虚拟现实技术的体系结构和关键技术

虚拟现实与增强现实技术导论虚拟现实的计算体系结构虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机生成的虚拟环境模拟现实世界或者创造一个全新的虚拟世界的技术。

虚拟现实技术的计算体系结构是指支持虚拟现实应用的硬件、软件及其相互之间的组织和关系。

虚拟现实技术的计算体系结构包括以下几个关键要素：1.输入设备：虚拟现实的输入设备通常包括头戴式显示器、追踪器、手柄等。

头戴式显示器可以通过分辨率高的屏幕和镜片进行像素展示和聚焦，使用户可以获得更真实的视觉体验。

追踪器可以追踪用户的头部和手部运动，实现对用户动作的反馈。

手柄可以提供更多的交互方式，以增强虚拟现实的沉浸感。

2.计算设备：虚拟现实技术对计算能力的要求很高，需要能够实时处理大量图形数据的计算设备。

目前常用的计算设备包括个人电脑、游戏主机、智能手机等。

这些设备通常需要具备强大的图形处理能力，并且能够实时生成和渲染虚拟环境中的图像。

3.虚拟环境建模和内容生成：虚拟现实应用需要构建一个真实或虚构的场景，以实现用户的沉浸式体验。

虚拟环境建模和内容生成是通过计算机图形学、物理建模、虚拟现实引擎等技术来实现的。

这些技术可以生成逼真的场景图像、人物模型和物体模型，并提供物理引擎来模拟真实世界的物理特性。

4.虚拟现实引擎：虚拟现实引擎是指一种软件平台，它可以提供基于计算机图形学的场景渲染、用户输入处理、物理模拟等功能，以支持虚拟现实应用的开发。

常见的虚拟现实引擎包括Unity、Unreal等。

虚拟现实引擎可以提供各种接口和工具，帮助开发者实现虚拟现实应用的各种功能，例如用户交互、虚拟物体的碰撞检测等。

5.输出设备：输出设备用于向用户提供虚拟现实体验的结果。

常见的输出设备包括头戴式显示器、扬声器、振动器等。

头戴式显示器用于向用户展示虚拟环境的图像，扬声器用于提供音频效果，振动器用于模拟触觉反馈。

总体来说，虚拟现实技术的计算体系结构由输入设备、计算设备、虚拟环境建模和内容生成、虚拟现实引擎以及输出设备等组成。

虚拟现实系统的体系及其关键技术
黄之初;谭穗宁
【期刊名称】《陕西建材》
【年(卷),期】2001(000)004
【摘要】论述了有关虚拟现实的基本概念及其与一些相关的概念的关系，虚拟现实体系结构的现状及我们的策略，分析了虚拟现实研究的关键技术。

【总页数】3页(P39-41)
【作者】黄之初;谭穗宁
【作者单位】武汉理工大学，武汉430070;武汉理工大学，武汉430070
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.虚拟现实系统的体系及其关键技术 [J], 黄之初;谭穗宁;闻剑
2.刍议综采工作面安全生产虚拟现实系统关键技术 [J], 王利辉
3.叉车操作训练环绕式虚拟现实系统关键技术研究 [J], 岑志波;丁高耀;林龙;周强
4.虚拟现实系统及其关键技术的研究进展 [J], 车敏;拓明福;柳泉
5.叉车操作训练环绕式虚拟现实系统关键技术研究 [J], 岑志波;丁高耀;林龙;周强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

●什么是虚拟现实技术?它具有那些特征?1)虚拟现实技术是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学及时而发展起来的计算机领域的新技术。

2)沉浸、交互和构想三大基本特征。

沉浸:指用户进入虚拟环境之后,由于他所接触到的一切都非常逼真,他相信这一切都“真实”存在,而且相信自己正处在所感受到的环境当中。

交互:指用户进入虚拟环境后,不仅可以通过各种先进的传感器获得逼真的感受,而且可以用自然的方式对虚拟环境中的物体进行操作。

构想:由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使用户产生更丰富的联想,是获得沉浸感的一个必要条件。

●虚拟现实技术的关键技术:1)动态环境建模技术2)立体显示和传感器技术3)系统开发工具应用技术4)实时三维图形生成技术5)系统集成技术●虚拟现实技术在安全中的主要应用1)对出现的危险情况进行模拟,现实中引发事故的原因多种多样,事故具有很强的不可预知性,利用VR技术可以事先模拟事件发生过程及可能造成的严重后果。

2)通过虚拟现实针对模拟的情况进行必要改进,可以对现场更多地了解,采用措施改进。

3)通过VR重现事故现场,分析事故原因,对已发生的事故进行现场模拟,再现事故现场,了解事故原因,杜绝同类事故发生。

4)用VR技术进行现场模拟进行安全教育,直观生动,效果好。

●什么是射频识别?基本FRID系统由那几部分组成,各有什么功能?射频识别又称电子标签,是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。

由FRID标签、FPID阅读器及应用支撑软件等几部分组成。

FRID标签:有芯片和天线组成,每个标签具有唯一的电子编码,标签附着在物体上识别目标对象。

FRID阅读器:主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接受标签的应答,对标签的对象标识相关进行解码,将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以共处理。

FRID应用支撑软件:除了标签和阅读器上运行的软件外,介于阅读器与应用之间的中间件是其中的一个重要组成部分,主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算,减少从阅读器传往企业应用的数据量。

毕业论文题目：虚拟现实引擎技术研究学生姓名：张玉伟学生学号：059080143系别：计算机与信息工程系专业：计算机科学与技术届别：2009届指导教师：杨星虚拟现实引擎技术研究 2目录前言 (3)1 概述 (4)1.1 虚拟现实技术的概述 (4)1.2 虚拟现实发展概况 (7)1.3 各国虚拟现实技术的研究及应用情况 (8)1.4 虚拟现实的技术的主要研究内容 (9)1.5 虚拟现实技术的意义 (9)2 虚拟现实引擎的结构及其关键技术 (9)2.1 虚拟现实系统的组成 (9)2.2 虚拟现实技术中引擎的构成 (11)2.3 虚拟现实引擎中的几个关键技术 (11)3 常用的可见性裁减算法 (16)3.1 遮挡裁减算法的分类 (16)3.2 物体空间的遮挡裁减算法 (17)3.3 图像空间的遮挡裁减算法 (21)4 可见性裁减的改进算法 (24)4.1 组织场景 (24)4.2 划分视点单元 (24)4.3 计算视点单元的可见性保守集PVS (26)4.4 改进遮挡算法的评价 (29)5 总结与展望 (29)5.1 总结 (29)5.2 展望 (30)致谢 (30)参考文献 (31)淮南师范学院2009届本科毕业论文 3虚拟现实引擎技术研究学生：张玉伟指导老师：杨星淮南师范学院计算机与信息工程系摘要：虚拟现实技术又称灵境技术，它是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。

本文首先对虚拟现实（Virtual Reality）技术进行了概括性介绍，阐述了虚拟现实技术的基本概念、特征、发展、应用领域以及国内外的研究现状。

虚拟现实中的引擎是虚拟现实技术的核心之一，文中阐述了虚拟现实引擎的体系结构，及其相关的技术，如碰撞检测、可见性裁减、LOD 技术和光照模型。

本文对虚拟现实引擎的关键技术之一——可见性裁减问题做了研究，并提出了一种改进的遮挡裁减算法，此改进算法是将Durand 提出的扩展投影作为保守可见性预处理的算法与Greene 等人提出层次遮挡图和层次深度图的算法相结合，将遮挡板的扩展投影生成层次遮挡图来判断被遮挡物是否可见，同时保持了扩展算法的基本特性。

REGION INFO 数字地方摘要：虚拟现实技术又名VR 技术，最初出现在美国，历经多年发展演变成一种全新的计算机自动控制技术，该技术主要功能是对环境进行仿真，然后实现人机交互。

简而言之，虚拟现实技术是利用计算机软件技术来模拟现实环境，联合感知系统、三维技术、传感设备与计算机自动化技能促进多源信息的有机融合，建立交互式三维实景与仿真式实体系统，使用户能够体验环境，进行人机交互。

论文将举例虚拟现实技术在数字媒体交互方式改善中的成功应用，希望能为数字媒体艺术创作提供参考与借鉴。

关键词：虚拟现实技术；数字媒体交互方式；改善；成功应用一、虚拟现实技术的基本定义虚拟现实技术的英文名Virtual Reality被正式提出于1989年，在这一年，美国VPL公司的创始人之一Jaron Lanier首此提出Virtual Reality，即虚拟现实技术，简称VR技术。

此后，人们会在电视、报纸、电影和网络上日趋频繁地接触VR技术这个专业术语。

该技术也被应用于各个领域。

从基本定义来看，VR技术有广义和狭义之分。

狭义视角下的VR技术是多功能化传感式交互技术、计算机三维图形自动生成和高分辨率快速显示技术的有机组合。

从结构层次来看，虚拟现实技术系统主要分为三层：第一层，输入输出设备层，该层次重要辅助设备包括显示器、数字数套、头部跟踪系统设备和立体耳机。

第二层，虚拟化环境与软件系统，该层次能够具体描述虚拟环境结构及其动态特征与交互规则。

第三层，计算机系统与外部设备，主要设备包括图形设备与声音合成设备。

从总体系统来看，当代VR系统属于人造世界中的计算机系统，基于VR技术下，人们可以创设人造世界，并进行体验，感受人造世界漫游，操纵内部物体[1]。

广义视角下的VR技术主要是运用计算机技术来创建三维环境，对真实且具有多重感官的三维虚拟世界以及想象中的世界进行模拟，实现三维可视化。

此定义中的VR技术不仅属于人机交互接口技术，而且是一种虚拟世界模拟技术。

虚拟现实简答题答案1、虚拟现实基本概念、基本类型及三个重要特点是什么？虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

由计算机系统产生的，相对于实环境的，并有人的操作和参与而形成的一种虚构的、视觉上的、听觉上的、感觉上、嗅觉上的存在，是一种物理意义上的人机交互和抽象组合。

虚拟现实系统的四大类：桌面虚拟现实系统、临境虚拟现实系统、增强型的虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统三个基本特征：临境(immerion)；交互性(interactivity)；想象(imagination)。

沉浸感(Iimmerion)是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。

理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度，甚至超越真实，如实现比现实更逼真的照明和音响效果等。

交互性(Iinteraction)是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。

想象(Imagination)是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。

2、简述虚拟现实系统的关键技术、主要建模方法关键技术：虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术（以及触觉/力觉反馈）、立体声及语音输入输出技术、虚拟环境建模技术等。

1.三维真实感图象的实时生成（VR系统要对参与者的行为反应灵敏，并保持内部的一致性和连贯性，保证显示图象的“更新率”能满足目标的要求）2.大视野立体显示技术（通过配戴头盔给人身临其境的感觉，画面围绕着参与者）3.位置跟踪器（检测到参与者的物理位置和取向，以便输入到计算机中去产生虚拟境界中相应的图象和声音）4.立体声的产生（真实而且准确，注意声音的方向感）5、虚拟环境建模（设计出参与者在一种虚拟境界中会遇到的景物，包括物体建立几何模型，附加信息）主要建模方法：基于几何和图像的建模、虚拟对象的物理特性建模与行为建模。