虚拟现实技术探究范文

1虚拟现实

虚拟现实(VR一Virtualreality)，又称为灵境，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统，虚拟世界是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的沉浸感、交互感。虚拟现实技术实际上是包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语言处理与响应技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统的集合。由于“需求推动”和“技术推动”的原因，虚拟现实技术在农业脱粒机械的开发与研究中有广泛的应用，其前景十分诱人。虚拟现实技术发展较快，而且是十分活跃的技术领域之一美国、日本、英国等国的政府机构和许多大公司特别重视这方面的研究工作。

2虚拟现实技术

2.1虚拟现实技术的概念

什么是虚拟现实技术?至今为止，还没有一个确切的定义。从本质上来讲，虚拟现实技术是一种先进的以用户为核心的计算机接口。通过给用户提供诸如视、听、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，实现用户与环境直接地进行自然交互，从而达到身临其境的感知。这里所谓环境就是由计算机生成的虚拟世界。虚拟现实技术有助于减少人与计算机的隔阂，有助于人在认识问题的认识空间与计算机的处理空间趋向一致.

2.2虚拟现实技术的特征虚拟现实技术有三个最突出的特征:交互性(Interaetivity)、沉浸感(Immersion)和想象(Imagi-nation)。即所谓的三I特征。

2.2.1交互性

指用户与虚拟场景中的各种对象相互作用的能力，它是人机和谐的关键性因素。交互性包括对象的一可操作程序及用户从环境中反馈的自然程度。虚拟场景中对象依据物理定律运动。VR是自主参考系，以用户的视点变化进行虚拟交换，这个过程最重要的因素是实时性。

2.2.2沉浸感

这是VR系统的核心，使用户投人到计算机生成的虚拟场景中去，用户成为系统的一部分，有“身临其境”之感。

2.2.3想像

VR不仅仅是一个用户终端接口，而且可使用户沉浸其中获得新知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构想。这种想像结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时的显示或由传感器装置反馈给用户，如此反复，这是一个学习—创造—再学习—再创造的过程，因而可以说，VR是启发人的创造性思维的活动。

2.3虚拟现实的硬件与软件

VR系统实际就是一个计算机系统，它必需有硬件与软件的支持才能正常工作。计算机硬件包括PC、工作站和超级计算机以及各种实现视、听、触、嗅、力觉效果的输人输出设备。而软件集成了开发虚拟现实所需的模拟管理、实时描绘，目标管理，动画插人、传感器输人、纹理映射、图形显示等各种功能，提高了虚拟现实系统的开发效率。以下介绍一些常用的输人输出设备和虚拟现实开发软件。

2.3.1常用的输人设备

二维鼠标器。二维鼠标器是一个二自由度的输人设备。浮动鼠标器.浮动鼠标器在桌面上类似于上述的二维鼠标器，但当它离开桌面后，就成为一个六自由度的鼠标器。手持式操纵器。手持式操纵器包含一个位置跟踪探测器和几个按钮，专门放在手中使用。力矩球。力矩球安装在一个小型的固定平台上，可以提供六自由度的功能。数据手套.数据手套可以探测手指间的相对运动。当手运动时，手套检测这些活动，并向计算机送出电信号，这些电信号可转化为虚拟手的动作，你可以看到虚拟手随着你的真手在虚拟环境中活动。数据手套允许手去抓或推动虚拟物体。数据衣。数据衣是一种穿在参与者身上，把他的整个身体中各部位的数据输人到计算机的装置。它可以使虚拟环境的虚拟人，随参与者一起活动。语音识别。语音识别是一种很有发展前途的虚拟现实输人技术.它允许参与者对着连接计算机的拾音器说话，而不需要键盘和其他手工操作的设备输人数据。

2.3.2常用的输出设备

立体声耳机。声音可以大大增强虚拟环境中的真实程度，立体声耳机使得参与者在虚拟现实环境中有一种身临其境的感觉。立体眼镜。人的视觉在虚拟环境中起着重要的作用。为了增强虚拟环境的现实感，参与者在虚拟环境中所看到的物体和景物必须具有立体感。立体眼镜可以为参与者提供立体图像。头盔式显示器。这是一种当前比较高级的虚拟现实设备。它由一个立体图像显示器，一副立体声耳机和一个位置跟踪设备组成。位置跟踪设备用于将参与者的头部位置及运动方向告诉计算机，计算机据此调整该参与者的图像，从而使得呈现的图像更富于真实感。

2.3.3虚拟现实常用的开发软件

虚拟现实常用的图形建模软件有OPENGL、CAD、3DS一MAX等等。典型的虚拟现实软件包有MR、WTK、PROvision系统等。MR(minimalreality)是由美国Alberta大学的MarkGreen教授和他领导的开发队伍开发的用于虚拟现实环境的工具包，对于那些希望进行虚拟现实研究的机构而言，MR可以被免费使用。WTK(WorldToolKit)是由SensensCorpora-tion开发，用于虚拟环境的应用开发环境。WTK与硬件无关，可以在PC到SGI工作站上运行。而PROVision系统是由SGI公司开发的。

3虚拟现实技术在农业脱粒机械开发研究中的应用

虚拟现实技术在农业脱粒机械开发研究中主要应用于以下几个领域:

3.1虚拟制造与设计

虚拟制造系统其本质是以计算机支撑的仿真技术为前提的一个交流信息化的计算机系统，是现实制造系统在虚拟环境下的映射。把虚拟的模板显示在正加工的工件上，工人根据此模板控制代加工过程。传统生产方法是先做样机、实验、然后投人正式生产，而在虚拟现实条件下，计算机生成全部工件原形，然后对虚拟原形进行预装配，在预装配同时还能进行碰撞检测、阶段性的性能检测等，若对测试结果不满意，还可对工件设计图进行实时修改。在制造过程中，所有步骤预先在计算机上设计完成，大大减少了设计更改、错误和返工等浪费。“虚拟原形”代替“真实零部件”进行预装配提高了可靠性，节约了大量原材料。

3.2农业脱粒机械的实验仿真研究

脱粒装置是脱粒机械的核心部分，它在很大程度上决定了机器的脱粒质量与生产率，而且对分离清选也有很大影响。在就喂人量、滚筒速度、凹板栅栏间距、脱粒间隙等因素对脱尽率、破损率、夹损失率、含杂率与单位功耗等脱粒性能指标进行研究时，由于脱粒过程的复杂性、非线性，实验费用大，开发周期长，往往都先作计算机仿真实验。传统的数值仿真，其结果都是以数值、曲线表示，不直观，而且有些信息表达不出来。而采用虚拟现实技术，将其复杂的数据计算和数据处理推向后台，用户与图形打交道，通过交互方式的方法可获取仿真过程，可千预和引导计算机并最终获得计算机结果的图形、颜色、静态和动态画面，使研究者了解仿真过程和发展的趋势，理解计算机数值仿真难以“体验”的过程。同时可以提高仿真精度和仿真效率，降低对用户的操作水平.

4展望

虽然VR技术是一个投资大、难度高的科技领域，根据我国国情，“九五”计划，国家自然科学基金会都把VR列人了研究项目。在紧跟国际新技术的同时，国内一些大学如清华大学、浙江大学等已投人了这一研究领域。我们相信，VR技术的不断发展和完善，VR技术在农业脱粒机械开发与研究中应用会越来越广泛，必将在农业脱粒机械行业中引起一场新的技术飞跃。