虛擬人研究的意義,虛擬化的作用

1、虛擬現(xiàn)實的終極意義是什么？什么是虛擬，什么是現(xiàn)實

   R(irtual Reality，即虛擬現(xiàn)實，簡稱R), 虛擬現(xiàn)實技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。

【簡介】

虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網(wǎng)絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現(xiàn)實技術(R)豐要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設各等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的R應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五。傳感設備是指三維交互設備。

【發(fā)展歷史】

虛擬現(xiàn)實技術演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段有聲形動態(tài)的模擬是蘊涵虛擬現(xiàn)實思想的第一階段()年以前虛擬現(xiàn)實萌芽為第二階段( )虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段( )虛擬現(xiàn)實理論進一步的完善和應用為第四階段( )。

【特征】

多感知性

指除一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應該具有一切人所具有的感知功能。

存在感

指用戶感到作為主角存在丁模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應該達到使用戶難辨真假的程度。

交互性

指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。

自主性

指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度。

【關鍵技術】

虛擬現(xiàn)實是多種技術的綜合，包括實時三維計算機圖形技術，廣角(寬視野)立體顯示技術，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡傳輸、語音輸入輸出技術等。下面對這些技術分別加以說明。

實時三維計算機圖形

相比較而言，利用計算機模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型，又有足夠的時間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關鍵是實時。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質量的要也很高，再加上非常復雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當困難。

顯示

人看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個關于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在R系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

用戶(頭、眼)的跟蹤

在人造環(huán)境中，每個物體相對于系統(tǒng)的坐標系都有一個位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭(眼)的方向來確定的。

跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭套：在傳統(tǒng)的計算機圖形技術中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以起來，感覺更逼真。另一個優(yōu)點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境。

在用戶與計算機的交互中，鍵盤和鼠標是目前最常用的工具，但對于三維空間來說，它們都不太適合。在三維空間中因為有六個自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標的平面運動映射成三維空間的任意運動?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些設備可以提供六個自由度，如3Space數(shù)字化儀和SpaceBall空間球等。另外一些性能比較優(yōu)異的設備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。

聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感?，F(xiàn)實生活里，當頭部轉動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在R系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關。

感覺反饋

在一個R系統(tǒng)中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。

語音

在R系統(tǒng)中，語音的輸入輸出也很重要。這就要虛擬環(huán)境能聽懂人的語言，并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的，因為語音信和自然語言信有其“多邊性”和復雜性。例如，連續(xù)語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說同一詞會有所不同，就是同一人發(fā)音也會受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語言作為計算機輸入目前有兩個問題，首先是效率問題，為便于計算機理解，輸入的語音可能會相當啰嗦。其次是正確性問題，計算機理解語音的方法是對比匹配，而沒有人的智能。

【應用領域】

R技術可以用于多個領域，包括醫(yī)學、娛樂、軍事航天、室內(nèi)設計、房地產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、應急推演、文物古跡、游戲、Web 3D、道路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質、維修、培訓實訓、船舶制造、汽車仿真、軌道交通、能源領域、生物力學、康復訓練、數(shù)字地球......

【五大障礙】

虛擬現(xiàn)實技術未來將會發(fā)展成一種改變我們生活方式的新突破。在第一代Oculus Rift的開發(fā)者大會上，所有與會者都看到了一個充滿潛力的虛擬現(xiàn)實平臺。

但是從現(xiàn)在來看，虛擬現(xiàn)實技術想要真正進入消費級市場，還有一段很長的路要走，包括Oculus在內(nèi)。在Oculus內(nèi)部，也對虛擬現(xiàn)實技術現(xiàn)在面對的問題進行了討論，并且不斷的在尋找解決方法。雖然所有問題最終都會找到答案，但是都不太可能在一夜之間全部解決。

目前，開發(fā)者如何為用戶提供一個真正身臨其境的游戲或應用體驗還存在比較大的技術局限性，而一些問題到現(xiàn)在仍然還沒有很好的解決辦法。中國增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AR聯(lián)盟，ARA）總結5大問題：

1. 沒有真正進入虛擬世界的方法

2. 如何“輸入”是一大困擾

3. 缺乏統(tǒng)一的標準

4. 容易讓人感到疲勞

5. 裝備笨重不美觀

虛擬現(xiàn)實說到底，就是一門讓人們更好的認識世界的技術。

2、科技成果評價的意義和目的是什么？

   在當前，科技成果轉化的作用和意義主要表現(xiàn)在如下三方面：

1．重視科技成果轉化是世界競爭發(fā)展的需要。在當今世界范圍內(nèi)，經(jīng)濟的競爭愈來愈表現(xiàn)為科學技術的競爭，表現(xiàn)科技成果（特別是高技術成果）轉化數(shù)量、質量和轉化速度的競爭。歸根結底是科技成果商品化、產(chǎn)業(yè)化程度及其市場占有率的競爭。

2．科技成果轉化是落實“科學技術是第一生產(chǎn)力”的關鍵。發(fā)展經(jīng)濟要依靠科技進步，發(fā)揮第一生產(chǎn)力的作用，而只有把作為第一生產(chǎn)力重要體現(xiàn)的科技成果在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的作用，才能有效地提高我國的經(jīng)濟增長質量，實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式的兩個根本轉變。

3．科技成果轉化是科技與經(jīng)濟結合的最好形式。新技術的產(chǎn)生并不等于新產(chǎn)業(yè)的形成，要使科技成果變成現(xiàn)實的生產(chǎn)力，特別是要形成規(guī)模效益，就需要科技工作者與經(jīng)濟工作者的共同努力，制定有力措施，創(chuàng)造有利于成果轉化的環(huán)境條件，加快成果轉化的步伐，為解決經(jīng)濟和社會發(fā)展中的難點、熱點、重點問題作出貢獻。

分，在經(jīng)過小時、我國首款億次，雙精度浮點運算速度為每秒億次，最高頻率為瓦，遠遠低于國外同類芯片， 。信息產(chǎn)業(yè)部、科技部、中科院和江蘇省合作，建立“中科夢龍”龍芯產(chǎn)業(yè)化基地，一條以龍芯產(chǎn)業(yè)化為目標的高科技產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成。 時分，在挺進南極內(nèi)陸冰蓋多公里后，中國南極內(nèi)陸冰蓋昆侖科考隊登上了南極內(nèi)陸冰蓋的最高點：南緯秒，東經(jīng)米。按照計劃，冰蓋科考隊將在最高點建立科學觀測站，開展氣候環(huán)境監(jiān)測，進行冰雷達測厚、高精度gps定位和綜合氣象觀測。我國科考隊成功登上冰蓋最高點，是人類南極考察歷史上的一次壯舉，表明我國南極事業(yè)發(fā)展又上了一個新臺階。 科多萬字，、我國測定珠峰新“身高” 國家測繪局宣布了米 經(jīng)過近多個項目中最深的科學鉆井。 ”誕生 南方醫(yī)科大學構建完成的“中國數(shù)字人男×千兆，為世界之最。“數(shù)字人”在醫(yī)學、航天、航空、影視制作乃至軍事等領域都有著廣泛的應用價值。

3、虛擬人的介紹

   研制“虛擬人”的目的，是為醫(yī)學或其他學科的研究提供更為精致的演示條件。比如，研究手術方案或試驗新型藥物，都可以讓“虛擬人”來充當試驗者。美國某研究所的研究人員，為了測試一種治療糖尿病新藥的療效，他們首先操控計算機讓“虛擬人”患上糖尿病。這個過程很簡單，只是用鼠標進行點擊，就“切除”了“虛擬人”的胰腺或其它器，并讓“虛擬人”的體重發(fā)生變化，幾秒鐘后一個健康的“虛擬人”就能變成一位糖尿病患者。然后，研究人員將試用新藥的數(shù)據(jù)輸入計算機，不斷觀察“虛擬病人”的反應，調(diào)整用藥劑量和用藥方法，最終得出結論。這種方法至少能為研究人員節(jié)省3年的時間?，F(xiàn)在，除了用于開發(fā)糖尿病的新藥以外，研究人員還在嘗試用“虛擬人”對治療風濕性關節(jié)炎、哮喘病等其它新藥進行測試。

此外，在軍事醫(yī)學上，也可以讓“虛擬人”來試驗核武器、化學武器和生物武器對人體造成的各種疾患，以及治療方法。

用電腦制作“虛擬人”，最關鍵的環(huán)節(jié)是采集各種人體數(shù)據(jù)。首先需要確定出一個理想的人體樣本；然后經(jīng)過尸體解剖、拍照、分析；再將數(shù)據(jù)輸入電腦進行合成，從而制成一個完整的立體人類生理結構。

這項研究工作，由美國最先進行。他們于年提出了“可視虛擬人”的概念，并于年制成了世界第一具男性“虛擬人”。年又通過對一具女尸的解剖，在電腦中儲存了高達年時間建立具有東方人特征的數(shù)據(jù)庫。

我國對“虛擬人”的研究。在月日時分，我國首例女性虛擬人數(shù)據(jù)集在位于廣州市的解放軍第一軍醫(yī)大學構建成功，這標志著繼美國、韓國后，中國成為世界上第三個擁有本國虛擬人數(shù)據(jù)庫的國家。

虛擬人是指通過數(shù)字技術模擬真實的人體器而合成的三維模型。

這種模型不僅具有人體外形以及肝臟、心臟、腎臟等各個器的外貌，而且具備各器的新陳代謝機能，能較為真實地顯示出人體的正常生理狀態(tài)和出現(xiàn)的各種變化。

現(xiàn)在也指代一些依靠技術平臺制造的虛擬人物，如翎、洛天依等。

4、研究虛擬現(xiàn)實技術的現(xiàn)實意義?

   虛擬現(xiàn)實(irtual Reality，簡稱R;又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術。R是一 項綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等領域，它用計 算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當裝置，自然地對虛擬世 界進行體驗和交互作用。R主要有三方面的含義：第一，虛擬現(xiàn)實是借助于計算機生成逼真 的實體，“實體”是對于人的感覺(視、聽、觸、嗅)而言的；第二，用戶可以通過人的自然 技能與這個環(huán)境交互，自然技能是指人的頭部轉動、眼動、手勢等其他人體的動作；第三， 虛擬現(xiàn)實往往要借助于一些三維設備和傳感設備來完成交互操作。近年來，R已逐漸從實驗 室的研究項目走向實際應用。目前在軍事、航天、建筑設計、旅游、醫(yī)療和文化娛樂及教育 方面得到不少應用。在國內(nèi)，有關R的項目已經(jīng)列入計劃，R的研究和應用正在全面展開。

“虛擬現(xiàn)實技術”對全球大多數(shù)企業(yè)來說都是一個新名詞，但由于“虛擬現(xiàn)實技術”的巨大應用價值，已為寶馬、GE（通用）、Boeing（波音）、Sukhoi（蘇霍伊）等全球強中的大型工業(yè)企業(yè)廣泛應用于設計、營銷、培訓、客戶等諸多領域。

虛擬現(xiàn)實技術的應用前景

R技術的應用極為廣泛，Helsel與Doherty在年對全世界范圍內(nèi)已經(jīng)進行的項R研究項目作了統(tǒng)計，結果表明：目前在娛樂、教育及藝術方面的應用占據(jù)主流，％，％，％，％，％，另外在可視化計算、制造業(yè)等方面也有相當?shù)谋戎亍Ｏ旅婧喴榻B其部分應用。

（1）醫(yī)學

R在醫(yī)學方面的應用具有十分重要的現(xiàn)實意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，學生可以很容易了解人體內(nèi)部各器結構，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。

Pieper及Satara等研究者在年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器，用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術臺與手術燈，虛擬的外科工具（如手術刀、注射器、手術鉗等），虛擬的人體模型與器等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統(tǒng)有待進一步改進，如需提高環(huán)境的真實感，增加網(wǎng)絡功能，使其能同時培訓多個使用者，或可在外地專家的指導下工作等。

另外，在遠距離遙控外科手術，復雜手術的計劃安排，手術過程的信息指導，手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，R技術都有十分重要的意義。

（2）娛樂、藝術與教育

豐富的感覺能力與年的一場未來戰(zhàn)爭；英國開發(fā)的稱為“irtuality”的R游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強了真實感；年的一臺稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計算機具備了自學習功能，大大增強了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度R產(chǎn)品獎。另外在家庭娛樂方面R也顯示出了很好的前景。

作為傳輸顯示信息的媒體，R在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可低估。R所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術（如油畫、雕刻等）轉化為動態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術。另外，R提高了藝術表現(xiàn)能力，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

對藝術的潛在應用價值同樣適用于教育，如在解釋一些復雜的系統(tǒng)抽象的概念如量子物理等方面，R是非常有力的工具，Lofin等人在年建立了一個“虛擬的物理實驗室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。

（3）軍事與航天工業(yè)

模擬與練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為R提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自多臺模擬器。另外利用R技術，可模擬零重力環(huán)境，以代替現(xiàn)在非標準的水下訓練宇航員的方法。

（4）管理工程

R在管理工程方面也顯示出了無與倫比的優(yōu)越性。如設計一新型建筑物時，可以在建筑物動工之前用R技術顯示一下；當財政發(fā)生危機時，可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數(shù)據(jù)以尋找對策等等。

以上僅列出虛擬現(xiàn)實的部分應用前景，可以預見，在不久的將來，虛擬現(xiàn)實技術將會影響甚至改變我們的觀念與習慣，并將深入到人們的日常工作與生活。

虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然地實時感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作。

虛擬現(xiàn)實技術（R）可以使人與信息管理環(huán)境的關系變得比以往更為密切與和諧，它還能使由它構成的計算機軟硬件環(huán)境變得比以往更為強大與靈巧。

（1）R在醫(yī)學方面的應用具有十分重要的現(xiàn)實意義。該技術可用于解剖教學、復雜手術過程的規(guī)劃，在手術過程中提供可操作和信息上的輔助，預測手術結果等。另外，在遠程醫(yī)療中，虛擬現(xiàn)實技術也很有潛力。例如在偏遠的山區(qū)，通過遠程醫(yī)療虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，患者不進城也能夠接受名醫(yī)的治療。對于危機病人，還可以實施遠程手術。醫(yī)生對病人模型進行手術，他的行動通過衛(wèi)星傳送到遠處的手術機器人。手術的實際圖像通過機器人上的攝像機傳回醫(yī)生的頭盔立體顯示器，并將其和虛擬病人模型進行疊加，為醫(yī)生提供有用的信息。美國斯坦福國際研究所已成功研制出遠程手術醫(yī)療系統(tǒng)。

（2）R在娛樂方面的應用具有重要的現(xiàn)實意義。由于在娛樂方面對R的真實感要不是太高，故近些年來R在該方面發(fā)展最為迅猛。豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得R成為理想的視頻游戲工具。作為傳輸顯示信息的媒體，R在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可低估。R所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術（如油畫、雕塑等）轉化為動態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術。另外，R提高了藝術表現(xiàn)能力，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活得居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

（3）R在航天領域的應用具有重要的現(xiàn)實意義。在航天領域，R技術也非常重要。例如，失重是航天飛行中必須克服的困難，因為在失重情況下對物體的運動難以預測。為了在太空中進行精確地操作，需要對宇航員進行長時間的失重仿真訓練。為了逼真地模擬太空中的情景，美國航天局NASA在“哈勃太空望遠鏡的修復和維護”計劃中采用了R仿真訓練技術。在軍事領域中，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、建筑物以及由其他部隊操縱的車輛的模擬戰(zhàn)場。這些由實際人員操作的車輛可以相互射擊，系統(tǒng)利用無線電通信和聲音來加強真實感。系統(tǒng)的每個用戶可以通過環(huán)境視點來觀察別人的行動。炮火的顯示極為真實，用戶可以看到被攻擊部隊炸毀的情況。從直升機上看到的場景也非常逼真。這個模擬系統(tǒng)可用來訓練坦克、直升機和進行軍事演習，以及訓練部隊之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

上面的都是一些書本上的說法，我來說點真正實際的東西吧

虛擬現(xiàn)實技術在中國還是剛剛發(fā)展，他是和計算機仿真學，環(huán)境藝術學等等密切相關的，現(xiàn)在在各個大的院校都有虛擬現(xiàn)實的實驗室，一般設立在計算機學院或者機械學院，國內(nèi)目前底層的研究比較少，主要還是工程開發(fā)。現(xiàn)在國內(nèi)出現(xiàn)了很多的虛擬現(xiàn)實的，在北京，上海，西安都有很多。他們一般是用于房地產(chǎn)開發(fā)，政府進行市區(qū)規(guī)劃，或者是給院校提供一些設備方案?？刻摂M現(xiàn)實掙錢的話。可以分為軟件和硬件兩個方面，軟件掙錢就是給對方做一套虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品，滿足客戶的需要，硬件的話就是運行這個產(chǎn)品的平臺，這個一般是比較昂貴的，一般提供好幾沖方案，從普通的pc機到工作站，到真正的虛擬現(xiàn)實沉浸設備，通過硬件也可以有很好的利潤