虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探究范文
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虛擬現(xiàn)實(shí)(VR一Virtualreality)，又稱為靈境，是一種可以創(chuàng)造和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，虛擬世界是由計(jì)算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的沉浸感、交互感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際上是包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理與模式識(shí)別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)、語言處理與響應(yīng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。由于“需求推動(dòng)”和“技術(shù)推動(dòng)”的原因，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械的開發(fā)與研究中有廣泛的應(yīng)用，其前景十分誘人。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展較快，而且是十分活躍的技術(shù)領(lǐng)域之一美國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)的政府機(jī)構(gòu)和許多大公司特別重視這方面的研究工作。
2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念
什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)?至今為止，還沒有一個(gè)確切的定義。從本質(zhì)上來講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種先進(jìn)的以用戶為核心的計(jì)算機(jī)接口。通過給用戶提供諸如視、聽、觸覺等各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段，實(shí)現(xiàn)用戶與環(huán)境直接地進(jìn)行自然交互，從而達(dá)到身臨其境的感知。這里所謂環(huán)境就是由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有助于減少人與計(jì)算機(jī)的隔閡，有助于人在認(rèn)識(shí)問題的認(rèn)識(shí)空間與計(jì)算機(jī)的處理空間趨向一致.
2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有三個(gè)最突出的特征:交互性(Interaetivity)、沉浸感(Immersion)和想象(Imagi-nation)。即所謂的三I特征。
2.2.1交互性
指用戶與虛擬場(chǎng)景中的各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。交互性包括對(duì)象的一可操作程序及用戶從環(huán)境中反饋的自然程度。虛擬場(chǎng)景中對(duì)象依據(jù)物理定律運(yùn)動(dòng)。VR是自主參考系，以用戶的視點(diǎn)變化進(jìn)行虛擬交換，這個(gè)過程最重要的因素是實(shí)時(shí)性。
2.2.2沉浸感
這是VR系統(tǒng)的核心，使用戶投人到計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中去，用戶成為系統(tǒng)的一部分，有“身臨其境”之感。
2.2.3想像
VR不僅僅是一個(gè)用戶終端接口，而且可使用戶沉浸其中獲得新知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)想。這種想像結(jié)果輸入到系統(tǒng)中去，系統(tǒng)會(huì)將處理后的狀態(tài)實(shí)時(shí)的顯示或由傳感器裝置反饋給用戶，如此反復(fù)，這是一個(gè)學(xué)習(xí)—?jiǎng)?chuàng)造—再學(xué)習(xí)—再創(chuàng)造的過程，因而可以說，VR是啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維的活動(dòng)。
2.3虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件與軟件
VR系統(tǒng)實(shí)際就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它必需有硬件與軟件的支持才能正常工作。計(jì)算機(jī)硬件包括PC、工作站和超級(jí)計(jì)算機(jī)以及各種實(shí)現(xiàn)視、聽、觸、嗅、力覺效果的輸人輸出設(shè)備。而軟件集成了開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)所需的模擬管理、實(shí)時(shí)描繪，目標(biāo)管理，動(dòng)畫插人、傳感器輸人、紋理映射、圖形顯示等各種功能，提高了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)效率。以下介紹一些常用的輸人輸出設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)軟件。
2.3.1常用的輸人設(shè)備
二維鼠標(biāo)器。二維鼠標(biāo)器是一個(gè)二自由度的輸人設(shè)備。浮動(dòng)鼠標(biāo)器.浮動(dòng)鼠標(biāo)器在桌面上類似于上述的二維鼠標(biāo)器，但當(dāng)它離開桌面后，就成為一個(gè)六自由度的鼠標(biāo)器。手持式操縱器。手持式操縱器包含一個(gè)位置跟蹤探測(cè)器和幾個(gè)按鈕，專門放在手中使用。力矩球。力矩球安裝在一個(gè)小型的固定平臺(tái)上，可以提供六自由度的功能。數(shù)據(jù)手套.數(shù)據(jù)手套可以探測(cè)手指間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)手運(yùn)動(dòng)時(shí)，手套檢測(cè)這些活動(dòng)，并向計(jì)算機(jī)送出電信號(hào)，這些電信號(hào)可轉(zhuǎn)化為虛擬手的動(dòng)作，你可以看到虛擬手隨著你的真手在虛擬環(huán)境中活動(dòng)。數(shù)據(jù)手套允許手去抓或推動(dòng)虛擬物體。數(shù)據(jù)衣。數(shù)據(jù)衣是一種穿在參與者身上，把他的整個(gè)身體中各部位的數(shù)據(jù)輸人到計(jì)算機(jī)的裝置。它可以使虛擬環(huán)境的虛擬人，隨參與者一起活動(dòng)。語音識(shí)別。語音識(shí)別是一種很有發(fā)展前途的虛擬現(xiàn)實(shí)輸人技術(shù).它允許參與者對(duì)著連接計(jì)算機(jī)的拾音器說話，而不需要鍵盤和其他手工操作的設(shè)備輸人數(shù)據(jù)。
2.3.2常用的輸出設(shè)備
立體聲耳機(jī)。聲音可以大大增強(qiáng)虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度，立體聲耳機(jī)使得參與者在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中有一種身臨其境的感覺。立體眼鏡。人的視覺在虛擬環(huán)境中起著重要的作用。為了增強(qiáng)虛擬環(huán)境的現(xiàn)實(shí)感，參與者在虛擬環(huán)境中所看到的物體和景物必須具有立體感。立體眼鏡可以為參與者提供立體圖像。頭盔式顯示器。這是一種當(dāng)前比較高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。它由一個(gè)立體圖像顯示器，一副立體聲耳機(jī)和一個(gè)位置跟蹤設(shè)備組成。位置跟蹤設(shè)備用于將參與者的頭部位置及運(yùn)動(dòng)方向告訴計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)據(jù)此調(diào)整該參與者的圖像，從而使得呈現(xiàn)的圖像更富于真實(shí)感。
2.3.3虛擬現(xiàn)實(shí)常用的開發(fā)軟件
虛擬現(xiàn)實(shí)常用的圖形建模軟件有OPENGL、CAD、3DS一MAX等等。典型的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件包有MR、WTK、PROvision系統(tǒng)等。MR(minimalreality)是由美國(guó)Alberta大學(xué)的MarkGreen教授和他領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)隊(duì)伍開發(fā)的用于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的工具包，對(duì)于那些希望進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)研究的機(jī)構(gòu)而言，MR可以被免費(fèi)使用。WTK(WorldToolKit)是由SensensCorpora-tion開發(fā)，用于虛擬環(huán)境的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。WTK與硬件無關(guān)，可以在PC到SGI工作站上運(yùn)行。而PROVision系統(tǒng)是由SGI公司開發(fā)的。
3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械開發(fā)研究中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械開發(fā)研究中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域:
3.1虛擬制造與設(shè)計(jì)
虛擬制造系統(tǒng)其本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支撐的仿真技術(shù)為前提的一個(gè)交流信息化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射。把虛擬的模板顯示在正加工的工件上，工人根據(jù)此模板控制代加工過程。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是先做樣機(jī)、實(shí)驗(yàn)、然后投人正式生產(chǎn)，而在虛擬現(xiàn)實(shí)條件下，計(jì)算機(jī)生成全部工件原形，然后對(duì)虛擬原形進(jìn)行預(yù)裝配，在預(yù)裝配同時(shí)還能進(jìn)行碰撞檢測(cè)、階段性的性能檢測(cè)等，若對(duì)測(cè)試結(jié)果不滿意，還可對(duì)工件設(shè)計(jì)圖進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。在制造過程中，所有步驟預(yù)先在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)完成，大大減少了設(shè)計(jì)更改、錯(cuò)誤和返工等浪費(fèi)。“虛擬原形”代替“真實(shí)零部件”進(jìn)行預(yù)裝配提高了可靠性，節(jié)約了大量原材料。
3.2農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械的實(shí)驗(yàn)仿真研究
脫粒裝置是脫粒機(jī)械的核心部分，它在很大程度上決定了機(jī)器的脫粒質(zhì)量與生產(chǎn)率，而且對(duì)分離清選也有很大影響。在就喂人量、滾筒速度、凹板柵欄間距、脫粒間隙等因素對(duì)脫盡率、破損率、夾損失率、含雜率與單位功耗等脫粒性能指標(biāo)進(jìn)行研究時(shí)，由于脫粒過程的復(fù)雜性、非線性，實(shí)驗(yàn)費(fèi)用大，開發(fā)周期長(zhǎng)，往往都先作計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的數(shù)值仿真，其結(jié)果都是以數(shù)值、曲線表示，不直觀，而且有些信息表達(dá)不出來。而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將其復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理推向后臺(tái)，用戶與圖形打交道，通過交互方式的方法可獲取仿真過程，可千預(yù)和引導(dǎo)計(jì)算機(jī)并最終獲得計(jì)算機(jī)結(jié)果的圖形、顏色、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫面，使研究者了解仿真過程和發(fā)展的趨勢(shì)，理解計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真難以“體驗(yàn)”的過程。同時(shí)可以提高仿真精度和仿真效率，降低對(duì)用戶的操作水平.
4展望
雖然VR技術(shù)是一個(gè)投資大、難度高的科技領(lǐng)域，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，“九五”計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)都把VR列人了研究項(xiàng)目。在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)等已投人了這一研究領(lǐng)域。我們相信，VR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，VR技術(shù)在農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械開發(fā)與研究中應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，必將在農(nóng)業(yè)脫粒機(jī)械行業(yè)中引起一場(chǎng)新的技術(shù)飛躍。