三维交互功能可以虚拟房屋设计,展现独特的设计风格,使客户足不出户就可对房屋的全貌了如指掌,互动浏览,可以任意变换自己在房间中的位置,去观察设计的效果,了解房屋的精心布局。可以实现房屋三维户型图全景展示,使客户全面了解房屋内部结构,走进虚拟现实样板房。

网上产品


虚拟现实技术能够虚拟各类产品,以一种全新的方式演绎各类产品,使客户全方位全角度的了解最新产品。实现产品在互联网上的全新展示,让客户提前体验产品功能,更清楚的了解产品的特性及结构。将销售产品展示做成在线三维的形式,顾客通过对之进行观察和操作能够对产品有更加全面的认识了解,决定购买的几率必将大幅增加,为销售者带来更多的利润。展现出产品外形的方方面面,加上互动操作,演示产品的功能和使用操作,充分利用互联网高速迅捷的传播优势来推广公司的产品。

网上看车

随着虚拟现实技术的发展,对汽车的一种全新演绎方式产生。通过虚拟现实仿真平台可以实现网上看车及交互功能,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,及时、没有限制地观察三度空间内的汽车。

  

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