1、 中原工学院信息商务 学院毕业设计（论文）译文专用纸 第 1 页 虚拟现实技术的发展过程及研究现状 虚拟现实技术是近年来发展最快的技术之一 ， 它与多媒体技术 、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。与其他高新技术一样 ， 客观需求是虚拟现实技术发展的动力。近年来 ， 在仿真建模、计算机设计、可视化计算、遥控机器人等领域 ， 提出了一个共同的需求 ， 即建立一个比现有计算机系统更为直观的输入输出系统 ， 成为能与各种船感器相联、更为友好的人机界面、人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的多维化信息环境。 VR 技术是人工智能 、 计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术、并行计算
2、技术等多种 技术的集成。它是一种有效的模拟人在自然环境中视听、动等行为的高级人机交互技术。 虚拟现实 (Virtual Reality )： 是一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术 ， 是综合计算机图形技术、多媒体技术、并行实时计算技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的 20 世纪 90 年代计算机领域的最新技术。 VR 以模拟方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界 ， 在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中 ， 使参与者可直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化 ； 仿佛置身于虚拟的 现实世界中 ， 产生沉浸感 (immersiv
3、e)、想象 (imaginative 和实现交互性 interactive) 。 VR 技术的每一步都是围绕这三个特征而前进的。这三个特征为沉浸特征、交互特征和构想特征。这三个重要特征用以区别相邻近的技术 ， 如多媒体技术、计算机可视化技术沉浸特征 ， 即在 VR 提供的虚拟世界中 ， 使用户能感觉到是真实的进入了一个客观世界 ； 交互特征 ， 要求用户能用人类熟悉的方式对虚拟环境中的实体进行观察和操纵 ； 构想特征 ： 即“从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识 ： 从而化概念和萌发新意” 。 中原工学院信息商务 学院毕业设计（论文）译文专用纸 第 2 页 1.VR 技术发展的三个阶
4、段 VR 技术的发展大致可分为三个阶段 ： 20 世纪 50 年代至 70 年代 VR 技术的准备阶段 ； 80 年代初 80 年代中期 ， 是 VR 技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段 ； 80 年代末至 90 年代初 ，是 VR 技术迅猛发展的阶段。 第一阶段 ： 50 70 年代 ， 为虚拟现实的探索阶段 1965 年由美国 Morton Heileg 开发了一个称 Sensorama 的摩托车仿真器 ， 不仅具有三维视频及立体声效果 ，还能产生风吹的感觉和街道气 1968 年 ， 美国计算机科学家 I1E1Sutherland在哈佛大学组织 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显
5、示器 HMD及头部位置跟踪系统 ， 成为 VR 技术发展史上的一个重要里程碑 ， 为虚拟现实的发展奠定了基础。 第二阶段 ： 80 年代初至 80 年代中期 ， 开始形成 VR 技术的基本概念 ， 开始由实验进入实用阶段 ， 其重要标志是 ： 1985 年在 Michael McGreevy 领导下完成VIEW 虚拟现实系统 ， 装备了数据手套和头部跟踪器 ,提供了手势、语言等交互手段 ,使 VIEW 成为名副其实的虚拟现实系统 ， 成为后来开发虚拟现实的体系结构其他如 VPL 公司开发了用于生成虚拟现实 RB2 软件和 Data Glove 数据手 套 ，为虚拟现实提供了开发工具。 第三阶段
6、 ： 80 年代末至 90 年代初 ， 为虚拟现实全面发展阶段虚拟现实技术已经从实验室的试验阶段走向了市场的实用阶段 ： 对虚拟现实技术的研究也从基本理论和系统构成的研究转向应用过程中所遇到的具体问题的探讨。在虚拟现实系统中只有各种交互设备还不够 ， 还必须提供基本的软件支撑环境 ， 用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进行高级交互。为了使 VR 技术得到广泛应用 ，很有必要分析虚拟现实系统软件支撑环境体系结构 ,例如 Dialogue 系统 ， 提出了 中原工学院信息商务 学院毕业设计（论文）译文专用纸 第 3 页 一种通过基于事件驱动的中驱用户接口管理系统 (UMIS) ， 能进行多进程通
7、讯的软件体系结构 ， 解决了虚拟现实的动态灵活性问题 ， 推进了软件支撑环境的发展。为了满足虚拟现实对计算复杂性的几是无限的要求 ， 虚拟现实系统必须提供足够强的灵活性及可扩充性。要做到这一点 ， 可以从软件与硬件两方面来考虑 ， 在硬件体系结构方面 ， DIVISO 公司在 SuperVision 系统中提出了一种基本的并行模型 ， 开发了相关的并行处理器件和 DVS 操作系统 ， 使虚拟现实得以全面发展。 2.VR 技术在美国的研究开发 20 世纪 40 年代初 ， 作为虚拟现实前身的飞行仿真器在美国出现。 1966 年 ，美国 MIT 林肯实验室在海军科研办公室的资助下 ， 研制出了第一
8、个头盔式显示器 (HMD) ， 随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。 1970 年 ， 研制出了第一个功能较齐全的 HMD 系统。自 80 年代后期起 ， 美国 VPL 公司陆续研制出较实用的头盔式三维显示器、能提供六个自由度的数据手套、立体声耳机及相应的计算机软硬件系统。 80 年代初 ， 美国的 DARPA(Defensen Advanced Research Projects Agency) 为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚 SIMNET。SIMNET 系统中的每个独立的模拟器都能 单独模拟 M1 坦克的全部特性 ,包括导航、武器、传感和显示等性能 ,对坦克装置上的武器、传感
9、器和发动机等的模拟是在特定的作战环境下进行的。 DPRPA 计划进一步扩大仿真数据库 ,从目前的1000 个对象扩大 100000 个 (2000 年前完成。北大西洋公约组织 (NATO)计划把各个不同国家的兵力逐步“汇集入 SIMNET 而成为一个虚拟战场” ， 然后把空战仿真系统 AWSIMS -(Air Warfare Simulation System ) 和海战仿真 系统 ( NWSIMS - Naval Warfare Simulation System )与 SIMNET 相联。另外 ， 美 NASA 积极地将VR 技术应用于对航天运载器外的空间活动研究、空间站自由操纵研究和对哈勃
