2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。

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。

虚拟现实系统的人机交互体系结构一、虚拟现实系统概述虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种先进的计算机技术，通过模拟用户的视觉、听觉、触觉等感官体验，创造出一种沉浸式的虚拟环境。

这种技术能够让用户仿佛置身于一个全新的世界中，体验到与现实世界完全不同的情境。

随着计算机图形学、传感器技术、人机交互技术的发展，VR 技术已经从最初的事训练、航天模拟等领域，逐渐扩展到游戏、教育、医疗、旅游等多个行业。

1.1 虚拟现实系统的核心特性虚拟现实系统的核心特性主要体现在以下几个方面：- 沉浸感：通过高质量的视觉和听觉体验，使用户感觉自己真正处于虚拟环境中。

- 交互性：用户可以通过各种输入设备与虚拟环境进行互动，如手势、语音、眼球追踪等。

- 多感知性：除了视觉和听觉，VR系统还可以模拟触觉、嗅觉等其他感官体验，提高沉浸感。

- 自由度：用户在虚拟环境中可以自由移动和观察，体验到与现实世界相似的空间感。

1.2 虚拟现实系统的应用场景虚拟现实系统的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 游戏娱乐：提供沉浸式的游戏环境，增强玩家的游戏体验。

- 教育培训：模拟真实场景进行教学，提高学习效率和兴趣。

- 医疗健康：用于手术模拟、疼痛管理等医疗领域。

- 建筑设计：在建筑和室内设计领域，提前预览设计效果。

- 事训练：模拟战场环境，进行战术训练和模拟演习。

二、虚拟现实系统的人机交互体系结构人机交互是虚拟现实系统的重要组成部分，它决定了用户与虚拟环境的互动方式和体验质量。

一个高效的人机交互体系结构对于提升VR系统的可用性和吸引力至关重要。

2.1 人机交互体系结构的组成一个完整的虚拟现实人机交互体系结构通常包括以下几个部分：- 输入设备：包括头戴式显示器（HMD）、手柄、手套、运动捕捉设备等，用于捕捉用户的输入动作。

- 交互接口：负责处理输入设备的信号，并将其转化为虚拟环境中的相应动作或命令。

- 感知反馈：包括视觉、听觉、触觉等多种反馈方式，增强用户的沉浸感。

2020年第9期信息与电脑China Computer & Communication计算机工程应用技术虚拟现实技术在3D游戏中的应用牟堂娟（山东工艺美术学院，山东 济南 250001）摘　要：在3D游戏中，有效地加入虚拟现实技术能够丰富游戏的内容与形式，并且在多元化的同时，能够使得游戏用户在使用游戏的过程中获得更加真实的情感心理体验。

基于此，笔者简单分析了虚拟现实技术在3D游戏中的应用情况，希望能够为广大游戏开发者以及游戏用户提供一定的参考。

关键词：虚拟现实技术；3D游戏；应用中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2020）09-015-03Application of Virtual Reality Technology in 3D GamesMou Tangjuan(Shandong University of Art & Design, Jinan Shandong 250001, China)Abstract: In 3D games, effectively adding virtual reality technology can enrich the content and form of the game, and at the same time, it can make the game users get more real emotional and psychological experience in the process of using the game. Based on this, the author simply analyzes the application of virtual reality technology in 3D games, hoping to provide some effective reference for the majority of game developers and game users.Key words: virtual reality technology; 3D game; application０　引言虚拟现实技术是当今十分重要的、应用领域范围广的技术之一，从目前而言，促使3D游戏的出现与流行，是当今虚拟现实技术应用到数字娱乐游戏的成功表现。

虚拟制造体系及其关键技术引言当今的制造业基本技术日臻成熟，其市场处于以消费者为导向的市场环境下，产品品种、上市时间和用户满意度成为企业取得竞争优势的主要因素。

制造业这种全球化的激烈竞争不断催生了各种先进制造技术和新的制造哲理，虚拟制造技术将会在下一世纪涌向潮头，其朴素的思想和高新的技术手段都为研究领域和业界所推崇。

虚拟制造技术虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游－设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。

虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。

基于虚拟现实技术的虚拟制造技术在一个统一模型之下对设计和制造等等过程集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。

其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。

从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集成。

虚拟制造系统拥有产品和相关制造过程的全部信息，包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、知识和模型信息。

虚拟控制制造系统按照功能归集为三种不同类型的子环境，共同构成中心三元耦合的系统模式：（1）虚拟制造设计中心：给设计者提供各种工具以便虚拟设虚拟制设计出符合设计准则（如DFX）的产品模型；计中心造中心（2）虚拟制造加工中心：研究开发产品制造过程模型和环境模型及其分析各种可行的生产计划和工艺规划；（3）虚拟制造控制中心：评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等等。