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浅析虚拟现实技术应用的重要意义


中国西部科技

2009年4月(下旬)第08卷第12期总 第173期

浅析虚拟现实技术应用的重要意义
王小峰
(海南大学信息科学技术学院,海南 海口 570228) 摘 要:虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔(用来显示立体图 像 的头式显示器),手持传感手套,仿佛置身于一个幻

觉世界中,在虚拟环境中漫游,并允许操作其中的“物体”。研究 虚拟现实技术应用的现实意义对虚拟现实技术今后的发展与完善具有非常重要的参考价值。 关键词:虚拟现实;主要特征;主要应用



虚拟现实的内涵 虚拟现实,简称为VR,是近几年来国内外科技界关注的

等几种。 (2)侵没感。又称临场感,指用户感到作为主角存在 于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户全 身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的 一切看上去是真的,听上去是真的,动起来是真的,甚至 闻起来、尝起来等一切感觉都是真的,如同在现实世界中 的感觉一样。 (3)交互性。指用户对模拟环境内物体的可操作程度 和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如,用 户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有 握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的 物体也能立刻随着手的移动而移动。 (4)构想性。强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象 空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境, 也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 3 虚拟现实技术应用的现实意义 虚拟现实技术可以使人与信息管理环境的关系变得比 以往更为密切与和谐,它还能使由它构成的计算机软硬件 环境变得比以往更为强大与灵巧。 (1)VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。 该技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划,在手术过 程中提供可操作和信息上的辅助,预测手术结果等。另 外,在远程医疗中,虚拟现实技术也很有潜力。例如在偏 远的山区,通过远程医疗虚拟现实系统,患者不进城也能 够接受名医的治疗。对于危机病人,还可以实施远程手 术。医生对病人模型进行手术,他的行动通过卫星传送到 远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像 机传回医生的头盔立体显示器,并将其和虚拟病人模型进 行叠加,为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所 已成功研制出远程手术医疗系统。 (2)VR在娱乐方面的应用具有重要的现实意义。由于 在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高,故近些年来VR在 该方面发展最为迅猛。丰富的感觉能力与3D显示环境使得 VR成为理想的视频游戏工具。作为传输显示信息的媒体, VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低 (下转第57页)

一个热点,其发展也是日新月异。简单地说,VR技术就是 借助于计算机技术及硬件设备,实现一种人们可以通过视 听触嗅等手段所感受到得虚拟幻境,故VR技术又称幻境或 灵境技术。正如其他新兴科学技术一样,虚拟现实技术也 是许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟现实技术的 发展历史,也可以说是一个信息环境多维化的历史。创建 多维信息环境、突破数字及文字的单维表现力的局限,这 是人类的共同追求,也是全世界的文化、艺术和科技工作 者代代相继的奋斗目标。虚拟现实技术是人们世世代代所 追求的人机和谐的信息处理环境的继续。只有在计算机及 其他科学技术高度发达的今天,这样的信息处理环境才能 够被实现。 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意 义上存在于世界上的任何事物或环境,它可以是实际上可 实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。 而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此,虚拟现实是 指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特 殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环 境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。 2 虚拟现实技术的主要特征 从本质上来说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接 口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直 观而又自然地实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操 作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同,其作用可表现为 不同的形式,例如将某种概念设计或构思可视化和可操作 化,实现逼真的遥控现场效果,达到任意复杂环境下的廉价 模拟训练的目的等。该技术的主要特征有以下几方面: (1)多感知性。所谓多感知性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
收稿日期:2009-03-11 修回日期:2009-04-17

作者简介:王小峰(1986-),男,河北唐山籍,本科,研究方向为计算机科学与技术。

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开 发 应 用
式中:H—缺口高度;D—筒壁底部直径。 此外,爆破缺口高度还可以根据烟囱筒壁厚度确定, 因此也可以用公式:H=(1.5~4) ,式中:H—缺口高度; —烟囱壁厚,对于钢筋混凝土的烟囱 取最大值,对于 砖结构的烟囱壁厚 取最小值。 2.3 定向窗的设置 由于烟囱筒壁较薄,倒塌时后坐现象严重,为保证复 杂环境下定向准确和顺利倾倒,应在切口的两侧设置定向 窗,其作用是隔断爆破区与保留支撑区,既要保证倾倒前 的稳定性,又要保证倾倒时失稳。一般窗口的高度可取 (0.8~1.0)H,即等于或稍小于缺口高度,宽度一般在 1.5m左右。 烟囱拆除爆破布孔位置的范围内,结构都较复杂,除 有进烟道和出灰口以外,有时还有除尘设备等,其它开口 和结构在设计和施工时都应予以慎重考虑。有的烟囱还在 一定部位有钢筋混凝土圈梁。圈梁在缺口上、下炮孔间距 尺寸以外,对缺口爆破拆除无实质性的影响,如圈梁厚 大,缺口位置越过圈梁或在圈梁钻孔同时爆破。 3 爆破参数的确定 孔深。爆破时筒壁的内侧受压、外侧受拉,而烟囱为 4.1 爆破地震波的控制 在进行烟囱拆除爆破时,药包数量多并且分散安置, 产生的地震波将远远小于集中安置产生的地震波。根据 (式中v为质点振动速度cm/s;R为从保护目标到 爆破中心的距离;Q为延时爆破时;K为与爆破场地有关的 系数,K= 30 ~ 500;K’为系数,K’=0.25~1.00;a为 与地震波有关的衰减指数,a=1.5~2.0),计算出可能产 生的质点震动速度,预测地震波的危害。 4.2 触地震动地震波的控制 烟囱倒塌时产生的触地震动地震波,可以通过下面公 式预测: ,式中v为烟囱触地震动速度 cm/s;K 为常数一般取0.08;M为冲击地面解体构建质量
B

kg;h为落地高度,一般取烟囱总高度的一般;R为离落地 点的距离m,a为常数一般取1.67;g为重力加速度m/s2。 4.3 减震措施 为了减少在起爆和烟囱倒地产生的地震波对周围环境 的危害,在爆破之前应在预定的倒塌范围内,铺设松土 堆,并开挖减震沟。 4.4 飞石的控制 烟囱拆除爆破须使爆破破碎块全部抛出缺口,应该采用 减弱抛掷爆破。因此,装药量既不能太大,以免形成爆破飞 石;也不能过小,防止爆破碎块留在缺口内影响倒塌方向。
参考文献: [1] 东兆星,邵 鹏.爆破工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2004. [2] 郗庆桃.有关烟囱爆破倾倒的几个问题[J].爆破,1986,(5):30~ 32. [3] 蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京:科学出版社,2002. [4] 江见鲸,陆新征,叶列平.混凝土结构有限元分析[M].北京:清华 大学出版社,2005. [5] 金 骥 良 等 .拆 除 爆 破 设 计 与 施 工 [M].北 京 :中 国 铁 道 出 版 社,2004. [6] 杨人光,史家育.建筑物爆破拆除[M].北京:中国建筑工业出版 社,1985,3. [7] 史秀志,杨志强,陈寿如等.聚能隔热药包爆破高温烟尘结焦实 验研究[J].爆破器材,2007,36(4).

砖砌体结构或混凝土结构,抗拉强度远远小于抗压强度, 所以外侧的爆破漏斗比内侧易于形成。因此,要确保内外 侧同时被炸毁,药包的位子靠近内侧,故一般取孔深为壁 厚的(0.65~0.68)倍(D大于3m);或为壁厚的(0.69~ 0.72)倍(D小于3m)。 孔距a与排距b。孔距a的确定主要和孔深有关,应使a< l。为防止冲炮,应确保炮孔装药后的堵塞长度大于或等于 孔距a。对于砖结构烟囱一般取a=(0.8~0.85)l;若有风 化腐蚀现象时a=(0.85~0.9)l,钢筋混凝土结构一般取 a=(0.85~0.95)l。若上下排炮孔采用梅花形交错布孔方 式,一般排距取b=0.85a。 单孔装药量Q。单孔装药量按Q=qab q为单位体积耗药量按表格选取。 4 爆破的危害和防治 计算, 为壁厚,

(上接第60页) 估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以 将静态的艺术(如油画、雕塑等)转化为动态的,可以使 观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外,VR提高了艺术 表现能力,如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐 器,手足不便的人或远在外地的人可以在他生活得居室中 去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。 (3)VR在航天领域的应用具有重要的现实意义。在航 天领域,VR技术也非常重要。例如,失重是航天飞行中必 须克服的困难,因为在失重情况下对物体的运动难以预 测。为了在太空中进行精确地操作,需要对宇航员进行长 时间的失重仿真训练。为了逼真地模拟太空中的情景,美 国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中 采用了VR仿真训练技术。在军事领域中,军队被布置在与 实际车辆和指挥中心相同的位置,他们可以看到一个有

山、树、云彩、硝烟、道路、建筑物以及由其他部队操纵 的车辆的模拟战场。这些由实际人员操作的车辆可以相互 射击,系统利用无线电通信和声音来加强真实感。系统的 每个用户可以通过环境视点来观察别人的行动。炮火的显 示极为真实,用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。从直 升机上看到的场景也非常逼真。这个模拟系统可用来训练 坦克、直升机和进行军事演习,以及训练部队之间的协同 作战能力。
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