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VR虚拟现实技术广泛的应用领域
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作者: 发布于:2019-8-23 15:26:16 点击量:
医学 VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、HMD、感觉手套,学生可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进,如需提高环境的真实感,增加网络功能,使其能同时培训多个使用者,或可在外地专家的指导下工作等。手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,VR技术都有十分重要的意义。 在医学院校,学生可在虚拟实验室中,进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术,由于不受标本、场地等的限制,所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统,仿真程度非常高,其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如,导管插入动脉的模拟器,可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作;眼睛手术模拟器,根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像,并带有实时的触觉反馈,学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程,并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。还有麻醉虚拟现实系统、口腔手术模拟器等。 外科医生在真正动手术之前,通过虚拟现实技术的帮助,能在显示器上重复地模拟手术,移动人体内的器官,寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生活状况,乃至新药研制等方面,虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。 娱乐 丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高,故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。如Chicago(芝加哥)开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统,其主题是关于3025年的一场未来战争;英国开发的称为“Virtuality”的VR游戏系统,配有HMD,大大增强了真实感;1992年的一台称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。 作为传输显示信息的媒体,VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术(如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外,VR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,手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。 对艺术的潜在应用价值同样适用于教育,如在解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等方面,VR是非常有力的工具,Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟的物理实验室”,用于解释某些物理概念,如位置与速度,力量与位移等。 军事航天 模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术,可模拟零重力环境,替非标准的水下训练宇航员的方法。 室内设计 虚拟现实不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想,比如装修房屋之前,你首先要做的事是对房屋的结构、外形做细致的构思,为了使之定量化,你还需设计许多图纸,当然这 室内表现效果 些图纸只能内行人读懂,虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境,使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界,大大提高了设计和规划的质量与效率。运用虚拟现实技术,设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间,并可以任意变换自己在房间中的位置,去观察设计的效果,直到满意为止。既节约了时间,又节省了做模型的费用。 房产开发 随着房地产业竞争的加剧,传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需要。因此敏锐把握市场动向,果断启用最新的技术并迅速转化为生产力,方可以领先一步,击溃竞争对手。虚拟现实技术是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销方式,在国内的广州、上海、北京等大城市,国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门,是当今房地产行业一个综合实力的象征和标志,其最主要的核心是房地产销售!同时在房地产开发中的其他重要环节包括申报、审批、设计、宣传等方面都有着非常迫切的需求。 房地产项目的表现形式可大致分为:实景模式、水晶沙盘两种; 其中可对项目周边配套、红线以内建筑和总平、内部业态分布等进行详细剖析展示,由外而内表现项目的整 工业仿真 当今世界工业已经发生了巨大的变化,大规模人海战术早已不再适应工业的发展,先进科学技术的应用显现出巨大的威力,特别是虚拟现实技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革命。虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节,对企业提高开发效率,加强数据采集、分析、处理能力,减少决策失误,降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。 工业仿真系统不是简单的场景漫游,是真正意义上用于指导生产的仿真系统,它结合用户业务层功能和数据库数据组建一套完全的仿真系统,可组建B/S、C/S两种架构的应用,可与企业ERP、MIS系统无缝对接,支持SqlServer、Oracle、MySql等主流数据库。 教育 虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。 演播室 随着计算机网络和三维图形软件等先进信息技术的发展,电视节目制作方式发生了很大的变化。视觉和听觉效果以及人类的思维都可以靠虚拟现实技术来实现。它升华了人类的逻辑思维。虚拟演播室则是虚拟现实技术与人类思维相结合在电视节目制作中的具体体现。虚拟演播系统的主要优点是它能够更有效地表达新闻信息,增强信息的感染力和交互性。传统的演播室对节目制作的限制较多。虚拟演播系统制作的布景是合乎比例的立体设计,当摄像机移动时,虚拟的布景与前景画面都会出现相应的变化,从而增加了节目的真实感。用虚拟场景在很多方面成本效益显著。如它具有及时更换场景的能力,在演播室布景制作中节约经费。不必移动和保留景物,因此可减轻对雇员的需求压力。对于单集片,虚拟制作不会显出很大的经济效益,但在使用背景和摄像机位置不变的系列节目中它可以节约大量的资金。另外,虚拟演播室具有制作优势。当考虑节目格局时,制作人员的选择余地大,他们不必过于受场景限制。对于同一节目可以不用同一演播室,因为背景可以存入磁盘。它可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力,利用现有的多种三维动画软件,创作出高质量的背景。 水文地质 虚拟现实技术是利用计算机生成的虚拟环境逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术沉浸感、与计算机的交互功能和实时表现功能,建立相关的地质、水文地质模型和专业模型,进而实现对含水层结构、地下水流、地下水质和环境地质问题(例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、盐渍化、沼泽化及区域降落漏斗扩展趋势)的虚拟表达。具体实现步骤包括建立虚拟现实数据库、三维地质模型、地下水水流模型、专业模型和实时预测模型。 维修 虚拟维修是虚拟技术近年来的一个重要研究方向,目的是通过采用计算机仿真和虚拟现实技术在计算机上真实展现装备的维修过程,增强装备寿命周期各阶段关于维修的各种决策能力,包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等。 虚拟维修是虚拟现实技术在设备维修中的应用, 在现代化煤矿、核电站等安全性要求高的场所, 或在设备快速抢修之前, 进行维修预演和仿真。突破了设备维修在空间和时间上的限制, 可以实现逼真的设备拆装、故障维修等操作, 提取生产设备的已有资料、状态数据, 检验设备性能。虚拟维修技术还可以通过仿真操作过程, 统计维修作业的时间、维修工种的配置、维修工具的选择、设备部件拆卸的顺序、维修作业所需的空间、预计维修费用。 培训实训 在一些重大安全行业,例如石油、天然气、轨道交通、航空航天等领域,正式上岗前的培训工作变得异常重要,但传统的培训方式显然不适合高危行业的培训需求。虚拟现实技术的引入使得虚拟培训成为现实。 汽车仿真 汽车虚拟开发工程即在汽车开发的整个过程中,全面采用计算机辅助技术,在轿车开发的造型、设计、计算、试验直至制模、冲压、焊接、总装等各个环节中的计算机模拟技术联为一体的综合技术,使汽车的开发、制造都置于计算机技术所构造的严格的数据环境中,虚拟现实技术的应用,大大缩短了设计周期,提高了市场反应能力。 轨道交通 轨道交通仿真就是运用三维虚拟与仿真技术模拟出从轨道交通工具的设计制造到运行维护等各阶段、各环节的三维环境,用户在该环境中可以“全身心的”投入到轨道交通的整个工程之中进行各种操作,从而拓展相关从业人员的认知手段和认知领域,为轨道交通建设的整个工程节约成本与时间,提高效率与质量。 ◆虚拟运行 在列车投入使用前,利用三维虚拟仿真技术模拟出列车运行时的状态、各部件变化情况及周边环境变化情况,检查列车运行可行性;还可以利用计算机更改部分数据,观测列车因数据变化而受到的连动影响,从而总结出更多列车运行经验,有效的规避列车正式投入使用后的风险,提高相关工作人员应对突发情况的处理能力。 能源领域 能源的开采和开发涉及到很多模块,很多行业,常常需要对大量数据进行分析管理,并且由于职业的特殊性,对员工的业务素质也有很高要求。运用三维虚拟技术不但能够实现庞大数据的有效管理,还能够创建一个具有高度沉浸感的三维虚拟环境,满足企业对石油矿井、电力、天然气等高要求、高难度职位的培训要求,有效提高员工的培训效率,提升员工的业务素质。 生物力学 生物力学仿真就是应用力学原理和方法并结合虚拟现实技术,实现对生物体中的力学原理进行虚拟分析与仿真研究。利用虚拟仿真技术研究和表现生物力学,不但可以提高运动物体的真实感,满足运动生物力学专家的计算要求,还可以大大节约研发成本,降低数据分析难度,提高研发效率。这一技术现已广泛应用于外科医学、运动医学、康复医学、人体工学、创伤与防护学等领域。 ◆人体模拟 遵循人体关节运动的骨架结构和肌肉组织,在计算机中生成具有物理属性的人体。可通过计算机实现对该数字人体的参数化改造,从而开展骨肌系统外科学与运动医学、植入物设计、体育运动与艺术力学、人体工程学、航空航天、虚拟士兵等领域的科学研究。 ◆力学可视化 人体中各个骨骼、关节及肌肉都有一个特定的长度及自由度,而数字人体中的任何一个数据的变化都会对若干相关部件产生影响。结合数据可视化技术,以一种更形象、更直观的方式展现人体各关节的数据结构及相对运动关系,研究者可据此轻松读懂繁琐数据,从而实现力学相互作用关系研究的便捷化、可视化。 ◆运动设计模拟 通过对人体骨骼及人体关节之间相互作用关系的分析,结合人机工程学原理,利用计算机技术计算和分析数据,依据计算结果为运动员、战士、病人等群体制定灵活科学的运动方案,合理指导各种训练活动。此外,还可以据此分析出相关疾病(如颈椎病、骨折、腰肌劳损等)产生的原因及有效的康复方法,设计出更为科学、有效的运动保健器材。 康复训练 康复训练包括身体康复训练和心理康复训练,是指有各种运动障碍(动作不连贯、不能随心所动)和心理障碍的人群,通过在三维虚拟环境中做自由交互以达到能够自理生活、自由运动、解除心理障碍的训练。 传统的康复训练不但耗时耗力,单调乏味,而且训练强度和效果得不到及时评估,很容易错失训练良机,而结合三维虚拟与仿真技术的康复训练就很好的解决了这一问题,并且还适用于心理患者的康复训练,对完全丧失运动能力的患者也有独特效果。 ◆虚拟身体康复训练 身体康复训练是指使用者通过输入设备(如数据手套、动作捕捉仪)把自己的动作传入计算机,并从输出反馈设备得到视觉、听觉或触觉等多种感官反馈,最终达到最大限度的恢复患者的部分或全部机体功能的训练活动。这种训练方法,不但大大节约了训练的人力物力,而且有效增加了治疗的趣味性,激发了患者参与治疗的积极性,变被动治疗为主动治疗,提高治疗的效率。 ◆虚拟心理康复训练 狭义的虚拟心理康复训练是指利用搭建的三维虚拟环境治疗诸如恐高症之类的心理疾病。广义上的虚拟心理康复训练还包括搭配“脑—机接口系统”、“虚拟人”等先进技术进行的脑信号人机交互心理训练。这种训练就是采用患者的脑电信号控制虚拟人的行为,通过分析虚拟人的表现实现对患者心理的分析,从而制定有效地康复课程。此外,还可以通过显示设备把虚拟人的行为展现出来,让患者直接学习某种心理活动带来的结果,从而实现对患者的治疗。这种心理训练方法为更多复杂的心理疾病指明了一条新颖、高效的训练之路。 数字地球 数字地球建设是一场意义深远的科技革命,也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球,进而管理好地球。 拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。从战略角度来说,数字地球是全球性的科技发展战略目标,数字地球是未来信息资源的综合平台和集成,现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性。

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