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Un breve análisis del documento modelo de 2000 palabras sobre tecnología de realidad virtual (2)

Documento sobre tecnología de realidad virtual de 2000 palabras

La tecnología de realidad virtual es una ciencia y tecnología integral que cubre múltiples disciplinas en el campo de la tecnología informática y se ha utilizado en muchos campos en la realidad.

Tecnología de realidad virtual; tecnología de realidad virtual

1. El concepto de tecnología de realidad virtual

La tecnología de realidad virtual es una tecnología de realidad virtual que permite a las personas experimentar la realidad. las mismas cosas y cosas en el mundo de la información virtual creado por computadoras que en el mundo real. Tiene las características básicas de multipercepción, inmersión, interacción e intención. Esta tecnología virtual integra tecnología de gráficos por computadora, tecnología de simulación realista, tecnología multimedia y otras tecnologías científicas. Puede simular funciones visuales, auditivas, táctiles y otras funciones sensoriales humanas. Al permitir que las personas se comuniquen en tiempo real a través del lenguaje, el movimiento, etc. en un mundo virtual creado por computadoras, se puede decir que las perspectivas de desarrollo de esta tecnología son muy amplias.

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

(1) Las características multisensoriales se refieren a sistemas de percepción como la visión, la fuerza, el tacto, el movimiento, el gusto y el olfato. Desde la perspectiva del desarrollo de la tecnología de realidad virtual ideal humana, se espera que pueda simular completamente todas las percepciones en la realidad. Sin embargo, debido a las limitaciones del dominio tecnológico y la tecnología de detección actuales, solo puede simular las percepciones mencionadas anteriormente. como sistema de visión, fuerza, tacto, movimiento, gusto, olfato, etc.

2 Inmersión, también conocida como inmersión o presencia, existencia, etc. , se refiere específicamente a la experiencia real de las personas que existen en el mundo virtual en primera persona. Por supuesto, la tecnología actual aún no es óptima.

③Interactividad significa que al agarrar y usar ciertos objetos, las personas pueden sentir el peso, la forma, el color y otra información interactiva entre las personas y los objetos, como en la realidad.

(4) Concepción, es decir, en el mundo virtual, lo que quieres hacer se presenta en el mundo virtual. ¿Qué efecto se puede lograr al hacerlo? Incluso puedes concebir cosas y cosas en el mundo virtual que son imposibles de existir en el mundo real.

3. Ámbito de aplicación de la tecnología de realidad virtual

La tecnología de realidad virtual ha pasado por décadas desde su nacimiento y su ámbito de aplicación es cada vez más amplio, como la medicina, que puede proporcionar simulaciones. para médicos La cirugía mejora enormemente la tasa de éxito de la cirugía en la realidad, así como la militar, la tecnología, los negocios, la construcción, el entretenimiento, la vida, etc.

4. Tecnologías relacionadas implicadas en la tecnología VR.

①Tecnología de realidad de visión estereoscópica: la información que las personas obtienen a través de la visión es la mayor parte de todos los sentidos humanos, por lo que la tecnología de visualización estereoscópica juega un papel indispensable en la tecnología de realidad virtual.

②Tecnología de construcción del entorno: en el mundo virtual, el entorno de los componentes es una parte importante. Para crear un entorno regional, primero debe crear un entorno o módulo de construcción y luego realizar una descripción en tiempo real y una visualización tridimensional sobre esta base para formar un entorno regional virtual.

(3) Tecnología de renderizado en tiempo real: para lograr lo mismo en el mundo virtual que en el mundo real, no basta con depender únicamente de la tecnología de visualización estereoscópica. El mundo virtual debe tener un sentido de realidad y tiempo real. En pocas palabras, es una tecnología que realiza el peso, la masa, el color, la posición relativa y la relación de oclusión de un objeto.

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. Por ejemplo, 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 pueden dividir en dos categorías: una se basa en Un dispositivo interactivo natural se utiliza 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 transmitirla 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.

Data Glove es una plataforma de realidad virtual multimodal.

A través de la programación de software, puede agarrar, mover y rotar objetos en escenas virtuales, y también puede usarse como herramienta para controlar la itinerancia de escenas. La aparición de guantes de datos proporciona un nuevo método interactivo para los sistemas de realidad virtual. Actualmente, los productos pueden detectar la flexión de un dedo y utilizar sensores de posicionamiento magnético para señalar la posición de la mano en un espacio tridimensional. ¿Qué es este guante de datos que combina pruebas de flexión de dedos y pruebas de posicionamiento espacial? ¿Guantes reales? 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 sistemas de realidad virtual y se utiliza para reconocer movimientos de todo el cuerpo. El conjunto de datos mide aproximadamente 50 articulaciones diferentes del cuerpo humano, incluidas rodillas, brazos, torso y pies. Mediante conversión fotoeléctrica, la computadora identifica la información del movimiento del cuerpo humano. Los datos interactivos se visten de realidad virtual a través de pantallas boom y guantes de datos.

②Dispositivo de salida

Para reflejar la sensación de estar inmerso en el mundo virtual, las personas deben realizar múltiples sentidos en el mundo real, como la visión, el oído, el tacto, la fuerza, olfato y gusto Espere, pero la tecnología virtual actual solo realiza la visión, el oído y el tacto.

③VR constituye un equipo.

El equipo principal para la composición del mundo de la realidad virtual es la propia computadora. Todas las escenas del mundo virtual son creadas por modelos, y todos estos modelos están hechos por computadoras. Generalmente, las computadoras se dividen en cuatro partes: en primer lugar, computadoras personales de alta configuración, que se utilizan especialmente para tarjetas aceleradoras de configuración de gráficos ordinarias y se implementan como funciones de escritorio en tecnología de realidad virtual; en segundo lugar, las estaciones de trabajo de gráficos de alto rendimiento son gráficos de alta configuración; procesamiento de computadoras; en tercer lugar: computadora de sistema paralelo de altura; en cuarto lugar, implementación virtual distribuida de cuatro categorías de computadoras.

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

Con el continuo desarrollo 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 dificultades en el avance de la tecnología de realidad virtual. En teoría, es posible analizar instantáneamente mundos virtuales itinerantes en tiempo real y de alta fidelidad, pero al menos en las circunstancias actuales, no cumple con los requisitos teóricos. Esta tecnología teórica requiere el soporte de potentes requisitos de configuración de hardware, como computadoras gráficas extremadamente rápidas y tarjetas aceleradoras de gráficos 3D. Sin embargo, con los equipos actuales, las computadoras de procesamiento de gráficos en tiempo real más rápidas no pueden lograr compañeros de trabajo muy realistas ni mundos virtuales interactivos en tiempo real. La razón fundamental es que cuando se introduce la interacción entre las personas y el mundo virtual y es necesario generar inmediatamente un nuevo modelo dinámico, no se pueden lograr efectos en tiempo real y se debe reducir la claridad del módulo gráfico para reducir el tiempo de procesamiento. Esto conduce directamente a que el mundo virtual se vuelva real hasta cierto punto. La reducción del sentido 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 son las características dinámicas del mundo virtual que cambian constantemente con la posición y dirección de la persona. En pocas palabras, es la escena del módulo de gráficos generada inmediatamente después de mover la posición y dirección. Existen dos indicadores para medir el efecto y el grado de inmersión del usuario en el mundo virtual. Una son las características dinámicas mencionadas anteriormente; la segunda son las características de retardo de la interacción. El número de cuadros para gráficos dinámicos naturales es 30, al menos no menos de 10; 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, como los cambios de posición y el control de dirección cuando las personas vuelan en un avión. En este momento, el sistema debería generar inmediatamente una imagen gráfica relativa, y el retraso de tiempo durante este período no debería ser superior a 0,1 segundos y no debería ser superior a 1/4 de segundo como máximo. De lo contrario, al trabajar durante mucho tiempo, las personas se sentirán fácilmente cansadas, irritables o con náuseas, lo que tendrá graves consecuencias. ¿Real? Este sentimiento. Los dos indicadores anteriores son 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 de la interacción; además de la entrada interactiva y su tiempo de procesamiento, la velocidad de generación de gráficos también es un factor importante. Los factores mencionados anteriormente, además de los factores tecnológicos de la aplicación, como la complejidad de la escena virtual, el realismo requerido para la generación del módulo de gráficos, etc., también están directamente relacionados con la composición del hardware del procesamiento de gráficos.

7. El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual en varios países

①El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual en los Estados Unidos

Estados Unidos es el lugar de nacimiento de la investigación en tecnología de realidad virtual , y el nacimiento de la tecnología de realidad virtual se remonta a la década de 1940. La tecnología de realidad virtual inicialmente estudiada sólo fue utilizada por el ejército estadounidense para el entrenamiento de simulación de pilotos de vuelo y astronautas. Sin embargo, con los fuertes recortes en el gasto militar estadounidense después del final de la Guerra Fría, la tecnología de realidad virtual se ha ido desplazando gradualmente hacia el uso civil. En la actualidad, la investigación básica en esta área en los Estados Unidos se centra principalmente en cuatro aspectos: percepción, interfaz de usuario y software y hardware en segundo plano.

En la década de 1980, la NASA y el Departamento de Defensa de Estados Unidos organizaron una serie de estudios sobre tecnología de realidad virtual y lograron resultados de investigación notables. El Laboratorio Ames de la NASA está trabajando en un proyecto llamado. ¿Exploración virtual de planetas? Plano experimental. Ahora, la NASA ha establecido un sistema de entrenamiento de simulación de mantenimiento de aviación y satélites, un sistema de entrenamiento de simulación de estaciones espaciales y un sistema educativo de simulación a nivel nacional. La especialización en informática de la Universidad de Carolina del Norte es la primera y más famosa universidad en estudiar 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 para la simulación de fluidos en tiempo real en un entorno virtual dinámico. El centro de investigación de Xerox se dedica principalmente a la investigación sobre el uso de VRT para construir futuras oficinas en el campo de la tecnología de realidad simulada y se compromete a 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 sin papel. El sistema de realidad virtual desarrollado se utiliza para superponer el entorno virtual al entorno real y mostrar la plantilla virtual en la pieza de trabajo que se está procesando. Los trabajadores pueden controlar las dimensiones a procesar según esta plantilla, simplificando así el proceso de procesamiento.

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

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

En Europa, el Reino Unido ha desarrollado algunos aspectos de la realidad virtual, especialmente en el procesamiento paralelo distribuido y el diseño de equipos auxiliares (incluida la retroalimentación táctil). e Investigación aplicada. Es líder en Europa. La empresa británica Bristol descubrió que la intersección de las aplicaciones de realidad virtual debería centrarse en la tecnología integrada en general, y son líderes en ciertas áreas de software y hardware. Los experimentos de investigación de telepresencia de la empresa británica ARRL incluyen principalmente la reconstrucción de la realidad virtual. Sus productos también incluyen informática de visualización científica y arquitectónica.

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

El entorno interactivo virtual distribuido sueco DIVE es un sistema distribuido heterogéneo basado en Unix. Múltiples procesos en diferentes nodos pueden funcionar en el mismo mundo.

El sistema de capacitación y simulación desarrollado por el Laboratorio de Electrónica Física (TNO-PEL) del Instituto de Investigación TNO en La Haya, Países Bajos, mejora el sistema de simulación existente al mejorar la interfaz hombre-computadora, lo que permite a los usuarios participar en el entorno de simulación medio.

Alemania ha conseguido resultados inesperados en la aplicación de la realidad virtual. En la transformación industrial tradicional, uno se utiliza para el diseño de productos para reducir costos y evitar riesgos en el desarrollo de nuevos productos; el otro es la demostración de productos para atraer clientes y obtener pedidos; el tercero se utiliza para capacitación, utilizando tecnología virtual antes de instalar nuevos equipos de producción; en uso. La fábrica mejora el nivel operativo de los trabajadores. 27-29 de junio de 2008 La Conferencia sobre tecnología y software de realidad virtual del simposio ACM celebrada en Francia el 27 de octubre promovió el desarrollo en profundidad de la tecnología de realidad virtual en su conjunto.

③El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual japonesa

El desarrollo de la tecnología de realidad virtual japonesa también ocupa una posición importante en la investigación de campos relacionados en el mundo. En este sentido, se han logrado grandes logros en el establecimiento de una base de conocimientos de realidad virtual a gran escala y juegos de realidad virtual.

En el Laboratorio de Precisión e Inteligencia del Instituto Tecnológico de Tokio se investiga una interfaz humanizada para construir modelos 3D llamada SpmAR NEC Company. Se desarrolló un sistema de realidad virtual que utiliza manos sustitutas para manejar modelos tridimensionales del cuerpo humano en CAD.

El procesamiento del modelo está conectado a la mano del operador a través de un guante de datos; el Instituto de Investigación Científica de Productos del Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón ha desarrollado un dispositivo de retroalimentación de fuerza utilizando grabadores X e Y. La investigación del Centro de Investigación Científica Avanzada de la Universidad de Tokio se centra principalmente en el control remoto. Su proyecto de investigación más reciente es un sistema maestro-esclavo que permite a los usuarios controlar sistemas de cámaras remotas y brazos robóticos seguidores que simulan manos humanas. El Laboratorio Hirose de la Universidad de Tokio se centra en la visualización de la realidad virtual. Están desarrollando sistemas holográficos virtuales para superar las limitaciones de las tecnologías actuales de visualización e interacción. En 2004, un equipo de investigación dirigido por el profesor Hiroshi Chihara de la Escuela de Graduados en Tecnología Avanzada de Nara en Japón desarrolló un simulador olfativo. Siempre que coloques la fruta en el espacio virtual en la punta de tu nariz y la huelas, el dispositivo emitirá la fragancia de la fruta en la punta de tu nariz. Este es un gran avance en el campo de la investigación olfativa que utiliza la realidad virtual. tecnología.

④El estado actual de la investigación de la tecnología de realidad virtual en mi país

En comparación con algunos países desarrollados, mi país todavía tiene un largo camino por recorrer en la investigación de la tecnología de realidad virtual. Con el rápido desarrollo de los gráficos por computadora, la ingeniería de sistemas informáticos y otras tecnologías, la tecnología de realidad virtual ha recibido una atención considerable, despertando 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 modelos de escenas virtuales y el desarrollo de sistemas de realidad virtual distribuidos se están desarrollando en profundidad y amplitud. La Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología y el Ministerio de Defensa Nacional, Ciencia, Tecnología e Industria han incluido la investigación de la tecnología de realidad virtual como un proyecto de investigación clave. Muchas instituciones de investigación y universidades nacionales también están llevando a cabo investigaciones y aplicaciones de la realidad virtual y lo han logrado. algunos buenos resultados de investigación.

El Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Beihang es también una de las primeras y más autorizadas instituciones de China en llevar a cabo investigaciones sobre realidad virtual. Su laboratorio de nuevas tecnologías de implementación y visualización virtual integra un entorno virtual distribuido y puede proporcionar una base de datos dinámica tridimensional en tiempo real, un entorno de demostración de realidad virtual, un sistema de realidad virtual para la formación de pilotos, una plataforma de desarrollo de sistemas de aplicaciones de realidad virtual, etc. , y ha avanzado en los siguientes aspectos: centrándose en la representación y procesamiento de características físicas de objetos en entornos virtuales en la interfaz de visualización de realidad virtual, se ha desarrollado algo de hardware y se han propuesto algoritmos y métodos de implementación relacionados;

¿Producido por el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de Discos Ópticos de la Universidad de Tsinghua? ¿Palacio de Potala? , utilizando la tecnología QuickTime para realizar un sistema de realidad virtual panorámica; el Laboratorio Estatal Clave de CAD y CG de la Universidad de Zhejiang ha desarrollado un sistema de itinerancia en tiempo real con un entorno arquitectónico virtual de escritorio. 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 la sincronización de gestos, movimientos de cabeza y entonación de voz cuando las personas hablan.

8. Resumen de aprendizaje y experiencia

La tecnología de realidad virtual es un proyecto de investigación con gran potencial y una de las tecnologías importantes del futuro. Se basa en muchas técnicas de los campos de la teoría, el software y el hardware. Por supuesto, muchas de ellas son solo implementaciones teóricas y es necesario mejorar el hardware. Sin embargo, se puede ver que la tecnología de realidad virtual definitivamente se utilizará ampliamente en el futuro.

Este artículo presenta el concepto, las características, el alcance de la aplicación, las tecnologías relacionadas, los equipos involucrados, las dificultades en la implementación de la tecnología y el estado de la investigación en varios países. Lo más importante es que a través del estudio de este proyecto técnico aprendimos más sobre las computadoras y más sobre los dispositivos de hardware entre computadoras, lo que despertó nuestro gran interés por la tecnología de realidad virtual. En el futuro, continuaremos prestando atención al desarrollo de la tecnología de realidad virtual y, si tenemos la oportunidad, definitivamente contribuiremos a esta tecnología.

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