虚拟现实三维开发服务公共技术平台的建构

2012-03-19李玉刚李佳凝

网络安全技术与应用 2012年3期

李玉刚李佳凝

沈阳柏年信息技术发展有限公司辽宁 110004

0 引言

虚拟现实技术产生于 20世纪 60年代，虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)，这名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在1989年提出的，也称灵境技术或人工环境。这种技术是由计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在感知上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。由于虚拟现实技术开发较为专业化，对于一般用户而言有较大难度，因此，本文探讨如何构建虚拟现实三维开发服务公共技术平台，为一般用户提供方便快捷的开发平台。

1 虚拟现实三维开发服务公共技术平台建设的必要性

虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物，它的出现为人类认识世界开辟了一条新途径。虚拟现实的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。另外，虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个适人化的多维信息空间，为我们创建和体验虚拟世界提供了有利的支持。

由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在军事和航天领域的模拟和训练中起到了举足轻重的作用。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”；无一不是虚拟现实技术的应用。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。

2010年世博会法国馆构建了与其实体展馆对应的全3D虚拟展馆。虚拟现实技术将世博法国馆“感性城市”的主题在虚拟空间中展现无疑。全球亿万网民足不出户就可以身临其境地享受精彩的3D逼真体验，实时互动交流。参观者只需轻点鼠标就能在虚拟展馆中360度自由参观，欣赏奥赛博物馆的经典名画和馆中美丽的法式园林。国庆 60周年阅兵场面非常宏伟壮观，现场的控制准确无误，虚拟现实技术先是对整个阅兵的过程进行了模拟仿真，对可行性进行验证，确定各方阵的进行速度、方位、音乐及领导人讲话的各时间截点。同时还可以展示从不同视角观看的效果，比如说从天安门城楼的最高处，从人民大会堂楼顶上往天安门广场看是什么效果等，也就是说，通过虚拟现实技术就可以事先看到统管全局的彩排效果。

虚拟现实技术的应用必将成为一个重要的方向，在这样的背景下，作为国家的老工业基地的辽宁，对发展本地区的经济与科技发展起着重要的作用，但是目前辽宁在虚拟现实技术发展还是比较落后，在沈阳和大连都有从事虚拟现实制作的公司。但是大部分都应用国外的开发平台，还有小部分采用自己的一些小的核心模块做底层的开发。开发成本很大，开发效率比较低下。需要一个价格低廉，应用广泛，开发效率高的平台。因此，虚拟现实三维动画开发公共服务平台建设将填补这一空白。特别是该平台的建设，一方面会提高国内虚拟软件开发的整体技术实力，另一方面能够汲取国外优秀软件的诸多优点，发展国人虚拟平台，提高中国在互联网虚拟的整体地位。

2 虚拟现实三维开发服务公共技术平台建设的可能性

目前关于虚拟现实开发平台的研究，已具有成熟、可靠的基础理论和技术基础，符合虚拟现实技术发展方向，硬件设计和选择符合技术现实，本文作者所在单位经过多年来在该领域的专门研究，取得了一批研究成果。

从 2006年开始，作者所在单位与辽宁省教育厅合作，进行辽宁省教育资源信息化资源库建设项目的研发工作，其中大部份内容都采用虚拟现实技术开发，并且在多个学校进行了应用，得到了广大师生的一致认可，取得了一定的成果，现任教育部副部长鲁昕给予了的高度评价。此外，还与沈阳体育学院合作建设体育旅游虚拟实验室项目，采用三通道立投影技术结合虚拟现实技术，经过将近一年时间的时间建设完成。本实验室处于国内同类型系统的领先地位，所以在虚拟现实技术的实现上有较为深厚的研究基础，该项目研究在技术上是可行的。

本平台建设的资金筹集本着多方投入的原则，申请沈阳市科技基金投入与申请单位自筹相结合，其中自筹资金部分已经落实，本课题研究工作已经全面展开。从资金来源分布上，资金筹集方案合理、可行，能够保障该课题的顺利研制。本平台建设的组织管理，成立专门的建设研发项目组，项目经理负责制，由项目经理长对项目全面负责，组成由公司高层领导、高级工程师、专业技术人员参加的科研队伍，将项目的各部分工作分解并落实到人，在组织管理上和课题研究的运行机制上保证项目研制计划的按时完成，本平台建设高效的组织管理能保障该项目的顺利完成。

3 虚拟现实三维开发服务公共技术平台拟解决的关键技术

为解决动作的制作工作量大，解决专业模型虚拟现实制作困难的技术难题。改变我国虚拟现实制作周期长等问题，本项目采用2D/3D高效图形处理技术、VRP技术的嵌入、客户端技术、分布式计算技术、数据库技术、动态内核机制技术、网络数据加密等技术将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，并通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。

虚拟现实三维动画开发公共服务平台，具体包括：(1)虚拟现实三维动画建模系统；(2)虚拟现实三维动画WEB应用系统；(3)虚拟现实三维动画模型的导入导出系统；(4)虚拟现实三维动画模型高精度物理碰撞模拟系统；(5)虚拟现实三维动画编辑器；(6)虚拟现实三维动画文件发布系统。

从具体的技术实现上来讲，以下技术需要进一步加以研究解决：

(1) 动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术(有规则的环境)，而更多的情况则需采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

(2) 实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，而这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒。在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。

(3) 应用系统开发工具

VR应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造性。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度，提高产品质量。为了达到这一目的，必须研究VR的开发工具。例如，VR系统开发平台、分布式VR技术等。

(4) 系统集成技术

由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等等。

(5) 基于WEB的虚拟现实应用

具有独特的压缩技术、真实的画面表现、丰富的互动功能，三维网页无需下载，只需输入网址，即可直接在互联网上浏览三维互动内容。