物流可视化：虚拟现实技术的应用

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：未来，虚拟现实技术将在以下几个领域获得重大进展。产品设计虚拟现实技术可以帮助进行产品设计。这时，应用虚拟现实技术就可以充分显示出其优势。图3-5虚拟现实教学课堂虚拟现实在教育方面有它独特的作用。VR虚拟现实的应用将是一个重大的变革，让很多曾经只可意会不可言传的知识呈现在学生面前，更加直观，更加容易理解。这也是他们希望用前沿的虚拟现实技术来控制火星上的机器人的主要原因，另一方面也减轻宇航员的压力。

随着科技的发展，越来越多的新技术渗入到生活中，虚拟现实一词逐渐进入人们的眼帘。2016年是VR蓬勃发展的元年，在VR有关发展趋势报道中，越来越多的实质性VR产品和应用将开始出现。在不久的将来VR会涵盖娱乐、游戏、教育、医学［10-14］、旅游、城市规划等各大行业。VR本身是一个科技，更是平台，虽然目前的VR在软件和硬件等各方面都尚未成熟，但它处于一个快速发展的上升期。伴随着越来越多的技术和研究进入VR领域，相信VR生态系统会更加完善。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面，其真实的存在性、交互性、自主性让人有种身临其境的感觉。虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉、力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。未来，虚拟现实技术将在以下几个领域获得重大进展。

（1）产品设计

虚拟现实技术可以帮助进行产品设计。设计人员用一个虚拟的产品来分析、研究、检查所设计的产品是否合理，有无故障，应如何修改。在对虚拟产品的品评和考查中，如发现问题，可再修改设计，使产品设计得更好，而不是在投产前先制造一个模型或样品。

在建筑设计中，要考虑结构、强度、采光、声音效果、通风等许多问题，而这些问题要预先估计出来是比较困难的。利用虚拟现实技术，虚拟出建筑物，可以让设计人员清楚地看到一座建筑物的内外景观，甚至可以“进入”建筑物中走走、看看、摸摸，对设计进行修改，在建筑设计竞赛投标时，评审人可进入建筑物进行考查。对于演讲厅、电影院的设计，则可用虚拟现实技术来考查声音效果，帮助设计人员改进设计。

（2）教育培训［15-18］

利用虚拟现实技术，可以模拟显现抽象的或在现实中存在的，但在课堂教学环境下用别的方法很难做到或者要花费很大的代价才能显现的各种事物，供学生学习和探索。以机械课为例，当学生学习某种机械装置，如汽车发动机的结构原理和运行过程时，一般的教学方法都是利用图示或放录像的方式向学生展示，但这些方法难于使学生对这种机械装置的运行过程、状态及内部的各个部件在工作时的相互联系有一个明确的了解。这时，应用虚拟现实技术就可以充分显示出其优势。它不仅可以向学生展现出发动机的复杂构造、工作原理以及工作时各个零件的运行状态，而且还可以模仿出发动机在出现故障时的表现和原因等。这样就使学习内容非常直观地展现在学生的面前，大大提高学习效果。

pagenumber_ebook=56,pagenumber_book=45

图3-5　虚拟现实教学课堂

虚拟现实在教育方面有它独特的作用。VR教学平台可将任何场景融入课堂，实现沉浸式教学体验，如图3-5所示，对传统学习带来彻底的改变，让学生能够真实地感受所学习到的东西。例如，当学生在学习到白垩纪的恐龙时，利用虚拟现实能让他们真实感受到恐龙是什么样子的；当学习到生物时，可以清楚地看到造血干细胞又是什么样子的。同时，学生不仅可以在平台上发布自己的VR作品，而且还能将作品转化成VR行业内容素材。VR让教育真正地做到了亲身感受，身临其境；而不再是纸上谈兵。

旧金山联合学区和佛罗里达州波克县公立学校的学生是第一批使用Nearpod VR教材的学生（图3-6）。戴上谷歌的Cardboard，这些学生可以到古埃及的金字塔、智利复活节岛的洞穴、澳大利亚大堡礁的海底生物群落、火星、迪拜塔和美国各地的地标建筑进行实地考察。VR虚拟现实的应用将是一个重大的变革，让很多曾经只可意会不可言传的知识呈现在学生面前，更加直观，更加容易理解。

pagenumber_ebook=57,pagenumber_book=46

图3-6　使用Nearpod VR的学生

（3）电子商务

真实感不强一直是制约消费者应用电子商务的主要因素之一。虚拟现实技术在电子商务上的应用，将能大大拉近买家与商家的距离，买家可以在网上立体地了解产品的外观、结构及功能，与商家进行实时交流，如买家对一台冰箱感兴趣，他不但可以从不同的侧面观看冰箱的外形，还可以通过鼠标操作将冰箱门打开，了解冰箱内部结构及性能，通过虚拟现实技术，买家甚至可以亲临产品生产厂家进行实地考察，对厂家的生产规模、设备配备进行全方位的了解。把这一技术应用于电子商务，将能突破真实感对电子商务发展的制约，吸引更多的消费者接受并积极参与电子商务，促进电子商务的发展。

（4）军事航天

每个国家传统上习惯于通过举行实战演习来训练军事人员和士兵，但是这种实战演练，特别是大规模的军事演习，将耗费大量资金和军用物资，安全性差，而且还很难在实战演习条件下改变状态，需要反复进行各种战场态势下的战术和决策研究。建立虚拟战场环境训练军事人员，通过虚拟战场检验和评估武器系统的性能，使得军事演习与训练在概念上和方法上有了新的飞跃。在虚拟战场环境中，参与者可以看到在地面行进的坦克和装甲车，在空中飞行的直升机、歼击机和导弹，在水面和水下游弋的舰艇；可以看到坦克行进时后面扬起的尘土和被击中坦克的燃烧浓烟；可以听到飞机或坦克的隆隆声由远而近，从声音辨别目标来向和速度；参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习，在人员训练、武器系统研制、概念研究等方面显示出明显的优势和效益。

航天产业乃当代最尖端、最复杂的领域，在安全性、可靠性、维护性等要求上更是严苛，美国航空航天局（NASA）的科学家们都有一个艰巨的任务：寻找其他星球上的生命。这也是他们希望用前沿的虚拟现实技术来控制火星上的机器人的主要原因，另一方面也减轻宇航员的压力。在美国航空航天局喷气推进实验室，研究人员把Oculus Rift虚拟现实眼镜、Kinect 2的运动捕捉设备，以及Xbox One游戏主机连接起来练习控制机械臂，再结合一直在火星表面工作的好奇号漫步者拍摄的火星照片，人们就能通过佩戴Oculus Rift眼镜看到火星表面的景象，宛如身处火星一样体验到在火星上漫步的感受。NASA甚至还添加了地势的元素，可让受测者使用Xbox 360手柄进行走向的控制，如图3-7所示。

pagenumber_ebook=58,pagenumber_book=47

图3-7　虚拟火星漫步

新型飞机、舰艇等大型装备制造前，可以首先用虚拟现实技术建立一个逼真的三维虚拟模型，设计师带上头盔显示进入模型能审视设计的合理性，可以在模型上反复修改设计、工序，大大节约制造经费，加快研制进度。

（5）艺术娱乐

虚拟现实技术所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外，虚拟现实技术提高了艺术表现能力，如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器，手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会。

所谓虚拟现实技术娱乐方式就是用先进的虚拟现实技术来改变我们的娱乐生活，让我们获得更多的快乐［19］。如果你是一个喜欢泡酒吧的人，又不具备天天泡酒吧的经济实力，那就在家里实现你的愿望吧。家中的电脑设备采用了虚拟现实技术，完全能模拟出酒吧里的浪漫情调。如果你是个赶时髦的姑娘，那你没必要顶着太阳去逛服装市场，你可以在电脑上随心所欲地设计中意的款式，再在电脑上模拟自己的身影走上几步，看看自己设计的款式魅力如何。

2015年年底，国内顶尖VR内容制作商兰亭数字出品了国内第一部VR短片《活到最后》，如图3-8所示。与以往的科幻大片不同的是，观众无须戴上3D眼镜，在普通电脑屏上就能观看到360。全方位的全景视频，并且带有交互性，观众自主旋转视角就可以看到不同的内容，同时戴上VR头盔沉浸感会明显增强。拍摄场景时只有中央一个机位，可以避免给观众带来的晕眩感，也颠覆了以往机位的选择、移动轨迹的布局、传统的构图方法等思想。由于硬件限制，无论是分辨率、眩晕程度、刷新率包括重量、透气性等，导致观众不能观看太久，因此整个电影时长为12 min。该影片分辨率为8K，放在平台的片子压缩到4K，头盔最大分辨率支持2.5 K，因此也是目前硬件存在的“硬伤”；目前，影视行业将尝试360° 3D镜头和3D音效，以增加观众的舒适度。

pagenumber_ebook=59,pagenumber_book=48

图3-8　虚拟电影

（6）旅游休闲

虚拟现实技术在旅游中应用有如下几种方式：第一种方式的虚拟旅游是针对现有旅游景观的虚拟旅游，通过这种方式的虚拟旅游，不仅可以起到预先宣传、扩大影响力和吸引游客的作用，而且还能够在一定程度上满足一些没有到过该旅游景点或是没有能力到该旅游景点的游客的需求，例如故宫虚拟旅游、黄山虚拟旅游、西安古城墙虚拟旅游、异国风情游等；第二种方式的虚拟旅游是针对现在已经不存在的旅游景观或是即将不复存在的旅游景观而展开的，对于重现这些旅游景观，满足一些人们某种好奇的心理，甚至给人们怀旧心理以某种程度上的抚慰，起到十分有益的作用，例如对于原三峡风景区的虚拟旅游，通过虚拟现实技术，利用原先所有的从航片、卫片得到的数据和实测数据建成地形地貌模型库，再复加以人文景观信息，这样不仅能够在三峡坝区建成之后，通过虚拟现实技术使得原有雄壮美丽的库区自然、人文景观得以另一种方式的保存，而且使后人能够在其已不复存在的岁月里，通过虚拟旅游的方式能够重新游览这一奇异旅游景观，去亲身认识瞿塘峡的雄壮、巫峡的秀丽、西陵峡的险要，去亲身体验“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”的美好感觉；第三种方式的虚拟旅游乃是针对规划建设的旅游景点和正在建设但尚未建成的旅游景点而言的，这种方式的虚拟旅游同第一种方式的虚拟旅游一样，主要是起到一种先期宣传和吸引游客的作用，待这些景点建成后，再正式接待游客的游览观光；第四种方式的虚拟旅游是针对目前人类还不太可能达到的地方而言的，例如到达月球的太空旅游以及探测火星的星际旅游等。

2015年的圣诞，可口可乐在波兰创造了一场华丽的虚拟雪橇旅程。通过使用Oculus Rift，人们可以沉浸在虚拟现实的世界里扮演一天的圣诞老人。在这次虚拟雪橇体验中，体验者可以像真正的圣诞老人一样驾驶雪橇车穿越波兰拜访各个村庄，如图3-9所示。

pagenumber_ebook=60,pagenumber_book=49

图3-9　虚拟雪橇之旅

此次虚拟雪橇旅程主要是利用Oculus Rift， Oculus Rift具有两个目镜，每个目镜的分辨率为640×800像素，双眼的视觉合并之后拥有1280×800像素的分辨率，并且具有陀螺仪控制的视角。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上，这样就有了双目立体视觉。声音采用立体声效果，立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。通过这种视觉、听觉的效果就可以让人有一种身临其境的感觉，才会拥有这场完美的圣诞雪橇之旅。

为了全面展示老君山景区形象，更好地服务游客，老君山景区利用航拍全景、地面全景技术以及VR虚拟现实技术，推出了“老君山景区720VR全景虚拟旅游体验”系统，如图3-10所示。游客不管在哪里，只要有网络，就可以通过移动端感受到旅游新体验。该系统通过航拍全景和地面全景技术，将景区全貌风光、经典景观等从游客无法体验的视角进行展示。将景区的全景以3D立体的形式展现在游客面前，同时又将先进的VR实景展示技术，在移动客户端进行完美展示，让游客体验一场特殊的“老君山之旅”。

pagenumber_ebook=61,pagenumber_book=50

图3-10　虚拟老君山之旅

（7）虚拟现实驾驶测试

虚拟现实驾驶是一件非常有意义的事，著名汽车厂商Volvo在发布其最新的XC90SUV时就提供了一个相应的虚拟现实体验APP。通过这个APP，使用者就好像真的坐在XC90SUV的驾驶席里体验新车的驾驶乐趣。此次虚拟现实驾驶利用了虚拟现实设备Cardboard，其实Cardboard就相当于3D眼镜，智能手机就相当于一款小型显示设备，通过透镜给不同的眼睛送去不同的图像，从而产生了立体的效果。主要就是通过光学结构造成虚拟距离，手机是个平面，离体验者很近，通过计算把手机的画面预扭曲再通过凸透镜恢复变形，然后就产生了虚拟焦距。利用这些技术，可以虚拟出道路上的环境及驾驶员在应对不同的交通状况时采取的不同驾驶技术，最后呈现出完美的虚拟现实驾驶过程。

pagenumber_ebook=61,pagenumber_book=50

图3-11　虚拟驾驶

物流可视化：虚拟现实技术的应用

相关推荐