计算机技术在虚拟现实技术中的应用

江丽丽

（江苏安全技术职业学院徐州221011）

计算机技术在虚拟现实技术中的应用

江丽丽

（江苏安全技术职业学院徐州221011）

早期的计算机只能处理数和字，现在多媒体计算机能够综合处理声、文、图信息，使多种信息建立逻辑连接集成为一个系统，并具有交互性。虚拟现实技术是目前在计算机领域中一项发展最快的多学科综合技术，已经被广泛地应用于许多领域。本文综述了虚拟现实技术的概念及原理。

虚拟现实 概念 原理

一、虚拟现实技术的现状

2016年被誉为是V R行业真正的元年，VR（虚拟现实）即虚拟现实，是利用仿真技术和计算机图形学，人机界面技术，多媒体技术，传感器技术，网络技术等产品，是一个集计算机最新传感器技术创造的人机交互的新手段。VR眼镜是一个跨时代的产品，不仅为每个爱好者带来惊喜和快乐的体验，更因为对它诞生与前景的未知而深深着迷。虚拟现实具有广泛的应用，重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。

在计算机科学中，虚拟化是通过组合或分割现有计算机资源（CPU，存储器，磁盘空间等）来呈现作为一个或多个操作环境呈现的资源，从而提供比原始资源配置更好的性能的技术。虚拟化是将物理资源转化为逻辑上可管理的资源，以破物理结构之间的障碍。未来，所有资源都是透明的，虚拟世界运行在各种物理平台上，资源管理将以逻辑方式进行，充分实现资源的自动分配，虚拟化技术是实现它的理想工具。虚拟化环境需要协调多种技术：服务器和操作系统虚拟化，存储虚拟化，以及系统管理，资源管理和软件提交，与非拟化环境一致的应用程序环境。由于虚拟化，企业不再需要耗资巨大建立数据中心，就以进行异地备份，这对用户非常有吸引力。

二、实现虚拟现实的技术手段

虚拟化的终极体验是真实感，所谓真实感绘制是指计算机再现现实世界的场景过程。真实感绘制的主要任务是模拟真实对象的物理属性，即物体的形状，光学属性，表面纹理和粗糙度以及物体之间的相对位置，遮挡关系。所谓实时绘制是指当用户观点改变时，他看到场景需要更新，保证图形显示更新速度必须跟上观察速度，否则会出现滞后现象。一般来说，消除滞后现象，计算机必须每秒产生10-20帧的图像。传统的现实渲染算法追求图形的高质量和真实性，而不是严格要求每帧的渲染速度。在虚拟现实系统中，实时3D渲染需要实时图形生成，可用时间有限的计算技术来实现。但在目前的计算机图形级别上，只要有足够的时间来计算，就可以生成准确的像照片般的计算机图像。但是，虚拟现实系统所需的实时图形，由于时间限制，我们必须减少虚拟环境的几何复杂性和图像质量，使用其他技术如纹理映射，环境映射，抗锯齿以提高虚拟环境的保真度。下面来简单叙述上述几种方法：

1、纹理映射是将纹理图像帖子简单物体的几何表面，以近似描述物体表面的纹理细节，加强真实性。贴上图像实际上是个映射过程。纹理映射是一种简单、有效改善真实性的措施。它以有限的计算量，大大改善显示逼真性。实质上，它用二维的平面图像代替三维模型的局部。

2、环境映照，具体来讲，一个点的环境映照可通过取这个点为视点，将周围场景的投影变形到一个中间面上来得到的，中间面可取球面、立方体、圆柱体等。这样，当通过此点沿任何方面视线方向观察场景时，环境映照都可以提供场景的完全、准确的视图。

3、反走样，就是在绘制过程中的一个走样问题，防止图形的失真。

关于真实感实时绘制技术，具体有以下几种技术：基于几何图形的实时绘制技术（3D剪切、可见消隐、细节层次模型），基于图像的实时绘制技术。基于图像的绘制技术（Image Based Rendering，IBR），完全摒弃了传统的先建模、后确定光源的绘制方法，它直接从一系列已知的图像中生成未知视角的图像。基于图像的绘制技术是基于一些预先生成的场景画面，对接近与视点或视线方向的画面进行交换、插值与变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。

三、三维虚拟声音的实现技术

在虚拟现实系统中，听觉信息仅次于视觉信息的第二传感信道，向人类听觉系统提供声音显示的听觉通道，而且还创建了一个虚拟世界，是重要的组成部分。为了提供现实主义，虚拟现实系统加入视觉平行于三维虚拟声音，可以增强虚拟世界以增强沉浸和交互性，而且还可以减少大脑的视觉依赖性，减少感觉视觉信息浸没。

三维虚拟声音与立体声音不同，立体声音有左右声道之分，听者感觉声音是来自与某一个平面，而三维虚拟声音，听者感觉到的声音是来自围绕听者双耳的一个球形中的任何地方，即声音可能出现在头的上方、后方或者前方。三维虚拟声音系统中最核心的技术是三维虚拟声音定位技术，他的主要特征有全向三维定位特性（3D steering）、三维实时跟踪特性（3D Real-Time Localization）、沉浸感与交互性。

三维虚拟声音技术系统中包含语音识别技术和语音合成技术。语音识别（ASR）是指将语音信号转换为由计算机程序识别的字符信息，从而识别语音指令和文本内容的技术。语音识别通常包括参数提取，参考模式建立，模式识别和其他过程。语音合成技术（Text to Speech，TTS）是指用人工的方法生成语音的技术，当计算机合成语音时，如何能做到听话人能理解其意图并感知其情感，一般的“语音”要求是可以理解的，清晰的，自然的，表达的。

四、总结

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。随着虚拟我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未客服的技术保障。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的集合作用问题。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底地克服了。

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The Application of Computer Technology in Virtual Reality(VR)Technology

Jiang Lili
（Jiangsu College of Safety Technology Xuzhou 221011）

Early computers can only deal with numbers and words，multimedia computers can now deal with sound，text，map information，a variety of information to establish a logical connection integrated into a system，and interactive. Virtual reality technology is one of the fastest growing multidisciplinary technologies in the computer field，and has been widely used in many fields.This paper reviews the concept and principle of virtual reality technology.

Virtual Reality(VR) Concept Principle

TP37

A

161031-7406

江丽丽（1981～）女，汉，江苏兴化人，专业带头人，讲师，主要研究方向：计算机应用。