虚拟现实33

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,张涛,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,本章介,绍,绍虚拟,现,现实的,各,各种应,用,用，包,括,括军事,应,应用、,航,航空航,天,天应用,、,、计算,机,机辅助,设,设计、,外,外科手,术,术和人,体,体器官,的,的模拟,、,、科学,研,研究和,计,计算的,可,可视化,、,、教育,、,、游戏,和,和其它,方,方面的,应,应用等,。,。通过,本,本章读,者,者可以,对,对虚拟,现,现实的,各,各种应,用,用有所,了,了解，,为,为今后,开,开发和,使,使用虚,拟,拟现实,技,技术起,到,到很大,的,的作用,。,。,8.1,军事应用,8.2,航空航天应用,8.3,计算机辅助设计,8.4,外科手术和人体器官的模拟,8.5,科学研究和计算的可视化,8.6,教育游戏和其他,8.1军事应,用,用,8.1,.,.1军事应,用,用的目,的,的,8.1,.,.2军事应,用,用的领,域,域,8.1,.,.3军事应,用,用的实,例,例,8.1,.,.1军事应,用,用的目,的,的,当前趋,势,势是增,加,加技术,复,复杂性,和,和缩短,军,军用硬,件,件的生,命,命周期,，,，这要,求,求仿真,器,器是灵,活,活的、,可,可升级,的,的和可,联,联网的,，,，并允,许,许远地,仿,仿真，,不,不需要,训,训练者,去,去到仿,真,真器地,方,方。在,队,队伍仿,真,真中也,需,需要网,络,络，它,比,比单用,户,户仿真,要,要真实,，,，要求,虚,虚拟现,实,实是可,联,联网的,、,、灵活,的,的和可,升,升级的,，,，由此,理,理想地,满,满足军,事,事的需,要,要。,在军事,应,应用中,，,，采用,虚,虚拟现,实,实系统,不,不仅提,高,高了作,战,战能力,和,和指挥,效,效能，,而,而且提,高,高了训,练,练水平,，,，大大,减,减少了,军,军事开,支,支，节,省,省了大,量,量人力,、,、物力,，,，同时,可,可以保,证,证安全,。,。,8.1,.,.2军事应,用,用的领,域,域,1.训练方,面,面,（1）模拟,战,战场环,境,境,（2）设计,单,单兵训,练,练器,（3）团队,战,战术训,练,练,2.武器装,备,备的研,究,究,在武器,装,装备研,究,究与新,武,武器展,示,示中主,要,要有以,下,下应用:,(1)在武器,设,设计研,制,制过程,中,中，采,用,用虚拟,现,现实技,术,术提供,先,先期演,示,示，检,验,验设计,方,方案，,把,把先进,设,设计思,想,想融入,武,武器装,备,备研制,的,的全过,程,程，从,而,而保证,总,总体质,量,量和效,能,能，实,现,现武器,装,装备投,资,资的最,佳,佳选择,，,，对于,有,有些无,法,法进行,实,实验或,实,实验成,本,本太高,的,的武器,研,研制工,作,作，也,可,可由虚,拟,拟现实,系,系统来,完,完成。,所,所以尽,管,管不进,行,行武器,试,试验，,也,也能不,断,断改进,武,武器性,能,能。,(2)研制者,和,和用户,利,利用虚,拟,拟现实,技,技术，,可,可以很,方,方便地,介,介入系,统,统建模,和,和仿真,试,试验的,全,全过程,，,，既能,加,加快武,器,器系统,的,的研制,周,周期，,又,又能合,理,理评估,其,其作战,效,效能及,其,其操作,的,的合理,性,性，使,之,之更接,近,近实战,的,的要求,。,。,(3)采用虚,拟,拟现实,技,技术对,未,未来高,技,技术战,争,争的战,场,场环境,、,、武器,装,装备的,技,技术性,能,能和使,用,用效率,等,等方面,进,进行仿,真,真，有,利,利于选,择,择重点,发,发展的,武,武器装,备,备体系,，,，改善,其,其整体,质,质量和,作,作战效,果,果。,(4)很多武,器,器供应,商,商借助,于,于网络,，,，采用,虚,虚拟现,实,实系统,来,来展示,武,武器的,各,各种性,能,能。,（1）在美,国,国陆军,中,中，他,们,们利用,虚,虚拟现,实,实的仿,真,真器实,现,现各种,层,层次的,军,军事训,练,练，如,单,单兵训,练,练、排,级,级指挥,员,员的训,练,练、连,和,和营一,级,级的训,练,练等。,（2）在美,国,国海军,中,中，开,发,发了一,种,种VESUB（Virtual Environment forSubmarineShipHandlingTraining）仿真,器,器。它,主,主要用,于,于甲板,上,上的训,练,练。,（3）在美,国,国空军,中,中，开,发,发出了,更,更多的,仿,仿真器,。,。如单,元,元教练,机,机和虚,拟,拟座舱,。,。,8.1,.,.3军事应,用,用的实,例,例,在航空,航,航天方,面,面，美,国,国国家,航,航空航,天,天局（NASA）于20世纪80年代初,就,就开始,研,研究虚,拟,拟现实,技,技术，,并,并于1984年研制,出,出新型,的,的头盔,显,显示器,。,。90年代以,来,来，虚,拟,拟现实,的,的研究,与,与应用,范,范围不,断,断扩大,。,。宇航,员,员利用,虚,虚拟现,实,实系统,进,进行了,各,各种训,练,练。美,国,国国家,航,航空航,天,天局计,划,划将虚,拟,拟现实,系,系统用,于,于国际,空,空间站,组,组装、,训,训练等,工,工作。,另,另外，,近,近些年,来,来，欧,洲,洲、俄,罗,罗斯、,日,日本等,都,都开展,虚,虚拟现,实,实在航,空,空航天,系,系统的,研,研制及,人,人员训,练,练中的,应,应用。,我,我国也,在,在这一,领,领域进,行,行着大,量,量的研,究,究工作,。,。,8.2航空航,天,天应用,虚拟现,实,实在航,空,空航天,领,领域应,用,用的目,的,的主要,有,有两点,：,：一是,帮,帮助设,计,计复杂,的,的航空,航,航天系,统,统。航,空,空系统,包,包括各,类,类飞行,器,器，如,直,直升机,、,、大型,飞,飞机、,超,超音速,战,战斗机,、,、导弹,、,、飞艇,等,等。航,天,天系统,则,则包括,各,各类卫,星,星、太,空,空火箭,、,、航天,飞,飞机、,空,空间站,等,等。通,过,过虚拟,现,现实技,术,术可以,很,很好地,模,模拟高,空,空及太,空,空环境,，,，帮助,了,了解和,掌,掌握各,类,类系统,在,在一定,环,环境下,的,的工作,情,情况。,同,同时降,低,低系统,设,设计的,费,费用，,缩,缩短设,计,计周期,等,等。另,一,一目的,是,是训练,各,各类人,员,员，包,括,括航空,飞,飞行器,驾,驾驶员,以,以及宇,航,航员等,。,。总之,，,，通过,虚,虚拟现,实,实技术,，,，近些,年,年来大,大,大推动,了,了航空,航,航天领,域,域的发,展,展，使,人,人类在,这,这一领,域,域有了,极,极大的,进,进步。,8.2,.,.1航空航,天,天应用,的,的目的,下面着,重,重介绍,几,几个虚,拟,拟现实,在,在航空,航,航天领,域,域应用,的,的实例,。,。,NASA的虚拟,现,现实训,练,练,EVA的虚拟,现,现实训,练,练,美国空,军,军的虚,拟,拟座舱,虚拟风,洞,洞,8.2,.,.2航空航,天,天应用,的,的实例,虚拟现,实,实技术,离,离不开,计,计算机,技,技术的,发,发展。,那,那么虚,拟,拟现实,技,技术必,然,然会对,计,计算机,技,技术领,域,域发挥,巨,巨大的,作,作用，,其,其中之,一,一就是,用,用于计,算,算机辅,助,助设计,。,。在计,算,算机辅,助,助设计,中,中虚拟,现,现实技,术,术几乎,覆,覆盖各,个,个方面,。,。如果,在,在计算,机,机辅助,设,设计中,采,采用了,虚,虚拟现,实,实技术,，,，就只,需,需在计,算,算机辅,助,助设计,的,的对象,前,前加入“虚拟”二字，,就,就可以,体,体现计,算,算机辅,助,助设计,的,的特点,。,。当然,，,，它们,设,设计的,基,基本原,理,理是一,致,致的。,下,下面以,两,两个完,全,全不同,的,的两个,实,实例来,说,说明这,一,一点：,虚,虚拟样,机,机以及,虚,虚拟建,筑,筑设计,和,和城市,规,规划。,8.3计算机,辅,辅助设,计,计,在制造,业,业，一,个,个产品,的,的生产,周,周期包,括,括：设,计,计阶段,、,、表现,阶,阶段（,购,购买原,材,材料和,安,安装设,备,备）、,员,员工培,训,训和实,际,际生产,阶,阶段。,虚,虚拟现,实,实的特,点,点对每,一,一阶段,都,都能发,挥,挥重要,的,的作用,采用虚,拟,拟制造,技,技术，,可,可以在,设,设计阶,段,段就对,设,设计的,方,方案、,结,结构等,进,进行仿,真,真，解,决,决大多,数,数问题,，,，提高,一,一次试,制,制成功,率,率。用,虚,虚拟原,型,型样机,技,技术取,代,代传统,的,的硬件,样,样机，,可,可以大,大,大节约,新,新产品,开,开发的,周,周期和,费,费用，,很,很容易,地,地发现,许,许多以,前,前难以,发,发现的,设,设计问,题,题。,同时，,还,还可以,明,明显地,改,改善开,发,发团体,成,成员之,间,间的意,见,见交流,方,方式。,8.3,.,.1虚拟原,型,型设计,在城市,规,规划、,工,工程建,筑,筑设计,领,领域、,虚,虚拟现,实,实技术,被,被作为,辅,辅助开,发,发工具,。,。,规划决,策,策者、,规,规划设,计,计者、,城,城市建,设,设管理,者,者以及,公,公众在,城,城市规,划,划中扮,演,演不同,的,的角色,，,，有效,的,的合作,是,是保证,城,城市规,划,划最终,成,成功的,前,前提。,虚,虚拟现,实,实技术,为,为这种,合,合作提,供,供了理,想,想的沟,通,通桥梁,，,，打破,了,了专业,人,人士和,非,非专业,人,人士之,间,间的沟,通,通障碍,它支持,多,多方案,比,比较，,不,不同的,方,方案、,不,不同的,规,规划设,计,计意图,通,通过虚,拟,拟现实,技,技术实,时,时地反,映,映出来,，,，用户,可,可以做,出,出很全,面,面的对,比,比，另,外,外虚拟,现,现实系,统,统可以,快,快捷、,方,方便的,随,随着方,案,案的变,化,化而进,行,行调整,，,，辅助,用,用户做,出,出决定,。,。从而,大,大大加,快,快了方,案,案设计,的,的速度,和,和质量,，,，也节,省,省了大,量,量的资,金,金,虚拟现,实,实在重,大,大工程,项,项目论,证,证中的,应,应用,虚拟现,实,实系统,实,实一个,极,极好的,展,展示大,型,型规划,项,项目的,工,工具,8.3,.,.2虚拟建,筑,筑设计,与,与城市,