虚拟技术的发展现状范文

前言：我们精心挑选了数篇优质虚拟技术的发展现状文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

关键词:虚拟现实(VR);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(VR)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称VR),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内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)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

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。如Chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统;1992年的一台称为“LegealQust”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。

作为传输显示信息的媒体,VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与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SIM NET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,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三） 医学领域

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,学员们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。

另外,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。

（四）管理工程领域

VR 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用VR技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

第2篇

关键词:虚拟现实(vr);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(vr)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称vr),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内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)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

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。如chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的vr娱乐系统;1992年的一台称为“legealqust”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。

作为传输显示信息的媒体,vr所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与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sim net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,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三） 医学领域

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,学员们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。

另外,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。

（四）管理工程领域

vr 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用vr技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

第3篇

关键词：虚拟；三维服装；建模技术；展示

中图分类号：J0-05 文献标志码：A

Current Situation and Future Developing Trend of Virtual Threedimensional Clothing Displaying Technology

Abstract： Three-dimensional virtual clothing displaying technology has experienced the transformation from the simple static simulation of clothing shifting to the complex three-dimensional dynamic simulation. From the perspective of modeling techniques， dynamic simulation， folding treatment， construction method of virtual displaying， etc.， this paper puts forward a systematic scheme， summarizes the three main technical schemes for three-dimensional virtual displaying of clothing， systematically introduces the current research on three-dimensional virtual displaying technologies and elaborately analyzes the challenges ahead and future developing trend of the research on three-dimensional virtual clothing displaying technologies.

Key words： virtual； three-dimensional clothing； modeling technique； display

虚拟三维服装展示是根据服装设计和展示陈列人员陈展需要，运用计算机科学、艺术等其他学科领域的知识，在计算机里建立数字化的服装采样系统，计算机按照所选尺寸模拟样衣着装效果，从而生成三维服装的虚拟展示效果。虚拟三维服装展示技术改变了传统的采用真人模特试衣的方式，利用计算机技术和交互技术就可以进行服装的立体展示。

1 虚拟三维服装展示技术研究现状

1.1 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究

国外关于虚拟三维服装展示技术的研究已趋于成熟，无论是静态展示还是动态展示都已形成完善的展示系统。瑞士Miralab实验室在虚拟服装及动画方面积累了大量的研究经验与科研成果。1990年，Miralab实验室的“FlashBack”虚拟服装项目是第一个真正意义上三维服装虚拟展示的案例。

之后，此实验室把重点放在了虚拟三维服装展示技术中的三维服装物理建模的研究上，即表现服装动态时的力学性能。此外，瑞士日内瓦大学的MIRALAB实验室以及H&M服装公司推出了网上试衣间服务以及著名的My Virtual Model（MVM）试衣网站，英国伦敦技术学院的“Center for 3D Electronic Commerce”项目，欧洲信息与算法研究协会的“MtoM3D”项目等都对三维服装虚拟展示技术进行了相关研究。

1.2 国内关于虚拟三维服装展示技术的研究

我国关于虚拟三维服装展示技术的研究还处于发展阶段。杭州森动数码科技有限公司与几家全球知名的IT科技厂家合作，利用全球最新3D技术、增强现实以及体感技术等科技元素，自主研发“3D虚拟试衣”软件，满足了服装消费者个性化需求，节约了试衣的时间；此外，江南大学民间服饰博物馆基于“CLO3D”三维服装展示软件制作的民间服饰的虚拟展示，逼真地模拟出了馆藏的汉民族服装文物的质感，很好地解决了民族服饰展示棘手问题。由此可见，虚拟三维服装展示技术在国内趋于高速发展状态。此外，北京服装学院、浙江大学CAD&CG国家重点实验室、东华大学、中科院以及天津工业大学等高校均在该领域有所研究，并通过相关课题研究取得一定的成果。

2 虚拟三维服装展示技术的研究内容

2.1 三维人体模型的建立

人体模型是虚拟着装的主体。根据服装款式、材料等元素的需要建立与之对应的人体模型，所以人体模型的尺寸、姿势和体态在服装虚拟展示中显得尤其重要。目前，三维人体模型主要有几何建模、三维扫描数据以及三维软件建模 3 种方法，其中三维软件建模方法是当今技术发展的趋势与主流。

几何建模方法是根据人体结构及其特征，定义与之对应三维人体造型特征。该方法出现时间较早，是CAD/CAM技术发展阶段的重要技术支撑，此方法以几何信息和拓扑信息反应三维人体的具体结构等数据，是虚拟三维服装展示技术初期的重要技术手段。

三维扫描数据建模运用非接触式测量方法，借助激光三维扫描仪，进行三维数字人体重建。它将人体的三维结构信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为人体数据的三维虚拟模拟提供了方便、快捷的手段。此方法建模比较昂贵，人体结构复杂时运行速度较慢，所以三维扫描数据建模方法很难得到推广和普及。

三维软件建模利用MAYA或3DS MAX等三维软件，完成人体模型的创建。此建模方法操作简单，容易上手，建模功能强大，在建立人体模型方面具有很大的优势。这两款软件的插件比较丰富，与其他软件融合流畅，模型精准、逼真，如图 1 所示（基于MAYA软件制作）。而且还可对所建模型贴材质、调动作、编程序等，使三维服装虚拟展示由静态展示到动态展示灵活转换。三维软件建模是当今三维虚拟展示的主流技术手段，不仅缩短了建模的时间，而且所建模型数据更加灵活，易于改动；展示手段等更加人性化，更具感染力。

2.2 三维服装模型的建立

三维服装建模方法主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法以及结合几何与物理的混合建模法等 3 种方法。建模方法的原理不同，虚拟的服装对象类型也存在差异。

几何建模法：模拟布料的外观形态，不涉及面料的物理特征，用几何方程对虚拟现实环境中的服装效果进行展示。此方法以已有的人体模型为基础，求得服装各造型点的数据；然后，根据服装款型等因素对模型进行经纬线划分，通过截取面得到数据，最后，根据人体与服装的空隙度大小，获取服装表面各造型点的三维数据，完成服装模型的创建。此方法有模型简单、计算较快等优点，但是对服装的悬垂及质感的模拟效果较差。

物理建模法：通过选择参数值可以较为直观地控制服装的悬垂与质感。在模拟中区分毛、棉、丝、麻等不同服装质感，可较好地模拟服装的真实效果。但是其模型复杂，计算速度较慢，与虚拟三维服装展示的快捷、便捷理念相背离。

混合建模法：运用几何方法进行服装模型的建立，用物理方法进行服装悬垂和质感以及局部结构的细化。利用弹性变形模型对服装进行变形，使服装更具真实感，模拟出的服装外形结构精准，又能展现不同材料的服装的悬垂与质感（图 2）。

2.3 三维场景的建立

三维服装虚拟展示需要设定一个特定的展示空间，通过创建三维场景模拟出服装所要表达的文化内涵与时代场景，所以场景的搭建和布置也是非常重要的环节。在所建三维场景模型上匹配符合服装展示主题的材质、设定应景的灯光等，以此模拟出服装展示所需的场景。在三维场景的模拟上，VRML语言将影片、声响、音乐等效果调和在一起，形成一个综合性的单一媒体是三维服装虚拟展示必不可少的应用程序。在当下，无论是时尚服装的研发公司还是文物保护单位，三维场景模拟都有所运用，极大地丰富了服装展示的效果与意义。

3 虚拟三维服装展示技术研究趋势

3.1 虚拟三维服装展示技术的不足

当前，虚拟三维服装展示技术日趋成熟，已由最初的简单服装的静态展示发展到现在的复杂服装的动态展示，但也存在多方面的问题：三维立体模拟的真实感还有待加强，如服装质感与动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等问题仍难以解决；三维服装模拟的集成系统较少，二维衣片和三维服装之间的转化、二维图案和面料的三维覆盖等问题没有得到很好的解决。虚拟三维服装展示技术可以对服装虚拟展示中所用模特的尺寸、姿势和体态进行操作，但是对服装的虚拟变形以及服装的悬垂性模拟操作还有一定的难度。需要从事虚拟三维服装展示的研究人员与学者共同的努力与合作，研发出更好的服装虚拟展示系统。

3.2 虚拟三维服装展示技术的挑战

随着科技的发展，服装虚拟展示必将向着智能化、自动化的方向发展，服装模型的动态模拟/三维服装褶皱效果处理是其趋势，但是在未来的研究道路上也会遇到许多难题与挑战。

（1）服装模型的动态模拟研究

服装模型的动态模拟在三维服装虚拟展示中有着至关重要的作用，服装虚拟展示时，虚拟的人体模特运动和服装动态模拟耗费的计算量非常大。

目前，三维服装的动态展示难度很大，很多国内外的专家学者对其都有研究，但是算法和物理模型在实践中都与预期效果有一定差距。模拟三维服装的动态效果，合理的碰撞检测模型是前提，服装曲面与人体曲面随模特动作变化时相对位置关系的变动中不能有穿透发生。这一点对于目前的三维服装虚拟展示技术来说是十分困难的。在三维服饰虚拟展示中，即使服装在静态人体上很合适，但并不能保证动态展示有同样好的效果。因此，对于服装面料的动态模拟的研究很有价值。

（2） 三维服装褶皱效果处理研究

三维服装虚拟展示已由静态展示发展到动态展示，对于服装褶皱的研究也有了更高要求。褶皱是服装的重要外观特征之一。在三维服装虚拟展示中，褶皱效果的模拟主要有两类：静态效果的模拟与动态效果的模拟。目前，静态效果模拟技术已经日趋成熟，效果较好。动态时服装的飘动悬垂效果的模拟还处于探索阶段，在进行模拟仿真时，既要注重碰撞检测的高效性，又要及时处理碰撞部位的褶皱问题。如何高效准确地处理动态的褶皱的研究属于服装动态效果仿真技术中的一种，值得对其深入研究。

（3）虚拟三维服装展示技术的挑战

在虚拟三维服装展示技术研究上还存在许多难题，如服装仿真建模和数值计算等问题。对结构复杂与材料较多的服装，如何构建仿真模型、服装从静态悬垂到动态变形怎样相互转化，是服装模拟的最大挑战。在模拟模特运动时服装与身体的接触以及服装自身的交互碰撞问题、仿真的实时性问题以及服装本身高度复杂的各向异性和非线性力学行为的模拟等问题，对于虚拟三维服装展示技术的发展无疑是棘手的难题与挑战。

4 结语

虚拟三维服装展示技术在三维人体模型、三维服装模型以及三维虚拟场景等方面都有很大的突破，实现了虚拟人体由静态到动态的灵活转换、虚拟服装纹理与质感的真实表现以及虚拟场景的真实模拟等。随着对虚拟三维服装展示技术更加深入与精细的研究，智能化的三维服装虚拟展示是其发展趋势，设计师可以随心所欲地将自己设计的服装借助虚拟展示技术浏览服装在三维空间的效果，从而大大缩短了成衣的生产周期和展示成本，这将在时尚服装的个性化设计与定制、传统服装的数字化展示等领域有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] Volino P， Cordier F， Magnenat-Thalmann N. From early virtual garment simulation to interactive fashion design[J]. Computer-aided Design， 2005， 37（6）： 593-608.

[2] Vassilev T， Spanlang B， Chrysanthou Y. Fast cloth animation on walking avatars[A]. Computer Graphics Forum[C]. Blackwell Publishers Ltd.， 2001， 20（3）： 260-267.

[3] 毛天露， 王兆其， 夏时洪. 三维服装仿真中的 “服装-人体” 快速冲突检测及响应算法[J]. 计算机研究与发展， 2006， 43（2）： 356-361.