虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用现状和展望
虚拟仿真技术及其军事应用
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
虚拟现实技术应用及其未来展望
虚拟现实技术应用及其未来展望 虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。 一、虚拟技术的特征 虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性： 人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感： 沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深 化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。 二、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域 虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。 虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练
应用到汽车中的虚拟仿真技术
虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界 看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于 模拟一个详细定义的现实环境。 汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统 有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察 者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟 环境的空间三维影像。 从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型 上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于 使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以 在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计 团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。 汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多 边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定 的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个 视图和透视方向展示高度真实的设计结果。 在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一 个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数 字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三 维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面 或者其单个组件。 在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大 量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车， 解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的 软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道 路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试 验现在也能在虚拟环境中实施。 超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心 的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只 能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。 这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使 用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是 实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。
毕业论文：浅谈虚拟现实技术
论文虚拟现实技术
浅谈虚拟现实技术 摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域，涉及的关键技术，最新研究进展，应用与前景展望。 关键词虚拟现实技术，研究现状，相关应用，信息安全 一．虚拟现实的概念、特征及应用领域 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。 虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感器等。 （虚拟现实技术穿戴的装备）
GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性(interactivity) 、沉浸感(Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能，由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。 所以，“3I＋M”就是虚拟现实系统的基本特征。 自1968年Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的论文至今，虚拟现实技术已经伴随着计算机技术的进步得到长足的发展。如今，众多的设备可被用于虚拟现实，包括头戴式显示器、数据手套、动作捕捉系统等[1]。虚拟现实技术已经在诸如建筑设计、军事仿真、虚拟制造、游戏娱乐、医学等领域得到广泛的应用。在教育、心理学、环保、文化艺术领域，虚拟现实技术也得到越来越多的关注[2]。 二．虚拟现实涉及的关键技术[3] 虚拟现实的关键技术主要包括：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，系统集成技术，实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，触觉、力觉反馈技术，立体声、语音输入输出技术。 动态环境建模技术：虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。 实时三维图形生成技术：三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为了达到实时的目的，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。
美国虚拟现实技术
美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示 王健美，张旭，王勇，赵蕴华 (中国科学技术信息研究所，北京100038) 摘要:美国在虚拟现实技术领域拥有着无可争议的优势。不仅美国政府各部门积极资助虚拟现实技术的研发， 而且企业、高校及科研院所竞相掀起虚拟现实技术研究和应用热潮，同时它们还有一套适时有效的科技政策。 对美国虚拟现实技术的发展现状和相关政策法案的阐释，为我国相关技术领域的发展提供有益的借鉴。 关键词:虚拟现实;研发现状;科技政策;启示 中图分类号:G353.11∶TP391.9文献标识码:A Development Status and Policy of the Virtual Reality Technology of United States and their Enlightenment to China WANG Jianmei，ZHANG Xu，WANG Yong，ZHAO Yunhua (Institute of Scientific and Technical Information of China，Beijing 100038) Abstract:There is no doubt that the United States has superiority in the field of virtual reality technology.Several gov- ernment departments have been funding on the research and development of this technology，a surge of research and ap- plication into the technology has been found among large enterprises，universities and scientific research institutes.In ad- dition，they are carrying out a set of proper and effective science and technology policy.This article intends to provide some references for the development of relevant technology in China with a focus on the development status of the virtual reality technology and an good explanation on the policy and act of the technology concerned in US. Key words:virtual reality;current situation of research and development;scientific and technical policy;enlightenment 1引言 虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术与多 媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术， 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 及仿真技术等多种技术而发展起来的综合性技术 ［1］ 。 根据IEEE(电气和电子工程师协会)的定义，虚拟 现实是指在视、听、触、嗅、味觉等方面高度逼真 的计算机模拟环境 ［2］ 。用户可与此环境进行互动， 产生身临其境的体验。 VR技术起源于1965年Ivan Sutherland在IFIP
虚拟仿真技术的探讨与应用
虚拟仿真技术的探讨与应用 发表时间：2019-09-05T10:51:13.070Z 来源：《中国电业》2019年第09期作者：王冰 [导读] 虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真 （大唐陕西发电有限公司西安热电厂陕西省西安市 710302） 摘要：虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，本文要探讨虚拟技术的发展及应用。 关键词：虚拟；仿真技术；研究； 序言 近几年，虚拟现实与增强现实技术发展迅速，国内外大公司均在该领域做了重大布局，VR和AR迎来了前所未有的发展阶段。目前微软、爱普生、Oculus、HTC等知名公司均推出了自己的AR/VR产品，已成功应用在消费娱乐、虚拟展示、培训教育、智能巡检等多个领域。但同时国内AR与VR的发展还面临过很多问题，比如光学显示方案不成熟、缺乏专用的显示屏和处理芯片、应用场景不明确、产品的用户体验不佳等，为了推动该领域快速发展，国务院、发改委、工信部等多部委发布了相关政策，明确指出将AR/VR列入十三五期间重点发展的产业。 1.虚拟仿真技术的应用领域及功能实现 （1）虚拟仿真技术在国民经济各个领域，如教育、交通、动力、化工、制造以至农业、工业、社会科学等各行各业，都得到了广泛的应用和发展，并产生了巨大的经济效益，虚拟仿真已成为社会未来发展的必然。虚拟仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域中有关专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，它综合集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程技术、信息处理技术、自动控制技术等多个高新技术领域的知识。仿真技术经历了物理仿真、模拟仿真、数字仿真、虚拟仿真四个阶段，VR/AR技术的发展成熟，对仿真技术带来了质的飞跃，我公司开发的虚拟仿真平台，具备快速场景搭建、模型导入、业务仿真、操作引导、考核评估等功能。 （2）根据SuperData的最新数据，使用AR/VR培训的公司预计将在2019年节省135亿美元。虚拟仿真培训基于虚拟、混合和增强现实头盔以及移动增强现实应用的培训模拟，受训者可以在一个身临其境的环境中学习和实践他们的新技能，而不会有受伤的危险。例如，美国航空公司使用VR帮助新机组人员在第一天上班前熟悉安全程序。根据SuperData的数据，71%的公司正在使用VR进行培训，是虚拟陈列室的两倍。例如，沃尔玛计划在4000家商店培训超过100万的员工，他们将使用独立的Oculus头盔，该计划将于2019年晚些时候启动。除了零售商之外，航空公司、旅游业、石油和天然气以及金融业也在寻求采用这种身临其境的技术进行培训。 （3）AR技术可以提供虚拟与现实相融合的操作体验，VR技术可以提供沉浸式纯虚拟的操作体验。虚拟仿真平台，利用AR/VR技术，可以模拟装备拆装和机械操作训练全过程，而不必受天气、时间、空间等外界因素的影响，在安全的受训环境及精细的虚拟场景下，提升训练效果和临场的心理素质，降低培训成本。 （4）装备训练方案可创造高度沉浸感的虚拟环境、丰富的表现元素、直观的表现方式，进行装备操作训练，如装备的拆装训练、飞机的驾驶操作、特种兵的训练仿真等，从而提高训练水平。虚拟仿真平台不仅能模拟装备的原理展示、故障检测和维修训练，还能对训练成绩进行客观评定分析，并具有记录、存储、监控操作人员操作动作等功能。 2.虚拟仿真再实际工作中的应用及其价值体现 （1）虚拟仿真平台，可以应用在各行各业，我公司目前客户主要集中在铁路、公交、军事等领域，虚拟仿真培训系统利用虚拟现实技术，对设备的结构、工作原理、操作方法等进行模拟，对操作人员进行培训，树立设备的操作规范、维保成本的降低、实操技能的快速掌握与专业知识的深造，从而降低事故发生概率，保证无线通讯的顺畅。公交车虚拟教学系统利用虚拟现实技术，建造新能源实车、总成的三维模型，模拟车间实际作业的虚拟场景，通过程序设计将车辆、总成技术参数、标准以及维护工艺嵌入VR教学程序中，实现虚拟现实的实操培训及理论教学功能。 （2）基于我公司现有客户基础和产品基础，在接下来三年内，我们可以继续深挖全国铁路局及铁路设备公司，与全国公交集团及公交设备公司，将已有技术成果进行复制推广，获得最大投入产出比。在此基础上，申报军工保密资质及武器装备承制资质，拓展虚拟仿真技术在军事训练、军用装备操作培训上的应用。 3.虚拟仿真市场占有率及发展前景 2018年中国虚拟现实市场规模约348.6亿元，预计到2020年市场规模将超900亿元，年复合增长率达125%。工信部将支持虚拟现实核心关键技术及产品研发，推进虚拟现实技术与其他行业融合发展，到2025年全球VR市场的年营收规模将达到1100亿美元，相关的软件销售额达720亿美元，随着国内相关鼓励和扶持政策的陆续落地，虚拟现实行业有望加速爆发。Digi-Capital数据表明到2021年，AR市场将不断壮大，达到830亿美元，这是一个可以诞生平台级生态公司的市场，VR市场将达到250亿美元。如图（一）所示
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用 在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要） 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科） 计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算， 所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意 义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技 术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、 交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。 它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中 应用极为广泛。 传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系 统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假 设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和 验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。 如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对 客观系统的某一层次的仿真目的为止。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。 随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。 为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。 本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。 航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。
虚拟现实技术的历史与发展
虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到
虚拟现实论文
关于虚拟现实的感想 以《黑客帝国》为代表的许多作品中，经常出现能够以假乱真的虚拟现实的故事设定。而如今，原本只是构想出的虚拟现实，已经逐渐深入到人们的生活中。 虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 他给用户提供了更自然的交互方式，从而减轻了用户的负担，提高了效率。与从最早的人机会话，到目前被广泛应用的视窗操作相比，虚拟现实在技术上有了质的飞跃。 虚拟现实是用计算机合成的人工世界。那么，生成虚拟现实需要解决以下三个主要的问题： 1）以假乱真的境界：如何使观察者产生与现实环境一样的视觉、触觉与听觉。 2）互动性：如何产生与观察者动作相一致的现实感。 3）实时性：如何形成随时间推移的现实感。 为了实现和在真实世界中一样的感觉，就需要有能实现各种感觉的技术。人在真实世界中是通过眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官来实现视觉、触觉（力觉）、嗅觉等功能的。人们通过视觉观看到色彩斑斓的外部环境，通过听觉感知丰富多彩的音响世界，通过触觉了解物体的形状和特性，通过嗅觉知道周围的气味。总之，通过各种各样的感觉，使我们能够同客观真实世界交互，使我们浸沉于和真实世界一样的环境中。 如今，虚拟现实已经广泛应用于军事、医疗、探测等容易收到条件限制的领域之中。使原本需要消耗巨大成本或是无法完成的工程得以顺利展开。 不仅如此，如果要想使VR系统更能够让人产生真实感，那么在这个环境中，则必然要存在受其他事物影响的因素。因为这个世界是人与人，人与物的相互影响的结构，而非一条单一的已经被设计好并被告知的道路。在VR系统中，使用户的行为能够影响其他用户的行为，或者反之，都将能更好的产生现实感。 虚拟现实的广泛用途，把计算机应用提高到一个崭新的水平，其作用和意义显而易见。此外，还可从更高的层次上来看待其作用和意义。一是在观念上，从“以计算机为主体”变成“以人为主体”。二是在哲学上使人进一步认识“虚”和“实”之间的关系。 虚和实的关系是一个古老的哲学问题。我们究竟是存在于客观世界中，还是处于自身的感官世界中，一直是唯物论和唯心论争论的焦点。以视觉为例，我们看到的一切，都是视网膜上的影像，更进一步的说，是传送到大脑的神经脉冲。曾有一句话被沿用了很久，“眼见为实”。而虚拟现实使之产生了二重性，看到的的景物对人的感官来说是实实在在的存在，但它又确实是虚拟的。可是按照虚拟的东西行事，又会得到正确的结果。“虚”与“实”之间原本清晰的界限在逐渐的被淡化。 随着技术的发展不依靠繁重设备的虚拟现实技术终将到来。
虚拟仿真施工技术
1虚拟仿真施工技术 （1）主要技术内容 虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标 虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术 运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术 计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，
然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术 优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术 虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围 工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用
虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用 发表时间：2016-11-24T13:56:34.483Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：许朝阳王汉斌 [导读] 伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。山东天齐置业集团股份有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。 关键词：虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究 一、虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义 近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。 虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。 二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析 虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析： 1、虚拟施工技术的应用研究 从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。 2、仿真技术的应用研究 仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。 3、虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究 在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。 4、虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究 虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。 5、虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究 安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。 （1）进行施工安全控制的方案优化 在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工
虚拟现实技术的国内外研究现状与发展
138 虚拟现实技术的国内外研究现状与发展 杨江涛 （铜仁职业技术学院，贵州铜仁554300） 摘要：虚拟现实技术是一项新兴技术，结合了多种技术如多媒体技术、计算及图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技 术以及立体显示技术等等，前景非常的广阔。文章结合了虚拟现实技术国内外的研究现状对虚拟现实技术的发展趋势进行了分析。关键词：虚拟现实；三维现实；分布式中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）01-0138-01 虚拟现实（Virtual Reality ，简称VR ）是一种综合了多媒体技术、计算机图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技术以及立体显示技术等多种科学技术综合发展起来的计算机最新技术，综合应用了力学、光学、数学、机构运动学等学科。这种技术的特点就是用模仿的方式给用户创造一种虚拟的环境，通过感知行为如视觉、听觉和触觉等让用户有一种身临其境的感觉，并带有交互作用。现在虚拟现实的发展速度越来越快，内容也扩大了很多。 1国外虚拟现实技术研究现状 （1）虚拟现实技术在美国的研究现状。美国是虚拟现实技术的发源地，对于虚拟现实技术的研究最早是在20世纪40年代。一开始用于美国军方对宇航员和飞行驾驶员的模拟训练。随着科技和社会的不断发展，虚拟现实技术也逐渐转为民用，集中在用户界面、感知、硬件和后台软件四个方面。20世纪80年代，美国国防部和美国宇航局组织了一系列对于虚拟现实技术的研究，研究成果惊人。到了现在，已经建立了空间站、航空、卫星维护的VR 训练系统，也建立了可供全国使用的VR 教育系统；乔治梅森大学研制出了一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统；波音公司利用了虚拟现实技术在真实的环境上叠加了虚拟环境，让工件的加工过程得到有效的简化；施乐公司主要将虚拟现实技术用于未来办公室上，设计了一项基于VR 的窗口系统。传感器技术和图形图像处理技术是上述虚拟现实项目的主要技术，从目前来看，时间的实时性和空间的动态性是虚拟现实技术的主要焦点。 （2）虚拟现实技术在欧洲的研究现状。在欧洲，英国在辅助设备设计、分布并行处理和应用研究方面是领先的，在硬件和软件的领域处于领先地位。欧洲其它一些比较发达的国家如德国以及瑞典等也积极进行了虚拟现实技术的研究和应用：德国将虚拟现实技术应用在了对传统产业的改造、产品的演示以及培训三个方面，可以降低成本，吸引客户等等；瑞典的DIVE 分布式虚拟交互环境是一个在不同节点上的多个进程可以在同一个师姐中工作的一直分布式系统。 2国内虚拟现实技术研究现状 我国对于虚拟现实技术的研究和国外一些发达国家还存在相当大的一段距离，但随着计算机系统工程以及计算机图形学等技术的发展速度越来越快，我国各界人士对于虚拟现实技术也越来越重视，正在积极进行虚拟环境的建立以及虚拟场景模型分布式系统的开发等等。国内许多高校和研究机构也都在积极的进行虚拟现实技术的研究以及应用，并取得了不错的成果： 北京航空航天大学时国内最早进行虚拟现实技术研究的 单位之一，建立了一种分布式虚拟环境，可以提供虚拟现实演示环境、实施三维动态数据库、用于飞行员训练的虚拟现实系统以及虚拟现实应用系统的开发平台等等，并对虚拟环境中物体物理特性的表示和处理着重进行了研究，并在虚拟显示的视觉接口硬件方面进行开发，并提出了相关的算法和实现方法。 清华大学国家光盘工程研究中心采用了QuickTime 技术实现了大全景VR 制布达拉宫；哈尔品工业大学计算机系成功解决了表情和唇动合成的技术问题等。 3虚拟现实技术的发展趋势 （1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，而动态环境建模技术的目的就是对实际环境的三维数据进行获取，从而建立对应的虚拟环境模型，创建出虚拟环境。 （2）实时三维图形生成和显示技术。在生成三维图形方面，目前的技术已经比较成熟，关键是怎么样才能够做到实时生成，在不对图形的复杂程度和质量造成影响的前提下，如何让刷新频率得到有效的提高是今后重要的研究内容。另外，虚拟现实技术还依赖于传感器技术和立体显示技术的发展，现有的虚拟设备还不能够让系统的需要得到充分的满足，需要开发全新的三维图形生成和显示技术。 （3）适人化、智能化人机交互设备的研制。虽然手套和头盔等设备能够让沉浸感增强，但在实际使用当中效果并不尽如人意。交互方式使用最自然的视觉、听觉、触觉和自然语言的话，能够让虚拟现实的交互性效果得到有效的提高。 （4）大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合当中，对新型的人机交互设备进行一个用，介入计算机中，产生适用于用户的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了要让复杂虚拟环境计算的需求得到满足之外，还需要让协同工作以及分布式仿真等应用对共享虚拟环境的自然需要得到满足。分布式虚拟现实可以看成是一种基于网络的虚拟现实系统，可以让多个用户同时参与，让不同地方的用户进入到同一个虚拟现实环境当中。目前，分布式虚拟现实系统已经成为了全世界的研究热点，我国也由杭州大学、北京航空航天大学、中国科学院软件所、中国科学院计算所以及装甲兵工程学院等单位共同感开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要的软硬件基础环境和网络平台。 2015 （Sum.No 145） 信息通信 INFORMATION &COMMUNICATIONS 2015年第1期（总第145期）