虚拟现实技术的应用领域

来源:大连伟岸纵横接受 日期:2017.10.27

由于能够再现真实的环境,并且人们可以介入其中参与交互,使得虚拟现实系统可以在许多方面得到广泛应用。随着各种技术的深度融合,相互促进,虚拟现实技术在教育、军事、工业、艺术与娱乐、医疗、城市仿真、科学计算可视化等领域的应用都有极大的发展。

  1、教育领域

  让学生学习从新回到场景,参与互动

  虚拟现实有三大特性:交互性、沉浸性、想象性。

  传统的教育方式,通过印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示来获取知识,这样学习一会儿就渐显疲惫,学习效果较差,然而玩过英雄联盟的同学都知道此游戏为什么如此吸引人,本质就是回到场景,参与其过程。

  虚拟现实技术能将能将三维空间的事物清楚的表达出来,能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用。并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去,从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。这种呈现多维信息的虚拟学习和培训环境,将为学习者掌握一门新知识、新技能提供最直观、最有效的方式。在很多教育与培训领域,诸如虚拟实验室、立体观念、生态教学、特殊教育、仿真实验、专业领域的训练等应用中具有明显的优势和特征。例如学生学习某种机械装置,如水轮发动机的组成、结构、工作原理时,传统教学方法都是利用图示或者放录像的方式向学生展示,但是这种方法难以使学生对这种装置的运行过程、状态及内部原理有一个明确的了解。而虚拟现实技术就可以充分显示其优势:它不仅可以直观地向学生展示出水轮发电机的复杂结构、工作原理以及工作时各个零件的运行状态,而且还可以模仿出各部件在出现故障时的表现和原因,向学生提供对虚拟事物进行全面的考察、操纵乃至维修的模拟训练机会,从而教学和实验效果事半功倍。

2、军事领域

  在军事上,虚拟现实的最新技术成果往往被率先应用于航天和军事训练,利用虚拟现实技术可以模拟新式武器如飞机的操纵和训练,以取代危险的实际操作。利用虚拟现实仿真实际环境,可以在虚拟的或者仿真的环境中进行大规模的军事实习的模拟。虚拟现实的模拟场景如同真实战场一样,操作人员可以体验到可以体验到真实的攻击和被攻击的感觉。这将有利于从虚拟武器及战场顺利地过渡到真是武器和战场环境,这对于各种军事活动的影响将是极为深远、广泛的军事应用前景。迄今,虚拟现实技术在军事中发挥着越来越重要的作用。

  3、工业领域

  虚拟现实已大量应用于工业领域。对汽车工业而言,虚拟现实技术既是一个最新的技术开发方法,更是一个复杂的仿真工具,它旨在建立一种人工环境,人们可以在这种环境中以一种自然的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、实验和培训等方面,例如,在产品设计中借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型,可显示汽车的悬挂、地盘、内饰直至每个焊接点,设计者可确定每个部件的质量,了解各个部件的运行性能。这种三位模式准确性很高,汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。虚拟现实技术技术在CAD、技术教育和培训等领域也有大量应用。在建筑行业中,虚拟现实可以作为那些制作精良的建筑效果图的更进一步的拓展。它能形成与交互的三位建筑场景,人们可以在建筑物内自由的行走,可以操作和控制建筑物内的设备和房间装饰。一方面,设计者可以从场景的感知中了解、发现设计上的不足;另一方面用户可以在虚拟环境中感受到真实的建筑空间,从而做出自己评判。

4、艺术与娱乐

  由于在娱乐方面对虚拟现实的要求不是太高,故近几年来VR在该方面发展最为迅速。作为显示信息的载体,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(比如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使欣赏者更好的欣赏作者的艺术。VR提高艺术表现能力。例如,敦煌“九层楼”实景与虚拟三维效果。

  5、医疗

  在医学教育和培训方面,医生见习和实习复杂手术的机会是有限的,而在VR系统中却可以反复实践不同的操作。VR技术将能对危险的、不能失误的、却少或难以提供真实演练的操作反复地进行十分逼真的练习。目前,国外很多医院和医学院已开始用数字模型训练外科医生。其做法是将X光扫描、超声波探测、核磁共振等手段获得信息综合起来,建立起但应非常接近真是人体和器官的仿真模型。

  6、城市仿真

  由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高,城市规划一直是对全新的可视化技术需求较为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计,在规划的各个阶段,通过对现状和未来的描绘(身临其境城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等),为改善生活环境,以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众,在城市规划中扮演不同的角色,有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。VR技术为这种合作提供了最理想的桥梁,运用VR技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可从任意角度实时互动真实的看到规划效果,更好的掌握城市的形态和理解规划师的设计意图,这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分,公众的参与也能真正得到实现,这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

  7、科学计算可视化

  在科学研究中人们总会遇到大量的随机数据,为了从中得到有价值的规律和结论,需要对这些数据进行分析,而科学可视化功能就是将大量字母、数字数据转化成比原始数据更容易理解的可视图像,并允许参与者借助可视虚拟设备检查这些“可见”的数据。它通常被用于建设分子结构、地震、地球环境的各组成成分的的数字模型。

  在VR技术支持下的科学计算可视化与传统的数据仿真之间存在着一定的差异,例如为了设计出阻力小的机翼,人们必须分析机翼的空气动力学特性。因此人们发明了风洞试验方法,,通过使用烟雾气体使得人们可以用肉眼直接观察到气体与机翼的作用情况,因而大大提高了人们对机翼动力学特性的了解。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性质和效果、空气循环区域、旋涡被破坏时的乱流等,而这些分析利用通常的数据仿真是很难可视化的。

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