虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣嗎,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景是很廣闊的。它可應(yīng)用于建模與仿真、科學(xué)計(jì)算可視化、設(shè)計(jì)與規(guī)劃、教育與訓(xùn)練、遙作與遙現(xiàn)、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)與娛樂(lè)等多個(gè)方面。下面我們分別討論幾個(gè)典型的應(yīng)用例子。
用于遙控機(jī)器人的遙現(xiàn)技術(shù)
遙現(xiàn)技術(shù)〖4〗是指當(dāng)實(shí)際上在某一個(gè)地方時(shí),可以產(chǎn)生在另一個(gè)地方的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)
涉及到體驗(yàn)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維虛擬環(huán)境,而遙現(xiàn)則涉及到體驗(yàn)一個(gè)遙遠(yuǎn)的真實(shí)環(huán)境。遙現(xiàn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要虛擬環(huán)境的指導(dǎo)。例如,在遙控宇宙空軍站的開(kāi)發(fā)計(jì)劃中,從安全性以及費(fèi)用的角度考慮,我們有必要使用空間機(jī)器人。這種空間機(jī)器人的特點(diǎn)是由地面上的操作員進(jìn)行遙操作,或進(jìn)行部分自主操作。對(duì)于像零件更換的固定操作可以完全自主進(jìn)行,而對(duì)于故障檢修等難以預(yù)測(cè)的操作則有必要依賴(lài)于遙操作。這時(shí),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和遙現(xiàn)技術(shù)將發(fā)揮重要的作用。為研究新一代空間機(jī)器人的遙操作技術(shù),日本開(kāi)發(fā)了宇宙開(kāi)發(fā)地面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有人-機(jī)交互、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及機(jī)器人系統(tǒng)所構(gòu)成?,F(xiàn)在,在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了零件更換等空間機(jī)器人的典型操作實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本功能。
仿真技術(shù)
虛擬環(huán)境是計(jì)算機(jī)生成的具有沉浸感的環(huán)境,它對(duì)參與者生成諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、
味覺(jué)等各種感官信息,給參與者一種身臨其境的感覺(jué)。因此,虛擬環(huán)境是一種新發(fā)展的、具有新含義的一種人機(jī)交互系統(tǒng)。
飛行仿真系統(tǒng)
飛行仿真系統(tǒng)由四部分組成,即飛行員的操縱艙系統(tǒng)顯示外部圖象的視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)感的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算和控制飛行運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是飛行仿真系統(tǒng)的中樞,用它來(lái)計(jì)算飛行的運(yùn)動(dòng)、控制儀表及指示燈、駕駛桿等信號(hào)。視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)密切相關(guān),其中,視覺(jué)系統(tǒng)向飛行員提供外界的視覺(jué)信息。該系統(tǒng)由產(chǎn)生視覺(jué)圖象的“圖象產(chǎn)生部”和將產(chǎn)生的信號(hào)提供給飛行員的“視覺(jué)顯示部”組成。在圖象產(chǎn)生部,隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)在使用稱(chēng)為CGI(Computer Generated Imagery)的視覺(jué)產(chǎn)生裝置。在CGI中利用紋理圖形駕駛可以產(chǎn)生云彩、海面的波浪等效果。另外,利用圖象映射駕駛可以從航空照片上將農(nóng)田以及城市分離出來(lái),并作為圖象數(shù)據(jù)加以利用。視覺(jué)顯示部向飛行員提供具有真實(shí)感的圖象,圖象的顯示有無(wú)限遠(yuǎn)顯示方式、廣角方式、半球方式以及立體眼鏡和頭盔式顯示器等四種方式。
作為飛行仿真系統(tǒng)的構(gòu)成部分,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)向飛行員提供一種身體感覺(jué),它使得駕駛艙整體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),根據(jù)自由度以及驅(qū)動(dòng)方式的不同,可以分為萬(wàn)向方式、共動(dòng)型吊掛方式、共動(dòng)型支撐方式以及共動(dòng)型六自由度方式等。利用該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),飛行員可以感覺(jué)到實(shí)際飛機(jī)一樣的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。
與虛擬生物對(duì)話
研究人員設(shè)計(jì)了一種與虛擬生物對(duì)話的仿真系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,虛擬世界中的虛擬生物和現(xiàn)實(shí)世界中的生物一樣,可以決定自己的行動(dòng),并且能夠動(dòng)態(tài)地應(yīng)付周?chē)那闆r。對(duì)于人的挑逗也能夠根據(jù)情況的不同作出各種復(fù)雜的反應(yīng),甚至能夠進(jìn)行對(duì)話。通過(guò)引進(jìn)虛擬生物,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主性、交互性及其自然的魅力。
作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)
各個(gè)國(guó)家在傳統(tǒng)上習(xí)慣于通過(guò)舉行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)來(lái)訓(xùn)練軍事人員和士兵,但是這種實(shí)戰(zhàn)演練,特別是大規(guī)模的軍事演習(xí),將耗費(fèi)大量資金和軍用物資,安全性差,而且還很難在實(shí)戰(zhàn)演習(xí)條件下改變狀態(tài),來(lái)反復(fù)進(jìn)行各種戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下的戰(zhàn)術(shù)和決策研究。近年來(lái),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,使得軍事演習(xí)在概念上和方法上有了一個(gè)新的飛躍,即通過(guò)建立虛擬戰(zhàn)場(chǎng)來(lái)檢驗(yàn)和評(píng)估武器系統(tǒng)的性能。例如一種虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,它能夠包括在地面行進(jìn)的坦克和裝甲車(chē),在空中飛行的直升機(jī)、殲擊機(jī)、導(dǎo)彈等多種武器平臺(tái),并分別屬于紅、蘭交戰(zhàn)雙方。圖(4)為一多機(jī)空仿真系統(tǒng),它除了多臺(tái)有人駕駛的飛機(jī)模擬器和“數(shù)字”飛機(jī)外,在網(wǎng)上還連著地面威脅環(huán)境、空中威脅環(huán)境、背景干擾環(huán)境等結(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)的主要研究目的是對(duì)飛機(jī)的飛行、火控、航空電子系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究,同時(shí)研究多機(jī)協(xié)同空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)。
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