虚拟现实(VR)关键技术概述

文章来源：作者：发布时间：2009年10月02日点击数：次字号：小大

虚拟现实开发平台

构建虚拟现实系统的目的是为了开发虚拟现实应用, 所以任何一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。这其中面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台是最主要的，它在虚拟现实应用开发过程中承担着三维图形场景驱动的建立和应用功能的二次开发，是虚拟现实应用开发的高层API，同时也是连接VR外设、建立数学模型和应用数据库的基础平台，没有它将无法开发出功能完善的虚拟现实应用程序。

因此，开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。

虚拟现实显示系统

虚拟三维投影显示系统是整个虚拟现实系统中最重要的3D/VR图形显示输出系统，其核心部分是立体版的高亮度投影机及相关组件，它将VR工作站生成的高分辨率3D/VR场景以大幅立体投影的方式显示出来，让要交互的三维虚拟世界高度逼真地浮现于参与者的眼前，从而为VR用户提供一个团体式参与，集体观看，具有高度临场感的投入型虚拟现实环境，并结合必要的虚拟外设(如数据手套、6自由度位置跟踪系统或其他交互设备)，参与者可从不同的角度和方位自由地进行交互、操纵，实现三维虚拟世界的实时交互和实时漫游。在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些所有的显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。

高度逼真的三维虚拟世界的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。非常适合于军事模拟训练、CAD/CAM（虚拟制造、虚拟装配）、建筑设计与城市规划、虚拟生物医学工程、科学可视化、教学演示等等诸多领域……

虚拟现实交互系统

6自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自由度虚拟交互系统，比如：力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等。

虚拟现实集成控制

一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分，比如: 多台投影机音响系统以及多路视频的输入和切换, 甚至是辅助的灯光和窗帘,这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备，这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖，彼此之间协同工作。然而，这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作，就需要进行管理，集成控制系统便是承担该项工作的载体，比如：通过智能识别技术实现非接触式互动控制及管理或当人走到相应区域系统相应触动；系统跟随人眼镜的视线方向进行相应切换；根据人手指的动作执行相应的运行步骤；音响系统输入输出的集中控制；多通道现实同步控制等等，有了集成管理控制系统，上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。

通常，一部分用户并不重视这个部分，而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的，一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统，并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来，如果没有集成控制系统这部分，往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。

在通常的集成控制系统中最典型的设备就是中央控制系统或矩阵系统（如图），这些设备功能强大、操作简单、使用便捷、管理方便，它是整个虚拟现实系统有效管理和运行的基本保障。