虚拟现实技术在机器人技术中的应用与展望.pdfVIP

第 20 卷第 1 期 机器人　ROBO T V o l. 20,N o. 1 1998 年 1 月 　 J an. , 1998 虚拟现实技术在机器人技术中的应用与展望 杨　磊　 何克忠　 郭木河　 张　钹 ( 智能技术与系统国家重点实验室　清华大学计算机系　北京　100084) 摘　要　本文综述了虚拟现实技术在机器人领域应用的必威体育精装版进展. 分析了虚拟现实技术的研究 背景和状况. 重点介绍了作为遥操作界面、机器视觉三维表示、系统仿真方面的应用实力和发展状况. 分析了相应的发展前景, 并对当前虚拟现实技术应用中出现的问题提出了建议. 关键词　虚拟现实, 机器人学, 遥操作, 三维重建, 仿真 1　引言 虚拟现实技术( ) , 又称灵境技术, 是 90 年代为科学界和工程界所关注的技 V ir tu a l R ea lity 术. 它的兴起, 为人机交互界面的发展开创了新的领域; 为智能工程的应用提供了新的工具; 为 各类工程的大规模的数据分析提供了新的方法. 这种技术的主要特点在于, 计算机产生一种人 为虚拟的环境, 这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间, 或是把其他现实环境编制 到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”. 使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉. 人 们通过相应的硬件手段的帮助, 如数据手套, 立体眼镜和头盔等设备, 产生“身临其境”的感觉, 能够操纵虚拟环境中的物体的运动, 并且使用者本身也能够在其中漫步、环顾, 所以又有人称 之为“人工幻境”. 由于这些环境是由计算机产生的, 因此可以把任何能够想象到的场景, 以计 算机程序的形式编入其中. 产生沉浸感的目的在于使使用者感觉到他是虚幻环境中的一部分. 这种沉浸感增强了用户与计算机交互的能力. 虚拟现实技术的应用, 改进了人们利用计算机对 工程数据进行处理的方式. 尤其体现在需要对大量抽象数据进行处理的过程中. 例如, 在飞机 外形设计过程中, 对风洞数据的分析等. 在智能机器人研究领域中, 也广泛开展了虚拟现实技 术的研究. 主要集中在遥操作, 仿真和视觉重建 3 个方面. 2　研究现状 计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具, 而且因此而导致了许多解决问题的新方 法的产生. 虚拟现实技术的产生与发展也同样如此. 就虚拟现实本身的技术而言, 它主要涉及 到 3 个研究领域: ·通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果; ·建立对虚拟世界的观察界面; ·使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用. 当前国际上, 虚拟现实技术的研究大致可以分为 3 类. 第一类是研究虚拟人机交互界面, 这一类人员大多是由研究图形学、行为学或是心理学的专家组成; 第二类是研究虚拟现实系统 的构造技术, 主要研究内容包括实时生成有真实感的图形画面的算法和硬件体系结构, 较有代 1997- 03- 3 1 收稿 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 20 卷第 1 期 杨磊等: 　虚拟现实技术在机器人技术中的应用与展望 77 表性的研究机构是N o r th Caro lin a 大学; 第三类着重于研究虚拟现实的应用. 在这一研究人员 中, 人工智能界显示出了高度的热情. 有许多的人工智能理论专家和机器人专家参与研究. 较 [ 11 ] 有代表性的研究机构有美国的卡内基梅隆大学 . 机器人领域与虚拟现实的研究从虚拟现实 的产生起就存在着密不可分的关系. 虚拟现实的许多算法是在现有的机器人学的基础上建立 的. 例如三维图形学本身同样存在碰撞检测的研究任务. 又如虚拟现实中为模仿真实动态环境 [ 12 ] 而开展的A u tonom