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VR的使用领域

文章来源:网络收集整理 作者:佚名 发布时间:2011年05月13日 点击数: 字号:

  VR 技术问世以来,为人机交互界面开辟了广阔的天地,带来了巨大的社会、经济效益。在当今世界上,许多发达国家都在大力研究、开发和应用这一技术,积极探索其在各领域中的应用。统计结果表明:VR技术目前在军事、航空、医学、机器人、娱乐业的应用占主流地位;其次是教育、艺术和商业方面;另外, 在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重,并且现在的应用也越来越广泛。以下是VRML技术体现最为重要的方面。
1.商业应用
    商业上,VRML技术常常被用于产品的展示与推销。随着VRML技术的发展与普及,该技术在最近几年在商业应用中越来越多,主要表现在商品的展示中。采用VR技术来进行展示,全方位的对商品进行展览展示商品的多种功能,另外还能模拟商品工作时的情景,包括声音、图像等效果,比单纯使用文字或图片宣传更有吸引力。并且这种展示可用于Internet之中,可实现网络上的三维互动,为电子商务服务,同时顾客在选购商品时可根据自己的意愿自由组合,并实时看到它的效果。在国内已有多家房地产公司采用VRML技术进行小区、样板房、装饰展示等,并已取得非常好的效果。
2.建筑设计与规划
    在城市规划、工程建筑设计领域,VRML技术被作为辅助开发工具。由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高,在城市规划中,VRML系统正发挥着巨大的作用。
    例如许多城市都有自己的近期、中期和远景规划。在规划中需要考虑各个建筑同周围环境是否和谐与统一,新建筑是否同周围的原有建筑协调,以免造成建筑物建成后,才发现它破坏了城市原有的风格和合理的布局。因而,对全新的可视化技术的需求是最为迫切的需求之一。由于规划决策者、科学设计者、城市建设管理者以及公众在城市规划中扮演不同的角色,而有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。
    由于VRML打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍,VRML技术为这种合作提供了理想的桥梁,运用VRML技术能够使政府规划部门、项目开发人员、工程人员及公众能通过同一个仿真环境进行交流,能更好的理解设计方的思路和其他方的意见,能更好的找到问题,使得各部门达成共识并解决一些设计中存在的缺陷,提高方案设计和修正的效率。
    采用VRML系统,不仅可以让建筑师看到甚至可以“摸”到自己的设计成果,还能简化设计流程,缩短设计时间,而且可以随时修改。如改变建筑高度,改变外立面的材质、颜色、改变绿化密度等,只要修改系统中的参数即可,而不需要像三维动画那样,每做一次修改都要对场景进行一次渲染。它支持多方案比较,不同的方案、不同的规划设计意图通过VRML技术实时地反映出来,用户可以做出很全面的对比。另外VRML系统可以快捷、方便的随着方案的变化而进行调整,辅助用户做出决定,从而大大加快了方案的速度和质量,也节省了大量的资金,这是传统手段如沙盘、效果图、平面图等所不能达到的。
   VRML系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击,获得身临其境的体验,还可以通过其数据接口与GIS信息相结合,即所谓的 VR-GIS,从而可以在实时的虚拟世界中随时获取项目的数据资料,简化大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等环节。 此外, VRML系统还可以与网络信息相结合,实现三维空间的远程操作。
    同时,VRML  在重大工程项目论证中应用较多。一些大型的公共建筑工程项目或比较重要的建筑,如车站、机场、电视塔、桥梁、港口、大坝、核电站等,建成后往往会对某一些地区的景观、环境等有较大的影响。由于这些项目的建设成本高,社会影响大,其安全性、经济性和功能合理性就显得非常重要。
    目前,对重大建设项目的综合评价是靠高度抽象的模型,建立在相像和先前经验的基础上的,其结果经常出现很大偏差,而这种偏差造成的缺陷几乎是无法弥补的,所以在很多项目(如三峡水库、奥运会工程等)的工程前期都必须采用VRML技术进行技术成果的演示和论证,从而可以演示出设计方案与实际结果之间的关系,发现设计中潜在的缺陷和问题,试探解决问题的不同方法,使整个设计更加完善。
    对于公众关心的大型项目,在项目方案设计过程中,VRML 系统是一个极好的展示工具,在方案设计前期,将方案导出制作成多媒体演示作品,让公众参与讨论。当项目方案确定后,还可以通过输出制作VCD等多媒体宣传材料,进一步提高项目的宣传展示效果。
    浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑世界实时漫游系统。该系统采用层面迭加的绘制技术和预消隐技术,实现了立体视觉,同时还提供了方便的交互工具,使整个系统的实时性和画面的真实感都达到了较高的水平。
    广州视维科技公司开发的视维建筑规划仿真信息系统,针对建筑规划领域的特点,采用实时视角导航编辑、动态加载渲染等先进技术。它内含三维效果的指北针、风玫瑰以及专业信息处理体系,完美的实现各项指标统计功能,将完美表现效果和真实的规划数据和谐的统一,是用于建筑领越总规、控规及详细规划的设计。
3.医学领域的应用
    在医学领域,VRML技术和

现代医学的飞速发展以及两者之间的融合使得VRML技术已经开始对生物医学领越产生重大影响。目前正处于应用 VRML的初级阶段,其应用范围主要涉及建立合成药物的分子结构模型、各种医学模拟以及进行解剖和外科手术等。在此领越,VRML应用大致上有两类:一类是虚拟人体的VRML系统,也就是数字化人体,这样的人体模型是医生更容易了解人体的构造和功能;另一类是虚拟手术的VRML系统,可用于指导手术的进行。
    虚拟人体的VRML系统在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。它主要用于教学科研,在基于VRML技术的解剖是环境中,学生和教师可以直接与三维模型交互,借助于空间位置跟踪定位设备、HMD数据手套等虚拟的探索工具,可以达到常规方法(用真实标本)不可能达到的效果,学生更容易了解人体内部各器官的结构,这比现有的采用教科书的方式要有效的多。如虚拟模型的连接合拆分、透明度或大小的变化、产生任意的横切面视图、测量大小和距离(用虚拟尺)、结构的标记和标识、绘制线条和对象(用空间绘图工具)等。在其它医学教学中利用可视人体数据集的全部或部分数据,经过三维可视化为学生展现人体器官和组织。
    不仅如此,还可以进行功能式的演示,例如心脏的电生理学的多媒体教学,它基于可视人体数据集的解剖模型,通过电激励传播仿真的方法,计算出不同的时间和空间物理场的分布,并采用动画的形式进行可视化,用户可以与模型交互,观看不同的变化效果。
    另外,在远程医疗中,VRML技术也很有潜力。对于危急病人,还可以实施远程手术。医生对病人模型进行手术,他的动作通过卫星传送给远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回至医生的头盔是显示器,通过增强式VRML系统将其和虚拟病人模型进行叠加,可为医生提供更多的有用信息。
    综上所述,VRML技术对于复杂手术的计划安排、手术过程的信息指导、手术后果预测、改善残疾人的生活状况及新型药物的研制等方面,都有十分重要的意义。把VRML技术应用于医学领越的典型例子有如下几个。
    美国北卡罗来纳大学(UNC)是进行VRML研究最早最著名大学之一。目前,他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。他们从1970年就开始研究分子建模,并已用于药物等方面研究。在显示技术上,UNC开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统。
    美国Loma Linda大学医学中心是一所经常从事高难度医学研究的单位。该单位的DAVID Warner博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VRML设备用于探讨与神经疾病相关的问题上。他们以数据手套为工具,将手的运动实时地在计算机上用图形表示出来。他们还成功地将VRML 技术应用与受虐待儿童的心理康复之中,并首创了虚拟现实儿科治疗法。
    美国在关于“数字虚拟化人体”研究项目也是先行者,早在20世纪80年代中后期就投入巨资开始“虚拟美国人”计划的研究,并于1994年和1996年相继推出一男一女两个虚拟人。
    在我国,在863计划支持上,于2001年11年由中科院计算所、首都医科大学、华中科技大学和第一军医大学等4家协作攻关,共同承担中国数字化虚拟人体中的“数字虚拟化人体若干关键技术”和“数字化虚拟中国人的数据结构于海亮数据库系统”项目,在2003年3月,研究小组初步完成了具有中国人生理特性的女虚拟人的三维重建。
4. 工业方面
     随着VRML技术的发展,其应用已进入民用市场。在工业设计中,虚拟样机就是利用VRML技术和科学计算可视化技术,根据产品的计算机辅助设计(CAD)模型和数据以及计算机辅助工程(CAE)仿真和分析的结果,所生成的一种具有沉浸感和真实感并可进行直观交互的产品样机。用虚拟样机技术取代传统的样机,可以大大节约新产品开发的周期和费用,可以很容易的发现许多以前难以发现的设计问题,明显的改善开发团体成员之间的交流方式。波音公司对777系列飞机的设计,沃尔沃公司对新型汽车内部的仪表和控制部件的布置,Caterpillar公司的挖土机驾驶员对铲斗动作的可见性的改进等,都是这种新技术成功应用的典范。
    虚拟制造技术在20世纪80年代提出来,在20世纪90年代随着计算机技术的迅速发展得到人们的极大的重视而获得迅速发展,虚拟制造采用计算机仿真和VRML技术使分布环境中的群组协同工作,支持企业实现产品的异地设计、制造和装配,它是CAD/CAM等技术的高级应用阶段。利用VRML技术、触觉和听觉都与实际环境接近。人们在这样环境之中进行产品的开发,可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力,能相互协作发挥集体智慧,大大提高产品开发的质量并缩短开发周期。
    汽车工业是最早采用VRML 技术的领越。一般情况下开发或设计一辆新式汽车,从初始设想到汽车出厂大约需要两年或更长的时间。因为当图纸设计好后,要用黏土做模型,还需要许多后续的工序去研究基本外形,检验空气动力学性能,调整乘客的人机工程学特性等。而采用VRML技术就可以大大的缩短这一周期,因为采用VRML技术设计与制造

汽车不需要建造实体模型。它可以简化很多工序,可根据CAD/CAM程序所收集的有关汽车设计的数据进行仿真。
    在汽车工业中所用的VRML系统中,技术人员可以在仿真过程中尝试装配汽车零部件,因而在花费时间和金钱去制造实际的零件之前,就可以将各个零部件虚拟的装配在一起。VRML 技术还允许公司的主管人员、技术人员等对汽车的外形等作出评价,研究各个零部件如何装配以及审核最终产品,这一切都无需建造各零部件或整车的模型。
    德国的三大汽车公司都设有虚拟现实产品开发中心,以建立了面向汽车虚拟设计、虚拟装配、维护和维修的VRML系统。
    美国伊利诺斯州立大学在研究人员研制车辆设计中,采用支持远程协作的分布式VRML系统,不同国家、不同地区的工程师们可以通过计算机网络实时协作进行设计。在设计车辆的过程中,各种部件都可以共享一个虚拟世界,并且可以查看对方任何一个位置的图像,通过视频传递来定位。在系统中采用了虚拟快速成型技术,从而减少了设计图像和新产品进入市场的时间,这样,产品在生产之前就可以估算和测试,大大的提高了产品质量。
    日本东京大学的高级科学研究中心将他们的研究重点放在远程控制方面,基于此开发的系统可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的机械人手臂。
5.影视娱乐界的应用
    娱乐上的应用是VRML技术应用最广阔的领域,从早期的立体电影到现代高级的沉浸式游戏,都是VRML 技术应用较多的领域。丰富的感知能力与三维显示世界使得VRML技术成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VRML的真实感要求不太高,所以近几年来VRML技术在该方面发展较为迅猛。
    作为传输显示信息的媒体,VRML技术在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VRML所具有的临时参与感与交互能力可以将静态的艺术(油画、雕刻等)转化为动态的,可以是观赏者更好的欣赏作者的思想艺术。如虚拟博物馆,还可以利用网络或光盘等其他载体实现远程访问。
    另外,VRML提高了艺术表现能力,如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器,人们即使远在外地,也可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会。
    浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了虚拟乒乓球和轻松保龄球艺健身器等项目,并与国家体育总局合作进行体育训练仿真,开发了大型团队操演练仿真系统、帆板帆船仿真系统等项目。文化遗产的数字化是VRML技术的一个应用方向,对文化遗产的保护与复原有重大的意义。在此方面典型的工作有:美国斯坦福大学、华盛顿大学和Cyberware公司合作完成的“数字化米开朗基罗计划”,该计划使用三位扫描仪记录了10座米开朗基罗塑造的大型雕塑;北京大学与故宫文化遗产数字化应用研究合作对故宫进行数字化;浙江大学与敦煌研究所合作进行了敦煌数字化;中德合作创建敦煌信息网站,利用VRML和Quicktime VR等技术实现漫游敦煌洞窟等。

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