文档介绍：工业产品虚拟现实系统的低成本化实现
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【摘要】虚拟现实与仿真技术在工业产品设计生产方面的应用有十分广阔的前景。仿真难度大、成本高昂是此类系统应用的主要障碍,适度仿真及高效的解决方案是实现低成本化的关键。
【关键词】虚拟现实适度仿真低成本化

虚拟现实技术(简称VR技术)是基于计算机技术及数据处理技术的沉浸式交互技术,也就是基于计算机技术等现代科技,人为产生的可以综合感知以模拟特定环境的虚拟交互技术。用户可以借助相应的设备以人类自然的方式与虚拟环境对象进行交互影响,从而产生类似真实环境的体验。

一、虚拟现实系统的构成

虚拟现实系统的设计开发须涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制等多个学科,一般来说完整的虚拟现实系统由以下几部分构成:
:是用户与虚拟环境的接口,一方面接受用户的操作并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作结果以综合形式反馈给用户,使用户形成对虚拟环境的感知。
:用于检测分析由传感器模块接收到的用户操作,并将其转换为系统操作指令传输给控制模块操控虚拟环境。
控制模块:是仿真系统的核心部分,既可以仿真控制虚拟环境以应对用户操作,又可以将虚拟环境的反馈通过反馈模块控制传感器使用户获得仿真体验。
:接收来自控制模块的处理信息为用户提供实时反馈。
:获得现实世界的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境。

二、虚拟现实系统的关键技术及成本构成

虚拟现实系统的关键技术及成本构成主要包括以下几个方面:
:虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术(有规则的环境),而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术,两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。这里的开发成本主要表现为环境三维模型和贴图带来的系统空间及时间占用,如果不能较好的优化模型和贴图将会严重影响整个系统的视觉效果及运行速度,大量浪费计算机系统资源,甚至导致复杂场景环境无法实现。
:三维图形的生成技术已经较为成熟,其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒,最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下,如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。随着新一代高性能图形处理器三维渲染技术的实用化,经过适当优化模型贴图的虚拟环境实时生成已不再是系统设计的成本瓶颈了—大多数主流图形处理器已可以轻松胜任此项任务,不必再增加额外的开发成本。
:虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的传感器技术还远远不能满足系统的需要。例如,数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点;虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高,因此有必要开发新的三维显示技术。由此可见,现有的立体显示和传感器技术还远远不能满足高仿真度虚拟环境的构建要求,并且由于技术的不成熟性还极大的提高了系统开发的成本。