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《虚拟现实技术》期末论文

专业：自动化 学号：20091336069 姓名：李璐

摘要

随着科技的进步，虚拟现实技术（VR技术）越来越体现出它的应用价值，在气象、军事、医疗等各个领域都出现了虚拟现实技术应用场合。本文分成四个部分，按顺序分别介绍了虚拟现实技术在大气粉尘扩散中的应用、虚拟现实技术在电视背景以及散打运动中的应用以及自己本学期学习虚拟现实技术的心得体会。

关键词： 虚拟现实技术 天气预报 军事应用 医学 心得体会

⒈ 虚拟现实技术在大气粉尘扩散中的应用。

虚拟现实技术可以建立三维场景，立体直观的现实出粉尘扩散的三维动态场景。为了建立粉尘动态扩散模型，本文以相关数学模型为基础，采用OpenGL开发了可精确地调整流场参数和观察视角的粉尘扩散三维动态场景，以及重力风速影响和射流作用下粉尘扩散的三维场景，该方法为更好的掌握粉尘扩散规律，提供处理预防措施。

1.1. 粉尘扩散模型

点源粉尘在大气中的扩散模型是建立虚拟场景的核心，其扩散过程受到气流状态、粉尘理化性质、粒子的气溶胶特性等影响。由于因素较多，情况复杂，模型常以某种假设为前提，在各方向同性物质中，符合费克定律，即穿过单位面积的扩散物质的迁移速度与该面的浓度递减成正比【2】： F??D?C?C?x （1）

??2C?2C?2C??D??? （2） 222??t?y?z???x 1.2粉尘扩散在虚拟场景中的实现

针对粉尘在大气中的扩散过程，以数学模型为基础，采用桌面VR系统，构建了粉

尘颗粒在气流中扩散的三维场景，用户通过键盘、鼠标、显示器等标准输入输出设备与系统进行交互。下图分别给出了粉尘点源在无风不考虑重力影响与有风考虑重力影响下的图像。

由于建立的场景以科学计算和粒子系统为主，场景采用OpenGL开发，编程语言采用VC，建立的虚拟场景为三维场景，采用OpenGL视角变换技术，可以通过键盘和鼠标拖动方式来对场景进行三维旋转、移动和缩放等操作，让人们从不同的视角来观察粉尘颗粒在气流中的扩散过程，除此之外，建立的场景以模型为基础，可以通过改变参数来对虚拟场景进行变化。

除此应用之外，虚拟现实技术在气象中的其他领域也有广泛的应用。比如说在天气预报当中，通过虚拟三维场景模拟出大气气流以及气压场的变化，从而可以很好的预测分析出大气气象要素的变化情况，为天气预报提供精确可靠的信息。在气象科普知识当中，通过VR技术建立气象小游戏，让群众可以通过三维场景构建的气象小游戏来了解到大气科普知识。

2.虚拟现实技术在其他领域的一些应用。

2.1．VR技术在电视节目背景中的应用

计算机、多媒体技术的飞速发展，带动了虚拟现实技术的不断改进，在近年来的各个领域影响和改变着人们原先固有的思维。传统的电视节目背景需要根据节目的不同需求来进行布置，实背景搭建和拆卸需要投入大量的人力、物力，不仅增加了节目组的成本，还会因为其使用寿命和使用风格的限制导致现实中节目背景的使用周期比较短、需要更替的频率比较频繁，造成大量不必要的浪费，而通过虚拟现实技术建立的三维虚拟场景可以解决这些问题。

实现场景虚拟化可以按照如下的步骤来进行：

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还原实际场景中的蓝箱，设定虚拟摄像机。

建立蓝箱的目的是为了建立一个虚拟场景和现实之间的一个在真实的大小尺寸和距离上可以进行对照的参照物，为场景设计提供尺寸和位置上的依据，接下来就可以围绕虚拟蓝箱进行模型的搭建了。

2.2.虚拟现实技术在武术散打中的应用

散手作为中华武术的一个分支，以其“远踢、近打、贴身摔”的独特技法名扬世界

武坛。近年来，随着各国的挑战赛，使散打运动不断发展，现在结合虚拟现实技术可以

很好的训练散打人员的动作技术，为研究和提高运动员的技术、战术训练水平提供了一定的理论依据和方法。

虚拟现实技术在散手运动中的运用研究： ?

散手运动训练场景的生产：使用Vega生产虚拟现实场景，Vega是美国Multigen-Paradigm公司生产的用于虚拟现实、实时场景仿真、声音仿真以及其他可视化领域的应用软件。该系统制造出虚拟综合训练或者比赛的场景，给运动员真实的比赛的环境，这样可以减少比赛中的由于紧张而引起的失误，同时增强运?

动员在比赛中的自信心。

运用动作捕捉技术（Motion capture）建立散手动作数据库：散手运动员穿上数据衣或者在关键部位设置跟踪器，让运动员将散手动作一一演练，由动作捕捉系统

【2】

捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后生产数据库中数据，加上视频资料的采集以及现场拍摄的方式，收集了大量有关散手的视频信息，利用VideoStudio将各种散手的技术动作特征单元提取出来，将所有的数据分类建立多个动作数据库，来调整控制虚拟人的运动。

虚拟现实中虚拟人的建立：利用3Dsmax、maya等三维动画软件制作出三维虚拟人物模型，在计算机表示的空间中生成逼真的三维虚拟人，虚拟人是人在计算机生成空间的几何特征和行为特征的体现。

? 散手对练系统的生成。

2.3虚拟现实技术在中西医当中的应用

在中医药院校中，传统的教学方法是以课堂教学为主，再结合挂图、模型、标本、人体等辅助教学工具进行教学，并配以费用较高的动物实验、尸体解剖来加深学生的理解。由于医学领域与人类有着密切的、重要的和特殊 的关系，在这个领域里，人与人之间或人与现实之间的交互方式受一定的条件限制。虚拟现实技术的引入 ，能从根本上降低教学成本，减少危险性，激发学生的学习兴趣和主观能动性、提高教学质量、弥补教学条件的不足。

2.3.1中医远程脉诊系统

作为传统医学的瑰宝，中医的诊断有其 自身特点，诊断时仅需要望、闻、问、切 ，在这四诊中切脉往往是中医看病定性时最重要的依据。尽管中医的脉象诊断相对简单，但由于过多依赖医生的经验和感觉 ，再加上不同的中医对于不同脉象的定性都不尽相同，往往给人以玄妙奠测的印象。虽然历代医家发微解难，但 由于 “脉理精微，其体难辨”，仍难免 “在心易了，指下难明”，长期以来影响着脉学的传授和发展。应用虚拟现实技术的仿真技术的优势，能对客观系统的本质属性进行抽象和重演，因此可以使医生和患者在中医远程脉诊时获得如同身临其境的感受，这使中医远程医疗、虚拟社区医院等成为可能 ，结合数据挖掘技术，可以进一步生成脉诊专家数据库系统，有效地促进中医脉诊科学化和客观化。中医远程脉诊系统由场景生成子系统、声音生成子系统脉象探测子系统、脉象处理子系统、实时控制子系统、信号传输子系统和专家决策子系统等功能基本子系统组成，构成了基于虚拟现实技术的可调闭环远程脉诊系统。其中，场景生成子系统合成医生和病人的脉诊场景环境；声音生成子系统实现医生和病人的病情问讯功能；脉象探测子系统包括脉诊仿真器和脉诊探测器两部分 ，医生和病人分别通过脉诊仿真器和脉诊探测器进行脉象感应和探测；实时控制子系统实现医生和病人的切脉过程实时互动；脉象处理子系统实现脉象信号的处理与分类 ；信号传输子系统实现视频数据、音频数据、控制数据、脉象数据和诊断数据的信号传输；专家决策子系统辅助医生和病人进行病情决策和评估。

2.3.2数字化虚拟人体和微观物质的虚拟

数字化虚拟人体是指将人体结构数字化，通过计算机技术和图像处理技术，在电脑屏幕上 出现一个看似真实的模拟人体 ，再进一步将人体功能性的研究成果加以数字化，由信息技术将其转变为电脑的语言符号，赋加到这个人体形态框架上。经过虚拟现实技术的交叉融合，通过操作者的调控 ，这个 “虚拟人”将能模仿真人做出各种各样的反应

2.3.3虚拟手术模拟

虚拟手术系统是专门用来对手术全过程进行仿真的虚拟现实应用系统，主要包括虚拟建模、医学数据的可视化、人体组织器官的应力形变仿真、传感与反馈、高速图形显示与图像处理等几部分。虚拟手术的模拟主要应用于复杂手术过程的规划、演练及预测 ，指导手术进行。学生可以在计算机产生的三维虚拟手术环境中，利用虚拟手术器械进行相关的虚拟手术流程 ，应对各种突发情况 ，具有可避免手术失误、缩短培训时间、节约实训费用、降低手术风险、减少病人损伤 、提高手术成功率等多项传统实训教学无法比拟的优势。 虚拟现实技术应用领域十分的广泛，除了上述的两个场景之外，在、军事演习【4】、土木

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