李培

摘要：虛擬場景技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵組成成分之一，怎樣在三維的虛擬場景內(nèi)實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)時(shí)的漫游，作為系統(tǒng)較好的重要組成部分，如何在三維虛擬場景中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)漫游，這是系統(tǒng)良好交互性的基礎(chǔ)?；诖耍疚膶⒅饕治鎏摂M場景漫游技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);虛擬場景漫游技術(shù);系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑

中圖分類號(hào)：G424? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0183-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

虛擬現(xiàn)實(shí)場景的漫游技術(shù)有真實(shí)建筑場景虛擬漫游以及虛擬建筑場景類虛擬漫游，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模式有：基于多邊形類直接繪制模式、場景模型導(dǎo)入模式以及基于圖像繪制模式。虛擬場景漫游技術(shù)可以運(yùn)用在城市規(guī)劃、藝術(shù)、娛樂以及教育等各個(gè)層面上，也可以運(yùn)用在工業(yè)仿真制作、實(shí)驗(yàn)室以及城市三維仿真漫游等各種行業(yè)中。

1 虛擬技術(shù)與虛擬場景漫游技術(shù)

19世紀(jì)50年代美國研發(fā)出被命名為Sensorama的仿真摩托車，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大門開啟，在20世紀(jì)80年代初期，虛擬技術(shù)被正式地提出，到20世紀(jì)90年代的后期階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)從原本的研究發(fā)展階段逐步地轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)用階段，被廣泛地運(yùn)用到技術(shù)、房地產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、軍事以及設(shè)計(jì)中，給國家?guī)砹溯^多的經(jīng)濟(jì)效益。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被國民廣泛地運(yùn)用到各種領(lǐng)域之中，已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用與驗(yàn)證，具有較強(qiáng)的可使用性。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)亦可以被稱作為靈鏡類技術(shù)，賽博空間以及虛擬仿造環(huán)境等主要應(yīng)用的就是相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及較為高科技的信息技術(shù)促使實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人的互動(dòng)，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⒄鎸?shí)的場景在虛擬的環(huán)境之中展現(xiàn)出來，讓國民在虛擬的環(huán)境中擁有真實(shí)的聽覺視覺以及觸覺[1]。在國民生活與工作的過程中，尤其是對(duì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究的時(shí)候，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將真實(shí)世界具有的色彩與實(shí)物真實(shí)地還原出來，促使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用者能夠有設(shè)身處地的感覺，從而為虛擬的操作提供技術(shù)的可支持性，還可以顯著地提升工作與研發(fā)技術(shù)的效率和質(zhì)量。將工作與生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)所需要運(yùn)用到的物力資源，人力資源以及財(cái)力資源顯著降低。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)涉及社會(huì)心理學(xué)，傳感器中的信息技術(shù)中，計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)中，護(hù)理與治療環(huán)節(jié)中，動(dòng)力與光學(xué)環(huán)節(jié)中，涉及的學(xué)科領(lǐng)域相對(duì)較多。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)為國民的生產(chǎn)生活提供了不竭的動(dòng)力，促使國家的經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)能夠大幅度地提升。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠真正地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、信息轉(zhuǎn)換。虛擬場景漫游作為最常見類別的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用，隸屬于視景仿真范疇之中，視景仿真技術(shù)作為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中關(guān)鍵組成成分之一，作為多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯示技術(shù)、圖像生成與處理技術(shù)以及信息合成技術(shù)等綜合性技術(shù)[2]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑

2.1 虛擬場景構(gòu)建和優(yōu)化

1）實(shí)體模型：可以將該類模型分為：動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型，其中的靜態(tài)模型主要包含：建筑模型與自然模型，具體包含：地質(zhì)模型、地形模型、水工結(jié)構(gòu)模型、機(jī)械設(shè)備與公路鐵路的模型等。其中的動(dòng)態(tài)模型主要包含：生產(chǎn)操作人員與機(jī)械操作人員。

2）相機(jī)模型：用戶能夠在各個(gè)場景之中與真實(shí)的場景進(jìn)行交互，與此同時(shí)，還可以將漫游的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)的記錄，從而以便于相關(guān)人員對(duì)場景進(jìn)行控制與回放，在對(duì)工程進(jìn)行管理的時(shí)候，有數(shù)據(jù)信息可循。

3）天氣模型：主要是運(yùn)用粒子系統(tǒng)、天空球以及光暈等各項(xiàng)技術(shù)，將工程的場景進(jìn)行構(gòu)造，布置白天、霧天以及夜晚等不同的天氣景觀[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)下三維的虛擬場景布置

也就是運(yùn)用虛擬的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，把工程中的實(shí)際場景，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將其制成三維的虛擬化場景，在網(wǎng)絡(luò)的背景之下，該類場景將會(huì)擁有與和單機(jī)版統(tǒng)一性的功能系統(tǒng)，用戶可以從互聯(lián)網(wǎng)上，對(duì)三維場景中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行瀏覽和交互，技術(shù)具有的功能與特征如下：

1）擁有Web3D中最高清的畫質(zhì);

2）可以對(duì)大的場景實(shí)施動(dòng)態(tài)的控制與調(diào)度，雖然運(yùn)用低端的硬件設(shè)備，但是其具備的兼容性相對(duì)較好;

3）可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的腳本進(jìn)行編程;

4）可以在系統(tǒng)的窗口內(nèi)嵌入視頻、FLASH、網(wǎng)頁以及圖片等;

5）可以對(duì)實(shí)際的場景進(jìn)行逼真地模擬，其中的亮點(diǎn)就是對(duì)海水進(jìn)行模擬。

6）可以對(duì)屬性進(jìn)行查詢，與數(shù)據(jù)庫相連接;

7）可以運(yùn)用地圖導(dǎo)航，亦可以使用指南針[4];

8）可以手動(dòng)漫游、自動(dòng)漫游，系統(tǒng)內(nèi)具有的漫游數(shù)據(jù)信息可以自動(dòng)地進(jìn)行保存;

9）可以實(shí)施剛體動(dòng)畫、骨骼動(dòng)畫以及肉體動(dòng)畫;

10）能夠運(yùn)用高效率、高精準(zhǔn)度的碰撞檢測模式對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算;

11）各種的交互設(shè)備都可以支持，將環(huán)幕進(jìn)行投影以及立體投影。

2.3 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下系統(tǒng)功能開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)P的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)可以運(yùn)用多種計(jì)算機(jī)的編程語言，在各種語言的環(huán)境之下進(jìn)行使用，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性與安全性開發(fā)的環(huán)境有：VB、VC、C++、DELPHI、JSP、VS.NET 等。操作人員可以把虛擬現(xiàn)實(shí)P三維中的顯示窗口將其嵌入在系統(tǒng)之中，促使系統(tǒng)具有三維的瀏覽功能。虛擬現(xiàn)實(shí)P-SDK系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有：MySQL、Access、Oracle以及SQL Server對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行連接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的查詢[5]。

運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)：

1）將顯示三維的窗口嵌入系統(tǒng)之中，運(yùn)用用戶的系統(tǒng)將現(xiàn)場的三維場景進(jìn)行還原;

2）運(yùn)用系統(tǒng)對(duì)工程中的窗口進(jìn)行動(dòng)態(tài)的控制，例如，改變?nèi)S模型的狀態(tài)等;

3）運(yùn)用事件調(diào)回系統(tǒng)調(diào)機(jī)制把客戶端中對(duì)三維場景進(jìn)行操作的指令進(jìn)行調(diào)出，例如，點(diǎn)擊鼠標(biāo)等模式，將數(shù)據(jù)信息傳送到系統(tǒng)之中，相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)的處理，確保數(shù)據(jù)信息處理的靈活性，運(yùn)用模擬的途徑，完成各項(xiàng)指令與操作[6]。將傳來的數(shù)據(jù)運(yùn)用核心接口處進(jìn)行顯示，將干擾數(shù)據(jù)信息的各種因素適當(dāng)?shù)匿秩荆珳?zhǔn)地對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，從而對(duì)工程完成仿真的操作。

3 虛擬場景技術(shù)的運(yùn)用

3.1 城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)的運(yùn)用

虛擬場景技術(shù)能夠被較為廣泛地應(yīng)用在城市規(guī)劃層面上。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的互動(dòng)性以及沉浸感，能夠?yàn)榭蛻魩肀普婧蛷?qiáng)烈的視覺沖突，促使其能夠有身臨其境的感受。還可以運(yùn)用數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)地對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行獲取，以便于復(fù)雜大型的工程施工，設(shè)計(jì)、規(guī)劃、審批、投標(biāo)以及管理等各個(gè)流程中，促使管理和設(shè)計(jì)工作人員對(duì)各類規(guī)劃設(shè)計(jì)方案能夠進(jìn)行不斷的完善和評(píng)審，規(guī)避在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，促使工程建設(shè)的質(zhì)量和經(jīng)營效率顯著提升。運(yùn)用虛擬場景技術(shù)可以將建筑的三維性場景展現(xiàn)出來，項(xiàng)目工程人員可以對(duì)工程進(jìn)行細(xì)致的審視[7]。

3.2 在娛樂、藝術(shù)的應(yīng)用

3D顯示環(huán)境促使虛擬現(xiàn)實(shí)已然成為視頻游樂的主要工具。因?yàn)?，娛樂層面上?duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)感要求不是特別高。所以，近幾年虛擬現(xiàn)實(shí)在娛樂和藝術(shù)層面上突飛猛進(jìn)。例如，芝加哥研制出第1臺(tái)的大型可供多個(gè)人運(yùn)用的虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主題就是有關(guān)3025年的未來戰(zhàn)爭。英國也研發(fā)出一種虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲系統(tǒng)，其中配有hmd，顯著地提升了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所帶來的真實(shí)感。在1992年，一臺(tái)被稱作是 legal quest系統(tǒng)由于在該種系統(tǒng)內(nèi)添加了人工智能，使得其具有較強(qiáng)的自學(xué)功能，能夠顯著的提升系統(tǒng)，具有的難度和趣味性，該系統(tǒng)在1992年獲得了最佳的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品獎(jiǎng)。加之，在家庭娛樂層面上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也有較好的運(yùn)用前景。作為傳輸顯示各種虛擬現(xiàn)實(shí)的媒體技術(shù)，在藝術(shù)領(lǐng)域上的作用不可估量，虛擬現(xiàn)實(shí)具有較強(qiáng)的交互性和臨場參與感，促使靜態(tài)的雕刻油畫等藝術(shù)作品能夠轉(zhuǎn)成動(dòng)態(tài)作品，就是觀賞者可以較好地對(duì)藝術(shù)的思想理念和創(chuàng)作手法進(jìn)行觀賞價(jià)值，虛擬現(xiàn)實(shí)能夠顯著的提升藝術(shù)表現(xiàn)能力，例如，音樂家可以依照虛擬的各類樂器進(jìn)行演奏[8]。

3.3 實(shí)踐課程中的運(yùn)用

搭建虛擬現(xiàn)實(shí)場景漫游平臺(tái)對(duì)于實(shí)踐課程，線上教學(xué)中學(xué)生無法接觸到教學(xué)用具。目前學(xué)生大多使用手機(jī)玩網(wǎng)絡(luò)游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的搭建可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)操作更加直觀，同時(shí)在操作過程中學(xué)生能夠及時(shí)得到操作提示，對(duì)于不符合操作規(guī)程的學(xué)生，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄形成錯(cuò)題集。一方面有利于學(xué)生在下一次的學(xué)習(xí)中記住操作規(guī)程，另一方面教師在后臺(tái)可獲取學(xué)生錯(cuò)誤率高的操作步驟，得到有效教學(xué)反饋。通過虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)開展教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)初步獲得實(shí)踐課程操作規(guī)程。后期線下課堂中學(xué)生能夠按照規(guī)程實(shí)操設(shè)備，提高了學(xué)校效果，減少了學(xué)生錯(cuò)誤率[9]。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新型科學(xué)技術(shù)仍然存在較多的問題。例如，計(jì)算機(jī)設(shè)備生成虛擬環(huán)境的時(shí)候，技術(shù)操作工作人員對(duì)設(shè)備頭部進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)之后，計(jì)算機(jī)設(shè)備就需要更新三維圖像.由于對(duì)圖像數(shù)據(jù)更新的過程中，數(shù)據(jù)量過大導(dǎo)致計(jì)算機(jī)沒有辦法實(shí)時(shí)地進(jìn)行運(yùn)算，出現(xiàn)系統(tǒng)滯后的狀況。加之，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備在運(yùn)用的過程中出現(xiàn)的視覺信號(hào)和人體感覺存在較大的差異，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致使用者出現(xiàn)眩暈和頭痛等狀況。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還有較大的發(fā)展?jié)摿?，急需技術(shù)研究人員對(duì)技術(shù)不斷升級(jí)和完善，從而促使我國各個(gè)領(lǐng)域都能夠廣泛運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，保障工作效率。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】