虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)

1、第五章 虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ) 目 錄 5.2 虛擬現(xiàn)實的歷史發(fā)展 5.1 虛擬現(xiàn)實的基本概念 5.3 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù) 5.4 虛擬現(xiàn)實的制作與應(yīng)用 5.5 虛擬現(xiàn)實的主要設(shè)備與產(chǎn)品 5.6 虛擬現(xiàn)實的主要應(yīng)用 5.1 虛擬現(xiàn)實的基本概念5.1.1 虛擬現(xiàn)實的定義5.1.2 虛擬現(xiàn)實的特征5.1.3 虛擬現(xiàn)實的類型5.1.1 虛擬現(xiàn)實的定義涉及涉及計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、圖像處理與模式計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、圖像處理與模式識別、多傳感器技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)識別、多傳感器技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計算機系統(tǒng)、人絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計算機系統(tǒng)、人工智

2、能技術(shù)工智能技術(shù).需要需要計算機專家、人類工程學(xué)計算機專家、人類工程學(xué)(Ergonomics) 專家專家、 心理學(xué)專家等共同開發(fā)研究。心理學(xué)專家等共同開發(fā)研究。5.1.2 虛擬現(xiàn)實的特征沉浸感（沉浸感（Immersion）: 能給人們以真實世界的感能給人們以真實世界的感 覺，讓人感覺全方位地沉浸在這個虛幻的世界中，覺，讓人感覺全方位地沉浸在這個虛幻的世界中， 難以分辨真假。難以分辨真假。交互性（交互性（Interaction）: 虛擬現(xiàn)實與通常虛擬現(xiàn)實與通常CADCAD系統(tǒng)所產(chǎn)系統(tǒng)所產(chǎn) 生的模型是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而生的模型是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而 是可以對使用者的輸

3、入作出反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實環(huán)境可是可以對使用者的輸入作出反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實環(huán)境可 以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響。以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響。想象想象 （Imagination）: : 它的應(yīng)用能解決在工程、醫(yī)它的應(yīng)用能解決在工程、醫(yī) 學(xué)、軍事等方面的一些問題學(xué)、軍事等方面的一些問題, ,這些應(yīng)用是與設(shè)這些應(yīng)用是與設(shè) 計者并行操作計者并行操作, ,為發(fā)揮它們的創(chuàng)造性而設(shè)計的為發(fā)揮它們的創(chuàng)造性而設(shè)計的, ,這極這極 大地依賴于人類的想象力。大地依賴于人類的想象力。Immersion沉浸Interaction交互Imagination想象I I3 35.1.3 虛擬現(xiàn)實的類型(1)(1)

4、桌面級虛擬現(xiàn)實桌面級虛擬現(xiàn)實：成本低，應(yīng)用面比較廣，但缺乏完全投入 基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)：將連續(xù)拍攝的圖像和視頻在計算機中拼接以建立的實景化虛擬空間。 VRML（虛擬（虛擬現(xiàn)實造型語言）現(xiàn)實造型語言）：采用描述性的文本語言描述基本的三維物體的造型，通過一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時，在本地進行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場景。 （2 2）投入的虛擬現(xiàn)實）投入的虛擬現(xiàn)實：完全投入，利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)

5、備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。 常用的有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。 （3 3）增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實）增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實：模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，增強參與者對真實環(huán)境的感受，例如,戰(zhàn)機飛行員的平視顯示器。（4 4）分布式虛擬現(xiàn)實）分布式虛擬現(xiàn)實：多個用戶同時參與一個虛擬空間。利用計算機構(gòu)造的一個真實世界的模擬，地理上分布的用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)共享該環(huán)境，并與周圍的環(huán)境以及在相互之間進行交互。共享虛擬環(huán)境涉及到虛擬現(xiàn)實、分布對象、網(wǎng)絡(luò)、人機交互、智能代理等領(lǐng)域。因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用: Internet已經(jīng)成為娛樂、商業(yè)等

6、的重要媒體硬件基礎(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高（寬帶網(wǎng)的逐漸普及），個人計算機圖形處理能力的增強軟件基礎(chǔ)： 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)使得原來的界面不能滿足需要，人們希望更加直觀的表達信息，使用更加自然的方式進行人機交互以及通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)人與人之間實時、形象的交流各用戶具有共享的虛擬工作空間；偽實體的行為真實感；支持實時交互，共享時鐘；多個用戶可以各自不同的方式相互通信；資源信息共享以及允許用戶自然操縱虛擬世界中的對象。 分布式虛擬現(xiàn)實的特點分布式虛擬現(xiàn)實的特點軍事訓(xùn)練 美國 SIMNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)會議與遠(yuǎn)程協(xié)作 Sony公司基于DIVE的一個系統(tǒng)娛樂和虛擬社區(qū) Cybertown (使用Bl

7、axxun）電子商務(wù) VR commerce of IBMBlaxxun Interactive Inc Blaxxun Interactive Inc http:/ 1995年成立，總部在德國慕尼黑Vnet Vnet http:/ VRML+JavaVRML+JavaDeepMatrix DeepMatrix http:/ http:/ VRML+Java VRML+Java軍隊被布置在與實際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個有山、樹、云彩、硝煙、道路、建筑以及由其他部隊操縱的車輛的模擬現(xiàn)場。這些由實際人員操縱的車輛可以相互射擊，系統(tǒng)利用無線電通訊和聲音效果來加強真實感。系統(tǒng)的每個用

8、戶可以通過環(huán)境視點來觀察別人的舉動。炮火的顯示極為逼真，用戶可以看到被攻擊部隊被炸毀的情況。從直升機上看到的場景也非常逼真。SIMNET系統(tǒng)可將多大1000個部隊用網(wǎng)絡(luò)連接起來，因此可以訓(xùn)練作戰(zhàn)部隊的戰(zhàn)斗以及試驗新的戰(zhàn)術(shù)思想。SIMNET被稱為第一個廉價而又實用的模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以用來訓(xùn)練坦克、直升機以及戰(zhàn)斗演習(xí)，并訓(xùn)練部隊之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。虛擬現(xiàn)實和其他技術(shù)一樣，也是在前人大量工作的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的：(1).立體電影，立體聲技術(shù)(2).飛行模擬器，最早實際使用的仿真技術(shù)(3).“星際旅行”,“宇宙飛船”的演示(4).機械手、機器人 危險場合進行各類 “遙控操作”(5).游戲,駕駛汽車、潛

9、艇航行5.2 虛擬現(xiàn)實的歷史發(fā)展1962年，美國電影攝影師Morton Heilig研制出一套稱為Sensorama的立體電影系統(tǒng)。這套系統(tǒng)供一個人觀看，具有多種感官刺激的立體顯示設(shè)備。1965年，計算機圖形學(xué)的奠基人美國科學(xué)家Ivan Sutherland首次提出了一種全新的、富有挑戰(zhàn)性的圖形顯示技術(shù)，即能不通過計算機屏幕這個窗口來觀看虛擬世界，而是觀察者可以直接沉浸在計算機生成的虛擬世界中。隨著觀察者隨意地轉(zhuǎn)動頭部或身體，他所看到的場景就會隨之發(fā)生變化。同時，觀察者還可以用手、腳等部位以自然的方式與虛擬世界進行交互，虛擬世界會產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，從而使觀察者有一種身臨其境的感覺。因此，也稱Iv

10、an Sutherland為“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”之父。1968年，Ivan Sutherland在麻省理工學(xué)院研制出了第一個頭盔式顯示器，并發(fā)表了“A Head-Mounted 3D Display”的論文，對頭盔式顯示器裝置的設(shè)計要求、構(gòu)造原理進行了深入的分析，并描繪出這個裝置的設(shè)計原型，成為三維立體顯示技術(shù)的奠基性成果。20世紀(jì)80年代初，美國的VPL公司的創(chuàng)始人Jaron Lanier正式提出了“Virtual Reality”一詞。 1985年，Krueger正式發(fā)表無障礙的人工現(xiàn)實。1984年，美國宇航局Ames研究中心虛擬行星探測實驗室的M. McGreevy和J.Humphries組

11、織開發(fā)了用于火星探測的虛擬世界視覺顯示器，將火星探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計算機，為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬世界。在隨后的虛擬交互世界工作站（VIEW）項目中，他們又開發(fā)了通用多傳感器和遙控設(shè)備。1993年11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的訓(xùn)練成功地完成了從航天飛機的運輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作。1996年10月31日，世界第一個虛擬現(xiàn)實技術(shù)博覽會在倫敦開幕。1996年12月，世界上第一個虛擬現(xiàn)實環(huán)球網(wǎng)在英國投入運行。進入21世紀(jì)以來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究在中國開始迅速發(fā)展，在國家高科技“八六三”計劃的支持下，有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究取得了巨大的成就，開始在不同領(lǐng)域得到了應(yīng)用。5.3 虛擬

12、現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)5.3.1 視覺技術(shù)5.3.2 聽覺技術(shù)5.3.3 觸覺技術(shù)大規(guī)模數(shù)據(jù)的場景建模技術(shù)；動態(tài)實時的立體視覺、聽覺等生成技術(shù);三維定位、方向跟蹤、觸覺反饋等傳感技術(shù)和設(shè)備；符合人類認(rèn)知心理的三維自然交互技術(shù);三維交互軟件及系統(tǒng)集成技術(shù)。5.3.1 視覺技術(shù)影響（沉浸感）立體 視覺因素寬視野（）立體顯示彩色高分辨率頭部跟蹤紅藍(lán)濾色眼鏡液晶開關(guān)的體視眼鏡三維頭盔顯示器（HMD）雙筒全方位監(jiān)視器（BOOM）墻式顯示屏自動聲象虛擬環(huán)境（CAVE）類型： 透明/不透明；佩戴/不佩戴；液晶/CRT/LED/投影5.3.2 聽覺技術(shù)聽覺： 3D & Stereo聲源定位：強度（高頻）和時差

13、（低頻）問題：聲音從頭里發(fā)出，隨強度差而偏左或偏右原因：與耳朵形狀有關(guān)解決：Convolvotron($15,000) 耳內(nèi)錄音 + 計算5.3.3 觸覺技術(shù)觸覺（Haptic)Haptic: 機械感受器（壓力與紋理）與本體感受器(proprioceptor)（重量、形狀、大小）機械臂，空氣囊，記憶金屬，小馬達，小探針。Sandpaper (Minsky,1990) 將小馬達連到游戲桿；攪動 適當(dāng)?shù)模ê唵蔚模┯|覺和/或聽覺提示與反饋能極大地改善人機交互質(zhì)量兩個基本的性能指標(biāo):幀 頻16fps ， 響應(yīng)時間 0.1s5.4 虛擬現(xiàn)實的制作與應(yīng)用5.4.1 虛擬現(xiàn)實的制作方法5.4.2 虛擬現(xiàn)實的

14、制作工具5.4.1虛擬現(xiàn)實的制作方法第一步是選擇世界的外表、聲音和感覺， 建立模型；第二步是使用軟件工具制作虛擬現(xiàn)實的表達；第三步是將軟件系統(tǒng)與硬件（虛擬現(xiàn)實的各種 裝置）結(jié)合，實現(xiàn)最終的虛擬世界。5.4.2虛擬現(xiàn)實的制作工具Virtual Reality Modeling Language (VRML)World Tool Kit (WTK)Java 3DVirtual Reality Modeling Language (VRML) 這是一種用于描述三維造型與交互環(huán)境的簡單的文本語言,是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個開放標(biāo)準(zhǔn)。 它的優(yōu)點是：與平臺無關(guān)：無論你的平臺是

15、PC還是SGI，都可以瀏覽VRML世界 基于Web，能夠建立三維可視化服務(wù)器大量的可用資源：越來越多的Internet站點含有與VRML有關(guān)的內(nèi)容 它的缺點是：渲染速度較慢沒有底層控制有限的界面World Tool Kit (WTK) WTK是在20世紀(jì)90年代初開發(fā)的，是用來創(chuàng)建虛擬世界的工具包。它是一個用于開發(fā)可實時交互的三維圖形程序的，跨平臺的開發(fā)環(huán)境，包括1000多個C語言函數(shù)的函數(shù)庫，用函數(shù)庫中的這些函數(shù)我們可以方便的創(chuàng)建虛擬世界。由于它支持大多數(shù)商業(yè)I/O商業(yè)（例如跟蹤器、立體眼鏡、傳感手套等），具有多平臺的可移植性（從運行Windows操作系統(tǒng)的PC機，到運行某種版本Unix的S

16、GI，HP和Sun平臺），包含豐富的代碼實例，可以很方便地建立一個新仿真程序，因此在虛擬現(xiàn)實非常普及。盡管許多早期的工具包都已經(jīng)消失了，但是WTK無論從功能還是大小都得到了很大發(fā)展。（從1994年的400個函數(shù)發(fā)展到最新版本的1000多個函數(shù)）。WTK函數(shù)使用面向?qū)ο蟮拿麘T例，并且被組織成類。Java 3D Java是由Sun Microsystems公司在20世紀(jì)90年代中期開發(fā)的，目前已成為一種開發(fā)與平臺無關(guān)的分布式應(yīng)用程序的編程環(huán)境。Java 3D是Java API中的一種，用于開發(fā)面向?qū)ο蟮慕换ナ饺S圖形應(yīng)用程序。與WTK類似，Java 3D在實現(xiàn)中也使用了OpenGL和Direct

17、3D底層圖形庫函數(shù)以及圖形加速卡。但是，與WTK不同的是，Java 3D 1.3可以從網(wǎng)上免費下載。5.5.1 虛擬現(xiàn)實的主要設(shè)備5.5.2 主要的市場產(chǎn)品 5.5 虛擬現(xiàn)實的主要設(shè)備與產(chǎn)品 5.5.1 虛擬現(xiàn)實的主要設(shè)備數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套 VPL公司采用三維定位裝置Polhemus的數(shù)據(jù)手套最早數(shù)據(jù)手套由美國VPL公司開發(fā)，看來簡單，但制作技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。手套由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。這個系統(tǒng)包括位置、方向傳感器和沿著每個手指背部安裝的一組有保護套的光導(dǎo)纖維，他們用于檢測手指和手的運動。作為傳感器的光纖可測量每個手指的彎曲和伸展。每條光纖從控制器的線路板引出，經(jīng)過一段由柔韌織物構(gòu)成的管子

18、，到達手套上的腕部固定器。光纖從這里延伸到手上，經(jīng)過手指關(guān)節(jié)，然后回到腕部固定器和控制器。在控制器內(nèi)部，每根光纖的一端配備一只發(fā)光二極管，另一斷連接一個光電傳感器，將接受到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。當(dāng)你戴了手套，彎曲手指時，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過光纖彎曲部分時，會發(fā)生光的彎曲損耗（泄漏），關(guān)節(jié)越是彎曲，光損耗越多，達到光電傳感器的光越少。光的多少就反映了手指的彎曲程度。計算機根據(jù)光電信號數(shù)據(jù)算出哪個手指和關(guān)節(jié)在彎曲以及它們彎曲的程度怎樣。每個手指最少有兩條光纖，一條檢測指前部的關(guān)節(jié)，一條檢測中間關(guān)節(jié)。為了增加準(zhǔn)確性，也可在多加幾條光纖。數(shù)據(jù)手套中的光纖傳感器只能測量手指所做的活動。而絕對的位置（X

19、、Y、Z坐標(biāo)）和三個轉(zhuǎn)角方向（轉(zhuǎn)動、俯仰、搖擺）需要用另外的一種測量儀器來實現(xiàn)。Polhemus磁跟蹤器位置和方向磁跟蹤器工作原理：交流電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，如果把一個線圈放在這個磁場中，線圈會產(chǎn)生感生電流，感生電流的強弱將由這兩個線圈的距離以及他們之間的角度來確定。在磁跟蹤器中，三個互相垂直的線圈組成了發(fā)射器（藍(lán)色）。另外三個相互垂直的線圈組成接收器（紅色）。通過計算機比較接收器三個線圈中的電流，可以確定接收器與發(fā)射器之間的相對位置和方向。成本比數(shù)據(jù)收到低，最早用于游戲機系統(tǒng)作為控制器。依靠超聲波測距原理來實現(xiàn)定位。這種傳感器的精度很高，遠(yuǎn)比數(shù)據(jù)手套和動力手套高。采用機械聯(lián)動裝置測量手

20、指關(guān)節(jié)的復(fù)雜運動。裝在每個指關(guān)節(jié)處的裝置為霍爾效應(yīng)傳感器。這種傳感器的高精度對于控制機器人的手指極為有用。對于需要準(zhǔn)確控制的應(yīng)用場合，比如訓(xùn)練機器人的手去拾取和安裝某物，或準(zhǔn)確地與虛擬物體相互作用。自由彎曲的帶有彈性的帶子 每隔6厘米 共分布了32個傳感器 帶子(實物)和自由曲線(虛擬對象)的連接 ,帶子的形狀直接映射為曲線的形狀 數(shù)據(jù)手套跟蹤手部運動 精確 操作液晶開關(guān)的體視眼鏡SEGA LCD Glasses, StereoGraphics CrystalEyes, Toshiba 3D Scope LCD Glasses三維頭盔顯示器（HMD）LEEP Systems Cyberface

21、 2/3Polhemus Laboratories Looking GlassRPI HMSI(Head - Mounted Sensory Interface)Virtual Reality Group HMDVirtual Research Flight Helmet5.5.2 主要的市場產(chǎn)品 控制和接口設(shè)備:VPL Data Glove（數(shù)據(jù)手套）Mattel Power Glove （動力手套）Global 3D controller (三維定位器） Logitech 3D Mouse and Head Tracker（三維鼠標(biāo)、頭部跟蹤器）ISCAN Head - Mounted E

22、ye Imaging System （視線跟蹤器）SENSible Technologies PHANToM（觸覺反饋設(shè)備）SGI公司虛擬現(xiàn)實中心 (Reality Center) CAVE仿真工作室 (Reality Studio) Onyx2 (8 CPU)仿真工作站 (Reality Station) Onyx2桌上型 仿真工作站(Reality Desktop)Octane 320 NT 工作站 SGI IRIS Performer 仿真開發(fā)環(huán)境 SGI OpenGL Optimizer (Open Inventor) 仿真開發(fā)環(huán)境 (中、低檔） SGI Fahrenheit (沸點）

23、三維圖形接口庫( for Windows NT) MultiGen , Paradigm/ Vega 三維應(yīng)用建模軟件Anote AB公司公司專利技術(shù)專利技術(shù) 瑞典Anote AB公司在年代末開發(fā)出了使用數(shù)碼筆的電腦輸入專利技術(shù) Anote 數(shù)碼紙和Anote 數(shù)碼筆。Anote 數(shù)碼紙 (一般紙) 紙上印刷了Anote 專利的核心技術(shù)Anote 微細(xì)點狀形坐標(biāo)。Anote 數(shù)碼筆 (普通的圓珠筆) 微型攝相頭：讀入筆尖高速書寫的筆跡和Anote 數(shù)碼紙的微點坐標(biāo)； 微處理器：分析處理后通過蘭牙無線或USB等方法轉(zhuǎn)送到電腦或攜帶手機之中。 Anote 技術(shù)必將帶來新世紀(jì)的革命 人們只需用Ano

24、te 數(shù)碼筆在Anote 數(shù)碼紙上與平常一樣書寫與記錄、就可以將信息簡便的輸入電腦。這將給辦公室自動化及信息產(chǎn)業(yè)帶來新一輪的革命。軍 事航空航天計算機輔助設(shè)計 科學(xué)研究和計算的可視化 遠(yuǎn)程控制 在醫(yī)療上的應(yīng)用 教育、藝術(shù)以及娛樂 5.6 虛擬現(xiàn)實的主要應(yīng)用在軍事上，由虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的軍事仿真已經(jīng)成為軍事訓(xùn)練的主要手段，正如美國國防部和軍方所認(rèn)為的那樣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將在武器系統(tǒng)性能評價、武器操縱訓(xùn)練及指揮大規(guī)模軍事演習(xí)三方面發(fā)揮重大作用。為此，世界上許多國家制定有戰(zhàn)爭綜合演示計劃、防務(wù)仿真交互網(wǎng)絡(luò)計劃、綜合戰(zhàn)役橋計劃、及虛擬座艙、衛(wèi)星塑造者等應(yīng)用環(huán)境，并在核武器試驗及許多局部戰(zhàn)爭中進行了應(yīng)用，

25、不僅節(jié)省了大量的軍事費用，更重要的是提高了現(xiàn)代化作戰(zhàn)指揮方面能力。如果更加具體的講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用于單兵訓(xùn)練、指揮員的訓(xùn)練、艦船、飛機、坦克等大型武器的操作訓(xùn)練等。軍 事在航空航天方面，美國宇航局是研究虛擬現(xiàn)實最早的單位和應(yīng)用者。宇宙飛船及各類航空器是需耗費巨資的現(xiàn)代化工具，而進入宇宙有大量未知、危險的因素，因而模擬各種航空器可能遇到的環(huán)境，不僅可節(jié)省大量費用，而且是十分必要的。虛擬風(fēng)洞就是一例。另外，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以進行宇航員的各種訓(xùn)練，不僅可以提高訓(xùn)練水平，而且節(jié)省了大量經(jīng)費。航空航天虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機輔助設(shè)計的重要手段之一。例如，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以設(shè)計出虛擬樣機、虛擬建筑物等

26、，更加直觀有效地幫助修改和提供設(shè)計方案。在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計中，往往需要反復(fù)構(gòu)思和設(shè)計，但用戶如果仍不滿意，可否在設(shè)計早期就給用戶一個逼真的產(chǎn)品樣機？ 例如，對于汽車設(shè)計者來說，裝配質(zhì)量是至關(guān)重要的。那么在實際裝配之前，人們可以在虛擬汽車上先進行各種試驗和訓(xùn)練，從而保證裝配質(zhì)量。美國波音公司為了提高飛機的設(shè)計水平，曾由Butler設(shè)計了一個稱為VS-X的虛擬飛機，它可使設(shè)計人員有身臨其境觀察飛機外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局的效果。另外，建筑設(shè)計師可在蓋樓前通過虛擬建筑物，讓用戶自己來觀察外形和內(nèi)部房間部位，也便于設(shè)計師修改設(shè)計，從而代替以前單純依靠圖紙或花費大量資金進行實物仿真工作。計算機輔助設(shè)計 在醫(yī)學(xué)

27、上，外科醫(yī)生的培訓(xùn)是一項投資大、時間長的工作，這是因為不能隨便讓實習(xí)醫(yī)生在病人身上動手術(shù)?？墒遣挥H自動手，又如何學(xué)會手術(shù)呢？虛擬手術(shù)臺已能部分模仿外科醫(yī)生的現(xiàn)場。同樣，提供模擬的人體器官，可讓學(xué)生逼真地觀察器官內(nèi)部的構(gòu)造和病灶，具有極高的實驗價值。另外，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，還可以幫助醫(yī)生學(xué)習(xí)病人鑒別分類和診斷、應(yīng)對緊急情況下的病人救治。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還直接應(yīng)用到一些疾病的治療上，如前列腺觸診、內(nèi)窺鏡檢查、靜脈注射、開放性手術(shù)、微創(chuàng)外科以及一些康復(fù)性治療。在醫(yī)療上的應(yīng)用 各種分子結(jié)構(gòu)模型、大壩應(yīng)力計算的結(jié)果、地震石油勘探數(shù)據(jù)處理等，均十分需要三維（甚至多維）圖形可視化的顯示和交互瀏覽，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為科學(xué)研究探索微觀