◆李 波

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計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)分析

◆李 波

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 河南451150）

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，是當(dāng)今社會(huì)進(jìn)步的重要組成部分。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)交互，還原最真實(shí)的視、聽、觸感。為了能夠更好地對(duì)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行研究，本文從虛擬技術(shù)概念入手，就其發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行分析，通過目前計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，最大化地挖掘虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的潛力和價(jià)值。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；計(jì)算機(jī)；醫(yī)學(xué)行業(yè)

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）簡(jiǎn)稱VR。顧名思義，就是利用高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和渲染，虛擬出與現(xiàn)實(shí)相同的空間技術(shù)，其手段就是對(duì)用戶的身體到心理等進(jìn)行多方面模擬與仿真，使其達(dá)到身臨其境的效果。該技術(shù)得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，借助虛擬軟件和硬件資源，在當(dāng)前社會(huì)取得發(fā)展優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

1 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)作為一種仿真技術(shù)，能夠虛擬出逼真的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，但這個(gè)環(huán)境不是真實(shí)存在。VR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，主要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建虛擬環(huán)境，模型建構(gòu)是虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)，可以增加真實(shí)感，往往視覺沖擊也是用戶的第一手體驗(yàn)。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)將真實(shí)環(huán)境轉(zhuǎn)化到計(jì)算機(jī)中，并創(chuàng)造出虛擬環(huán)境。在真實(shí)環(huán)境中，視聽觸感對(duì)人的身心有著重要影響，通過交互設(shè)備將虛物轉(zhuǎn)為實(shí)化，變成看得見摸得著的，獲得真實(shí)的體驗(yàn)。交互設(shè)備是虛擬和現(xiàn)實(shí)的橋梁，在空間、視聽觸覺上，通過交互設(shè)備，增強(qiáng)真實(shí)感，沉浸感，極大還原虛擬環(huán)境的真實(shí)度。

2 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

以計(jì)算機(jī)技術(shù)為平臺(tái)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前有著強(qiáng)大的資源和拓展空間。計(jì)算機(jī)行業(yè)的突破式進(jìn)步，強(qiáng)有力地推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，但就目前實(shí)際的發(fā)展現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展存在時(shí)間較短，應(yīng)用率較低，使用成本較高等問題，導(dǎo)致其仍處于發(fā)展的初級(jí)階段。例如，當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和分析，主要還是集中在硬件、互動(dòng)感知，軟件等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用還較為困難。例如，一般情況下，在建模與繪制過程中，都會(huì)在提高繪制的速度與建模質(zhì)量上找到平衡點(diǎn)，而這正是影響用戶感知的因素之一。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷進(jìn)步，但機(jī)遇與挑戰(zhàn)是并存的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多種先進(jìn)技術(shù)的融合與應(yīng)用，整體上較為先進(jìn)。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在社會(huì)中具有良好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和前景，服務(wù)于多種工作環(huán)境中，為人類的生產(chǎn)生活提供便利。

3 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲行業(yè)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是游戲行業(yè)發(fā)展的重要組成部分。例如，從電腦游戲的誕生，人們一直渴望游戲中的場(chǎng)景更加真實(shí)。但無論如何，電腦屏幕始終是阻隔真實(shí)場(chǎng)景的一道墻。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)影響游戲行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，仿真技術(shù)提高游戲的真實(shí)感，游戲開發(fā)商可以將精力投入到其他方向。第一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有強(qiáng)烈的代入感與真實(shí)性，調(diào)動(dòng)用戶多感知性，延展用戶的想象力，給予豐富的想象空間，打開腦洞，極大地增強(qiáng)用戶的趣味性。從真實(shí)場(chǎng)景到虛幻世界，都可以呈現(xiàn)在用戶面前，彌補(bǔ)傳統(tǒng)游戲在視聽觸方面的不足，給人身臨其境的游戲體驗(yàn)。第二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將用戶代入游戲設(shè)定的虛擬環(huán)境中，在高逼真的虛擬環(huán)境下，降低用戶在游戲中的不適感，用戶則完全融入對(duì)游戲中情境的感觸與認(rèn)知，從各個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行分析體會(huì)，增加游戲性。第三，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中借助交互設(shè)備，增加了用戶在游戲中對(duì)于物體的可操控程度，以及從游戲環(huán)境到反饋的自然程度。這就更增強(qiáng)了虛擬環(huán)境中的游戲性與真實(shí)性，當(dāng)用戶身處游戲環(huán)境中，用手去抓或腳去踢物品時(shí)，它帶來的觸感和操作感會(huì)使用戶全身心地融入其中，如同你的手腳一般靈活自如，通過你的操作改變一切?？傊?，給用戶很強(qiáng)的游戲性和真實(shí)感[1]。第四，隨著我國(guó)游戲事業(yè)的不斷發(fā)展，手游憑借手機(jī)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，呈現(xiàn)出很高的發(fā)展趨勢(shì)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲中的應(yīng)用，能夠?yàn)榭蛻舳擞螒蛞约笆钟螏硇碌臋C(jī)遇，促進(jìn)游戲行業(yè)的健康發(fā)展與進(jìn)步。

3.2 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用

在一般教學(xué)活動(dòng)中，教師僅依靠肢體、語(yǔ)言或文字展開教學(xué)。但實(shí)際上，在一些復(fù)雜的教學(xué)中，簡(jiǎn)單的表述往往無法使學(xué)生充分地理解消化。利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還讓教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)形象，便于學(xué)生的學(xué)習(xí)理解。例如，這一技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用，豐富了傳統(tǒng)的教育手段，使得教學(xué)更加生動(dòng)有趣，利用VR技術(shù)讓學(xué)生參與進(jìn)來，推進(jìn)式輔導(dǎo)教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的積極性和主動(dòng)性[2]。此外，虛擬技術(shù)突破了傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，可以合理分配教學(xué)資源，促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展。

3.3 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)行業(yè)中的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)行業(yè)中，醫(yī)生往往依靠傳統(tǒng)手段了解和治療患者的病痛。但傳統(tǒng)手段有著其局限性，并不能直觀了解患者的身體情況，從而增加治療的時(shí)間和難度。例如，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過借助感覺手套、跟蹤球、HMD等技術(shù)手段更加直觀的了解人體的內(nèi)部構(gòu)造，這樣臨床醫(yī)生在對(duì)患者的診斷和治療中，能夠更準(zhǔn)確了解患者的患病情況。除此之外，對(duì)實(shí)習(xí)外科醫(yī)生，可以真實(shí)模擬手術(shù)情境，積累手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于提升技術(shù)能力有著極大的作用。在真正的手術(shù)前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓醫(yī)生身歷其境，直觀感受患者的身體構(gòu)造，制定最完善手術(shù)預(yù)案和最佳治療方案，更加精準(zhǔn)定位病害位置，降低手術(shù)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)患者與家屬也可以更加直觀地了解病處，增強(qiáng)患者和家屬的治療信心，在促進(jìn)患者康復(fù)的同時(shí)降低醫(yī)患關(guān)系緊張帶來的影響，促進(jìn)醫(yī)學(xué)行業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展。

3.4 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事航空中的應(yīng)用

在軍事航空事業(yè)中，模擬練習(xí)一直是該事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的模擬訓(xùn)練對(duì)人力物力的消耗巨大，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在這一領(lǐng)域能為其發(fā)展提供良好的前景。例如，在單兵作戰(zhàn)中，可以模擬不同的作戰(zhàn)場(chǎng)景，產(chǎn)生沉浸式的作戰(zhàn)感受，使士兵身歷其境一般體驗(yàn)戰(zhàn)斗感，增強(qiáng)士兵的作戰(zhàn)意識(shí)和作戰(zhàn)能力，提高戰(zhàn)術(shù)水平和心理素質(zhì)。在軍事訓(xùn)練中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)建出真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，這樣參照人員可以通過交互設(shè)備進(jìn)行模擬演習(xí)，提高訓(xùn)練質(zhì)量和演習(xí)效果。此外，在航天航空中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也等到了較大的應(yīng)用，首先航空事業(yè)耗資較大，工作性質(zhì)具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬各種已知和未知環(huán)境，通過大量的模擬訓(xùn)練將事故的發(fā)生概率降到最低，這樣不僅降低科研成本，還能系統(tǒng)的訓(xùn)練及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以模擬太空環(huán)境，如零重力等，有效地幫助宇航員進(jìn)行訓(xùn)練，豐富訓(xùn)練的方法手段，提升訓(xùn)練的質(zhì)量和效率。

3.5 計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

工業(yè)作為我國(guó)的支柱型產(chǎn)業(yè)，在去產(chǎn)能時(shí)期，對(duì)工作人員的工業(yè)技能提出了更高要求，工業(yè)企業(yè)需要完成對(duì)工作人員的深度培訓(xùn)工作。但是從工業(yè)企業(yè)運(yùn)行的特殊性角度考慮，為了節(jié)約培訓(xùn)成本，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方法主要為理論講解模式，對(duì)于施工人員的培訓(xùn)效果較差。

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用中，以企業(yè)中各類生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，建成各類設(shè)備的展示程序，在人員培訓(xùn)中，根據(jù)各類設(shè)備的實(shí)際故障情況，做出相應(yīng)的故障表現(xiàn)，讓工作人員完成故障診斷工作，并通過手持設(shè)備模擬實(shí)際操作過程。例如發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)故障培訓(xùn)中，可以模擬內(nèi)容為出現(xiàn)低壓缸差脹過大故障，建成的軟件中可以展示發(fā)電機(jī)的震動(dòng)情況、發(fā)出的聲音情況以及系統(tǒng)以及軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)情況等，要求工作人員按照技術(shù)要求完成各項(xiàng)檢查工作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，本身具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)延展了人類對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)和感知空間能力，應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，如影視、旅游、科研等，潛力十分巨大。但受技術(shù)條件限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還存在一系列問題，相信隨著科技的不斷發(fā)展創(chuàng)新，必定會(huì)取得更多更好的成績(jī)，希望能夠借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。

[1]宗興寰.淺議計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(04):91-93.

[2]洪學(xué)銀.基于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通,2018(12):3.

鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)2018YB031。