Windows下的科技服务项目管理系统的设计及实现

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承,虚拟现实 　　一、概述　　虚拟现实技术又称灵境技术，它是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。虚拟现实技术是目前计算机界比较热门的一项技术。它是用计算机模拟的三维环境对现场真实环境进行仿真，用户可以走进这个环境，可以控制浏览方向，并操纵场景中的对象进行人机交互。　　从概念上讲，任何一个虚拟现实系统都可以用三个"I"来描述其特性，这就是"沉浸(Immersion)"、"交互(Interaction)"和"想象(Imagination)"。这三个"I"反映了虚拟现实系统的关键特性，就是系统与人的充分交互，它强调人在虚拟现实环境中的主导作用。　　有关专家预言，21世纪初，人类将迅速进入虚拟现实的崭新技术时代。虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于20世纪80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。　　虚拟现实技术分虚拟实景(境)技术(如虚拟游览故宫博物馆)与虚拟虚景(境)技术(如虚拟现实环境生成、虚拟设计的波音777飞机等)两大类。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛，几乎到了无所不包、无孔不入的地步，在虚拟现实技术战场环境，虚拟现实作战指挥模拟，飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练，飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造(含系统的虚拟设计)，虚拟现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术等等方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和技术驱动。虚拟现实技术的发展，不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式，劳和逸将真正结合起来，人们在享受环境中工作，在工作过程中得到享受；而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合，将诞生人类的第九艺术。随着计算机技术的发展，在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。　　二、虚拟现实技术的设计目标　　虚拟现实系统的设计要达到以下目标：　　第一、要使参与者有"真实"的体验。这种体验就是"沉浸"或"投入"，即全心地进入，简单地说就是产生在虚拟世界中的幻觉。理想的虚拟环境应达到用户难以分辩真假的程度，甚至比真的还"真"。这种沉浸感的意义在于可以使用户集中注意力。为了达到这个目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应具备人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。　　第二、系统要能提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的人机交互手段。这些手段使得参与者能够对虚拟环境进行实时的操纵，能从虚拟环境中得到反馈信息，也能便系统了解参与者的关键部位的位置、状态、变形等各种系统需要知道的数据。实时性是非常重要的，如果在交互时存在较大的延迟，与人的心理经验不一致，就谈不上以自然技能的交互，也很难获得沉浸感。为达到这个目标，高速计算和处理就必不可少。　　参与者在虚拟环境中的活动或者经历有两种形式，一种是主观参与(First-person activities)，另一种是客观参与(Second-person activities)。主观参与时，参与者是整个经历的中心，一切围绕参与者进行；客观参与时参与者则可以在虚拟环境中看到他自己与其它物体的交互。　　交互和沉浸是任何虚拟现实经历的两个实质性的特征，因此，根据虚拟现实应用的不同，即沉浸的程度，它可以分成不同的类别。早期的虚拟现实系统可能只有部分虚拟现实的特性，例如环幕电影或立体电影。有的应用也不需要完全的沉浸和投入，例如增强现实系统。在实际应用中，不同虚拟现实系统设计的侧重点和所受约束各不相同。例如，受资金限制装备不上最先进的硬件设备，或是硬件本身性能达不到要求，这样系统的计算速度、交互手段可能要受到影响，此时只能从软件上着手弥补缺陷，产生了许多基于软件的技术，例如基于静态图像的虚拟现实系统、虚拟仿真等。由于虚拟现实本身并不限制使用的技术范围，只要能达到目标，可以把各种技术有效地集成起来设计出一个成功的虚拟现实系统。　　三、虚拟现实系统的体系结构　　虚拟现实技术的体系结构分为分布式虚拟现实和非分布式虚拟现实两种体系结构。　　非分布式虚拟现实系统结构--真实用户环境VUE(Veridical User Environment),它是一个事件驱动、按照一组规则来处理并发事件的虚拟现实系统，它将单个的虚拟世界分解成多个Client/Server进程，这些进程可以在不同的处理器上执行，并通过消息传递相互通信。系统包含3个VR部件：设备服务器(device servers)、应用进程(application processes--也作为一种服务器进程来管理)和会话管理DM(Dialogue Manager)。设备管理器管理输入输出设备；会话管理是设备服务器的客户程序，同时又是应用进程的服务器，它定义了虚拟世界的交互规则，并协调和传递输入设备服务器产生的事件到应用进程，然后将响应事件传递到输出设备服务器，会话管理通过异步消息传递来与其他服务器通信，并按照规则传递事件。　　分布式虚拟现实系统是一个支持多人实时通过网络进行交互的虚拟现实系统，每个用户在一个VR环境(真实感3D立体图形，立体声)中通过联网的计算机与其他用户进行交互。DVR的研究开发工作早在20世纪80年代处就开始了，近年来网络技术的飞速发展更进一步推进了DVR的研究和开发。　　1.分布式虚拟现实系统的特征　　DVR系统应该具有以下个方面的特征：　　①共享的虚拟工作空间；　　②伪实体的行为真实感；　　③支持实时交互，共享时钟；　　④多个用户以多种方式相互通信；　　⑤资源信息共享以及允许用户自然操作环境中对象。　　2.分布式虚拟现实系统的需求　　DVR系统有4个基本组成部件：图形显示器、通信和控制设备、处理系统和数据网络。DVR系统是分布式系统和VR系统的有机结合，其需求可从以下两个方法来阐述：VR本身需求和分布式系统的需求。　　VR最本质的特征用户对虚拟场景的沉浸，根据用户参与VR的不同形式以及沉浸的程度不同，我们可以把各种类型的虚拟现实技术划分四类：　　1)桌面级的虚拟现实　　桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭虚拟境界，并且有助于操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩球等。它要求参与者使用位置跟踪器和另一个手控输入设备，如鼠标，追踪球等，坐在监视器前，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时参与者并没有完全投入，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能，但是成本也相对低一些，因而，应用面比较广。常见桌面虚拟现实技术有：　　基于静态图像的虚拟现实技术：这种技术不采用传统的利用计算机生成图像的方式，而采用连续拍摄的的图像和视频，在计算机中拼接以建立的实景化虚拟空间，这使得高度复杂和高度逼真的虚拟场景能够以很小的计算代价得到，从而使得虚拟现实技术可能在PC平台上实现。　　VRML(虚拟现实造型语言)：它是一种在Internet网上应用极具前景的技术，它采用描述性的文本语言描述基本的三维物体的造型，通过一定的控制，将这些基本的三维造型组合成虚拟场景，当浏览器浏览这些文本描述信息时，在本地进行解释执行，生成虚拟的三维场景。VRML的最大特点在于利用文本描述三维空间，大大减少了在Internet网上传输的数据量，从而使得需要大量数据的虚拟现实得以在Internet网上实现。　　桌面CAD系统：利用Open GL、DirectDraw等桌面三维图形绘制技术对虚拟世界进行建模，通过计算机的显示器进行观察，并有能自由地控制的视点和视角。这种技术在某种意义上来说也是一种虚拟现实技术，它通过计算机计算来生成三维模型，模型的复杂度和真实感受桌面计算机计算能力的限制。　　2)投入的虚拟现实　　高级虚拟现实系统提供完全投入的功能，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有：　　基于头盔式显示器的系统：在这种系统中，参与虚拟体验者要戴上一个头盔式显示器，视听觉与外界隔绝，根据应用的不同，系统将提供能随头部转动而随之产生的立体视觉、三维空间。通过语音识别、数据手套、数据服装等先进的接口设备，从而使参与者以自然的方式与虚拟世界进行交互，如同现实世界一样。这是目前沉浸度最高的一种虚拟现实系统。　　投影式虚拟现实系统：它可以让参与者从一个屏幕上看到他本身在虚拟境界中的形象，为此，使用中电视技术中的"键控"的技术，参与者站在某一纯色(通常为兰色)背景下，架在参与者前面的摄像机捕捉参与者的形象，并通过连接电缆，将图像数据传送给后台处理的计算机，计算机将参与者的形象与纯色背景分开，换成一个虚拟空间，与计算机相连的视频投影仪将参与者的形象和虚拟境界本身一起投射到参与者观看的屏幕上，这样，参与者就可以看到他自己在虚拟空间中的活动情况。参与者还可以与虚拟空间进行实时的交互，计算机可识别参与者的动作，并根据用户的动作改变虚拟空间，比如来回拍一个虚拟的球或走动等，这可使得参与者感觉就象是在真实空间中一样。　　远程存在系统：远程存在系统是一种虚拟现实与机器人控制技术相结合的系统，当某处的参与者操纵一个虚拟现实系统时，其结果却在另一个地方发生，参与者通过立体显示器获得深度感，显示器与远地的摄像机相连；通过运动跟踪与反馈装置跟踪操作员的运动，反馈远地的运动过程(如阻尼、碰撞等)，并把动作传送到远地完成。　　3)增强现实性的虚拟现实　　增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便感知感受。这种类型虚拟现实典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机和导航偏差。　　4)分布式虚拟现实　　如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。目前最典型的分布式虚拟现实系统是作战仿真互联网和SIMNET，作战仿真互联网(Defense Simulation Internet，DSI)是目前最大的VR项目之一。该项目是由美国国防部推动的一项标准，目的是使各种不同的仿真器可以在巨型网络上互联，它是美国国防高级研究计划局1980年提出的SIMNET计划的产物。SIMNET由坦克仿真器(Cab类型的)通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习.【MechNet】

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