Red de conocimiento informático - Problemas con los teléfonos móviles - Muestra de 2000 palabras de documento de análisis breve sobre tecnología de realidad virtual (2)

Muestra de 2000 palabras de documento de análisis breve sobre tecnología de realidad virtual (2)

Documento de 2000 palabras sobre tecnología de realidad virtual, parte 2

Resumen La tecnología de realidad virtual es una ciencia y tecnología integral que incluye múltiples disciplinas en el campo de la tecnología informática en la actualidad. Esta tecnología se ha aplicado en la realidad. . en muchos campos.

Palabras clave Tecnología VR; tecnología de realidad virtual

1. El concepto de tecnología de realidad virtual

La tecnología VR es tecnología de realidad virtual, que es una tecnología que puede hacer realidad Las personas en el mundo de la información virtual creado por computadoras experimentan las mismas cosas y objetos que en el mundo real. Tiene las características básicas de multipercepción, inmersión, interactividad e imaginación. Esta tecnología virtual integra diversas ciencias y tecnologías, como tecnología de gráficos por computadora, tecnología de simulación de realidad, tecnología multimedia, etc. Puede simular funciones visuales, auditivas, táctiles y otras funciones sensoriales humanas. Se puede decir que las perspectivas de desarrollo de esta tecnología son muy amplias, permitiendo a las personas comunicarse en tiempo real a través del lenguaje, el movimiento, etc. en el mundo virtual creado por las computadoras.

2. Introducción a las características de la tecnología de realidad virtual

① Las características multisensoriales se refieren a los sistemas de percepción de visión, fuerza, tacto, movimiento, gusto, olfato, etc. Desde el ideal de los seres humanos, el desarrollo de la tecnología de realidad virtual espera simular completamente todas las percepciones en la realidad. Sin embargo, debido a las limitaciones del dominio técnico y la tecnología de detección actuales, solo puede simular la visión, la fuerza, el tacto y el movimiento anteriores. y el gusto, el olfato y otros sistemas sensoriales.

②La inmersión también se llama inmersión o sensación de presencia, sentido de presencia, etc. En concreto, se refiere a la experiencia real de las personas existiendo en el mundo virtual en primera persona. Por supuesto, la tecnología actual aún no ha alcanzado el nivel óptimo.

③Interactividad significa que en el mundo virtual, las personas pueden sentir el peso y la forma de los objetos que tocan a través de acciones como agarrar y usar algunos objetos, como en la realidad. Color y brillo y otra información interactiva entre ellos. personas y objetos.

④Conceptualidad, es decir, en el mundo virtual, ¿qué efecto se puede lograr al hacer esto? ¿Qué tipo de efecto se puede lograr? ¿Eso? El efecto es que las cosas y objetos que no pueden existir en el mundo real pueden incluso imaginarse en el mundo virtual.

3. Ámbito de aplicación de la tecnología de realidad virtual

La tecnología de realidad virtual ha pasado por varias décadas desde su nacimiento hasta el presente, y su alcance de aplicación es cada vez más amplio, por ejemplo, en medicina. , se puede proporcionar a los médicos que realicen cirugías simuladas, lo que mejora en gran medida las posibilidades de éxito en cirugías de la vida real, así como en cirugías militares, tecnológicas, comerciales, de construcción, de entretenimiento, de la vida, etc.

4. Tecnologías relacionadas involucradas en la tecnología VR

①Tecnología de realidad de visión estereoscópica: la información que una persona obtiene a través de la visión es el sentido más común entre todos los sentidos de una persona, por lo que Tres- La tecnología de visualización dimensional ocupa una posición indispensable e importante en la tecnología de realidad virtual.

②Tecnología de construcción del entorno: en el mundo virtual, el entorno de componentes es un vínculo importante para crear un entorno regional, primero debe crear un entorno o un módulo de construcción y luego realizar una representación en tiempo real sobre esta base. , visualización tridimensional, formando así un entorno regional virtual.

③Tecnología de representación realista en tiempo real: para lograr lo mismo en el mundo virtual que en el mundo real, la tecnología de visualización estereoscópica por sí sola no es suficiente. Debe haber una sensación de realidad y tiempo real en el. mundo virtual.Simple En otras palabras, es una tecnología que realiza el peso, la calidad, el color, la posición relativa, la relación de oclusión, etc.

④Tecnología de implementación de sonido del mundo virtual: aunque la visión es una de las formas importantes de obtener información en el mundo virtual, además de la visión, existen muchos sistemas sensoriales que pueden obtener información circundante. Al igual que la audición, esta tecnología consiste en realizar sonidos en el mundo virtual, de modo que las personas no solo puedan ver sino también oír en el mundo virtual.

5. Dispositivos de hardware involucrados en la tecnología de realidad virtual

①Dispositivos de entrada

Los dispositivos de entrada de hardware relacionados con la tecnología de realidad virtual se dividen en dos categorías: una. en la naturaleza se utilizan para ingresar información en el mundo virtual; el otro es un dispositivo de seguimiento de posicionamiento tridimensional, que se utiliza principalmente para determinar la posición del dispositivo de entrada en el mundo virtual y transportarlo al mundo virtual.

Existen muchas formas de interacción natural entre el mundo virtual y las personas, como guantes de datos, ropa de datos, controladores 3D, escáneres 3D, etc.

El guante de datos es un hardware de realidad virtual multimodal. A través de la programación de software, puede realizar acciones como agarrar, mover y rotar objetos en escenas virtuales. Se utiliza como una herramienta para controlar la navegación por la escena. La aparición de guantes de datos proporciona un nuevo método interactivo para los sistemas de realidad virtual. Los productos actuales ya pueden detectar la flexión de los dedos y utilizar sensores de posicionamiento magnético para localizar con precisión la posición de la mano en un espacio tridimensional. Este guante de datos que combina pruebas de flexión de dedos y pruebas de posicionamiento espacial se denomina "guante real" y puede proporcionar a los usuarios un método de interacción tridimensional muy real y natural.

El traje de datos es un dispositivo de entrada diseñado para permitir que el sistema de realidad virtual reconozca los movimientos corporales. El traje de datos mide aproximadamente 50 articulaciones diferentes del cuerpo humano, incluidas rodillas, brazos, torso y pies. A través de la conversión fotoeléctrica, la computadora reconoce la información del movimiento del cuerpo. Interactúe con trajes de datos de realidad virtual a través de pantallas BOOM y guantes de datos.

　②Dispositivo de salida

Para que las personas se sientan inmersas en el mundo virtual, deben realizar una variedad de sensaciones en el mundo real, como la vista, el oído, el tacto, la fuerza, olfato, sensaciones sensoriales como el gusto, pero la tecnología virtual actual sólo realiza la visión, el oído y el tacto.

　③Equipo de composición VR

El equipo principal para la composición del mundo de realidad virtual es la propia computadora. Todas las escenas del mundo virtual se crean una por una, y estos modelos se fabrican. por computadora. Las computadoras generales se dividen en cuatro partes: primero: una computadora personal de alta configuración, que se utiliza especialmente para tarjetas aceleradoras de configuración de gráficos comunes e implementa funciones de escritorio en tecnología VR; segundo: una estación de trabajo de gráficos de alto rendimiento, que es una estación de trabajo de alto rendimiento; estación de trabajo de gráficos; computadora de procesamiento de gráficos de configuración; tercero: computadora de sistema altamente paralelo; cuarta: computadora de implementación virtual distribuida y otras cuatro categorías.

6. Discusión sobre las dificultades de la tecnología de realidad virtual

Con el desarrollo continuo de las computadoras, la interacción entre humanos y computadoras ha mejorado enormemente. Esta tecnología se ha convertido en el principal medio para establecer la tecnología de realidad virtual. Sin embargo, la realidad en tiempo real siempre ha sido una de las principales dificultades que ha obstaculizado el avance de la tecnología VR. Aunque teóricamente es posible analizar un mundo virtual altamente realista y itinerante en tiempo real, al menos según la situación actual. todavía no puede cumplir con los requisitos teóricos. Esta tecnología teórica requiere fuertes requisitos de configuración de hardware, como computadoras gráficas extremadamente rápidas y tarjetas aceleradoras de gráficos tridimensionales. Sin embargo, a juzgar por el equipo actual, incluso las computadoras de procesamiento de gráficos más rápidas no pueden lograr colegas muy realistas y un mundo virtual de interacción en tiempo real. . La razón fundamental es que debido a la introducción de la interacción entre las personas y el mundo virtual, cuando es necesario generar un nuevo modelo dinámico en tiempo real, no se pueden lograr efectos en tiempo real, por lo que se debe reducir la definición del módulo gráfico. Para reducir el tiempo de procesamiento, esto conduce directamente a una cierta reducción en el realismo del mundo virtual. Este es el llamado problema de complejidad de la escena.

La generación de módulos gráficos es un cuello de botella importante en el mundo virtual. Una característica importante del mundo virtual es sentir las características dinámicas del mundo virtual a medida que la posición y la dirección de la persona continúan cambiando. simplemente, te mueves. Después de hacer clic en la posición y dirección, puedes ver la escena del módulo de gráficos generado en tiempo real. Existen dos indicadores que miden la efectividad y el grado de inmersión del usuario en el mundo virtual. Una son las características dinámicas mencionadas anteriormente; la otra son las características de retardo de la interacción. El número de fotogramas para la formación de gráficos dinámicos naturales es de 30 fotogramas, al menos no menos de 10 fotogramas, de lo contrario la imagen general tendrá una grave sensación de discontinuidad y movimiento. El retraso en la interacción es otro indicador importante que afecta a los usuarios. Por ejemplo, cuando una persona está volando en un avión, la posición cambia y se controla la dirección. En este momento, el sistema debe generar inmediatamente una imagen gráfica relativa y el tiempo de retraso. este período no debe ser mayor a 0,1 segundos, o como máximo no puede ser mayor a 1/4 de segundo. De lo contrario, durante el trabajo prolongado, las personas sentirán fácilmente fatiga, irritabilidad o náuseas, lo que afectará gravemente la sensación "real". Ambos indicadores anteriores dependen de la velocidad del procesamiento de gráficos por computadora. Para la generación de gráficos de módulos dinámicos, el tiempo de generación de gráficos de cada cuadro es mejor entre 30 y 50 milisegundos; para el retraso interactivo, además de la entrada interactiva y su tiempo de procesamiento, la velocidad de generación de gráficos también es un factor importante. Los factores descritos anteriormente están directamente relacionados con los componentes de hardware del procesamiento de gráficos. Además, también existen factores que dependen de la tecnología de la aplicación, como la complejidad de la escena virtual y el realismo requerido para la generación del módulo de gráficos, etc.

7. Estado de la investigación de la tecnología de realidad virtual en varios países

①Estado de la investigación de la tecnología de realidad virtual en los Estados Unidos

Estados Unidos es el lugar de nacimiento de la investigación de la tecnología de realidad virtual y el nacimiento de la tecnología de realidad virtual La tecnología de la realidad se remonta al siglo pasado. La tecnología de realidad virtual inicialmente estudiada sólo fue utilizada por el ejército estadounidense para el entrenamiento de simulación de pilotos y astronautas. Sin embargo, con la importante reducción del gasto militar estadounidense tras el fin de la Guerra Fría, la tecnología de realidad virtual se ha ido desplazando gradualmente hacia el uso civil. Actualmente, la investigación básica en este campo en Estados Unidos se centra principalmente en cuatro aspectos: percepción, interfaz de usuario, software y hardware en segundo plano.

En la década de 1980, la NASA y el Departamento de Defensa de EE. UU. organizaron una serie de investigaciones sobre tecnología de realidad virtual y lograron resultados de investigación notables. El Laboratorio Ames de la NASA está comprometido con un plan experimental llamado "Exploración de planetas virtuales". Ahora la NASA ha establecido un sistema de entrenamiento por simulación para el mantenimiento de aviación y satélites, un sistema de entrenamiento por simulación para la estación espacial y ha establecido un sistema educativo por simulación que se puede utilizar en todo el país. La especialidad de informática de la Universidad de Carolina del Norte es la primera y más famosa universidad en realizar investigaciones sobre tecnología de visualización virtual. Estudian principalmente modelado molecular, conducción de aviación, simulación quirúrgica, simulación de construcción, etc. La Universidad George Mason ha desarrollado un sistema de simulación de fluidos en tiempo real en un entorno virtual dinámico. En el campo de la tecnología de realidad simulada, el Centro de Investigación de Xerox Corporation se dedica principalmente a la investigación sobre el uso de VRT para construir futuras oficinas y está trabajando arduamente para diseñar un sistema de ventanas basado en tecnología de realidad simulada para facilitar el acceso a los datos. El avión de transporte Boeing 777 de Boeing adopta un diseño completamente sin papel. Utiliza el sistema de realidad virtual desarrollado para superponer el entorno virtual al entorno real y mostrar una plantilla virtual en la pieza de trabajo que se procesa. Los trabajadores controlan las dimensiones a procesar en función de esta plantilla. , simplificando así el proceso de procesamiento.

La tecnología de procesamiento de imágenes y gráficos y la tecnología de sensores son las principales tecnologías para los proyectos de realidad virtual mencionados anteriormente. En la actualidad, la dinámica del espacio y la naturaleza del tiempo real son los principales focos de esta tecnología.

②El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual en Europa

En Europa, el Reino Unido se encuentra en algunos aspectos del desarrollo de la realidad virtual, especialmente en el diseño y la aplicación de procesamiento paralelo distribuido y equipos auxiliares ( incluyendo retroalimentación táctil) Aspecto de investigación. Es líder en Europa. La empresa británica Bristol ha descubierto que la intersección de las aplicaciones de realidad virtual debería centrarse en una tecnología integral y en general, y son líderes en algunas áreas de software y hardware. Los experimentos de investigación de la empresa británica ARRL sobre presentación remota incluyen principalmente cuestiones de reconstrucción de realidad virtual. Sus productos también incluyen informática de visualización científica y arquitectónica.

Algunos otros países más desarrollados de Europa, como los Países Bajos, Alemania, Suecia, etc., también han llevado a cabo activamente investigaciones y aplicaciones de realidad virtual.

El entorno interactivo virtual distribuido DIVE de Suecia es un sistema distribuido heterogéneo basado en Unix en el que múltiples procesos en diferentes nodos pueden funcionar en el mismo mundo.

El sistema de entrenamiento y simulación desarrollado por el Laboratorio de Electrónica Física (TNO-PEL) del Instituto TNO en La Haya, Países Bajos, mejora el sistema de simulación existente mejorando la interfaz hombre-máquina para permitir a los usuarios participar plenamente en el entorno de simulación.

Alemania ha conseguido resultados inesperados en la aplicación de la realidad virtual. En términos de transformar las industrias tradicionales, el primero es para el diseño de productos, reducir costos y evitar los riesgos del desarrollo de nuevos productos; el segundo es para demostraciones de productos para atraer clientes y ganar pedidos; el tercero es para capacitación, utilizando fábricas virtuales antes de la nueva producción; Se pone en uso el equipo. Mejorar el nivel operativo de los trabajadores. El Simposio ACM sobre software y tecnología de realidad virtual celebrado en Francia del 27 al 29 de octubre de 2008 promovió en general el desarrollo en profundidad de la tecnología de realidad virtual.

　③El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual en Japón

El desarrollo de la tecnología de realidad virtual en Japón también juega un papel decisivo en la investigación de campos relacionados en el mundo. papel importante en el establecimiento de una base de conocimientos de realidad virtual a gran escala y se han logrado grandes logros en los juegos de realidad virtual.

En el Laboratorio de Precisión e Inteligencia del Instituto de Tecnología de Tokio se estudió una interfaz amigable para los humanos para construir modelos tridimensionales, llamada SpmAR. NEC Corporation desarrolló un sistema de realidad virtual que utiliza manos sustitutas para manejar CAD. Modelo de cuerpo tridimensional.

El procesamiento del modelo está vinculado a las manos del operador a través de guantes de datos; el Instituto de Investigación Científica de Productos del Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón desarrolló un dispositivo de retroalimentación de fuerza utilizando un registrador x, Y el Centro de Investigación Científica Avanzada de la Universidad; de Tokio La investigación se centra principalmente en el control remoto. Su reciente proyecto de investigación es un sistema maestro-esclavo que permite a los usuarios controlar un sistema de cámara remota y un brazo robótico de seguimiento que simula una mano humana. Tokio se centra en la visualización de la realidad virtual. Están desarrollando un sistema holográfico virtual para superar las limitaciones de las tecnologías actuales de visualización e interacción; un equipo de investigación dirigido por Kunihiro Chihara, profesor de la Escuela de Graduados en Tecnología Avanzada de Nara en Japón, desarrolló un simulador olfativo en 2004 que simplemente dice Cuando tú. Coloque la fruta en el espacio virtual hasta la punta de la nariz y huela, el dispositivo liberará la fragancia de la fruta en la punta de la nariz. Este es un gran avance en el campo de la investigación olfativa que utiliza tecnología de realidad virtual.

④El estado actual de la investigación nacional sobre tecnología de realidad virtual

En comparación con algunos países desarrollados, la investigación sobre tecnología de realidad virtual en mi país todavía está muy por detrás del desarrollo de los gráficos por computadora. sistemas informáticos Con el rápido desarrollo de la ingeniería y otras tecnologías, la tecnología de realidad virtual ha recibido una atención considerable, atrayendo el interés y la atención de personas de todos los ámbitos de la vida en nuestro país La investigación y aplicación de la realidad virtual, el establecimiento de entornos virtuales y virtuales. Los modelos de escena y el desarrollo de sistemas de realidad virtual distribuidos se están desarrollando en profundidad y amplitud. La Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología, Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional ha incluido la investigación sobre tecnología de realidad virtual como un proyecto de investigación clave. Muchas instituciones de investigación y universidades nacionales también están realizando investigaciones y aplicaciones de la realidad virtual y han logrado algunas buenas investigaciones. resultados.

El Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Beihang es también una de las primeras y más autorizadas unidades de China en realizar investigaciones de realidad virtual. Su laboratorio de nuevas tecnologías de implementación y visualización virtual integra un entorno virtual distribuido y puede proporcionar información real. tiempo bases de datos dinámicas tridimensionales, entorno de demostración de realidad virtual, sistema de realidad virtual para formación de pilotos, plataforma de desarrollo de sistemas de aplicación de realidad virtual, etc., y han avanzado en los siguientes aspectos: centrándose en la representación y procesamiento de propiedades físicas de. objetos en entornos virtuales En términos de interfaz visual, desarrollamos algo de hardware y propusimos algoritmos y métodos de implementación relevantes.

El "Palacio de Potala" fabricado por el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de Discos Ópticos de la Universidad de Tsinghua utiliza la tecnología QuickTime para realizar una gran producción panorámica de realidad virtual. El Laboratorio Nacional Clave de CAD&CG de la Universidad de Zhejiang ha desarrollado un entorno arquitectónico virtual de escritorio; El sistema de itinerancia en tiempo real; el Departamento de Computación del Instituto de Tecnología de Harbin ha sintetizado con éxito imágenes faciales específicas en comportamientos humanos avanzados, ha resuelto los problemas técnicos de síntesis de expresiones y síntesis de movimientos de labios y está estudiando los gestos y movimientos de la cabeza de las personas al hablar. Sincronización de voz y entonación, etc.

8. Resumen de aprendizaje y experiencia

La tecnología de realidad virtual es un proyecto de investigación con un gran potencial y una de las tecnologías importantes del futuro. Se basa en muchas tecnologías, ya sea en el campo de la teoría, el software o el hardware. Por supuesto, hay muchas tecnologías que solo implementan la teoría y el aspecto del hardware aún necesita mejorarse. Sin embargo, se puede ver que la tecnología de realidad virtual definitivamente se utilizará ampliamente en el futuro.

Este artículo describe el concepto, las características, el alcance de la aplicación, las tecnologías relacionadas, los equipos involucrados, las dificultades de implementación técnica y el estado de la investigación en varios países de la tecnología de realidad virtual. Lo más importante es que a través del estudio de este proyecto técnico, aprendimos más sobre conocimientos informáticos y también aprendimos más sobre los equipos de hardware relacionados con las computadoras, lo que nos dio una sólida comprensión de la tecnología de realidad virtual. Interesados, continuaremos. Preste atención al desarrollo de la tecnología de realidad virtual en el futuro y definitivamente contribuirá a esta tecnología si existe la oportunidad.

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