虚拟现实技术应用

摘 要：什么是VR（Virtual Reality）技术呢？其具体内涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。也就是说，它可以模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

关键词：虚拟境界；沉浸；交互

该技术的提出在20世纪80年代，目前市面上出现了VR眼镜和头盔，可以让你屏幕上的视频达到3D效果，手机里的游戏将立体地呈现在你的眼睛里。但VR技术不仅仅用于此，它还可以在其他领域做出更大的贡献。首先它最大的价值就是让眼见为实变成眼见为虚，从某种意义上来说，VR满足了人们懒惰、胆怯的心理弱点，所以VR技术可以在医学领域大大投入使用。这主要是指心理健康治疗和医学培训。

VR最大的特点是环境虚拟，从而使得环境产生心理作用。普遍的心理治疗方法是通过在治疗过程中去引导患者回忆或者想象场景，类似我们平常所说的催眠，以此来达到治疗的目的。但是这种方式的缺点是医生很难把控患者的想象力以及事件还原度，所以治疗效果很难评估。VR的好处在于它能够让这种环境场景变得可视化和可控化。因此在心理治疗领域，比如说强迫症、忧郁症、妄想症、创伤应急、障碍症、恐惧症、自闭症、恐高症、公开演讲恐惧症、密集恐惧症等都可以通过VR技术的环境再现以达到治疗的目的。再比如说，焦虑症、注意力缺陷以及精神分裂症也可以通过VR来虚拟特定的人或是特效来改善相关的一些症状。在现实中，已经有成功的案例。在美国的德克萨斯州，有一个叫达拉斯的教授创建了一个培训项目――帮助自闭症儿童学习社会技能。这个项目利用大脑成像和脑电波监测技术，用虚拟现实呈现小孩子常见的学习、社交、工作方面的情形，帮助他们了解社会状况，使他们的情感表达更具社会认可，能更好地融入社会。通过让这些参与测试的儿童进行脑部扫描，发现经过VR培训后这些自闭症孩子对社会的理解能力有所提高，从而得出结论，VR技术对于自闭症孩子是有一定帮助的。

VR跟治疗相关的第二个点是跟视觉相关的。VR本身是直接作用于人的视觉，视觉治疗方案与VR技术很容易匹配。VR在治疗眼部的疾病，比如儿童的斜视、近视以及立体视力的缺陷上有很好的效果。另外，烧伤后的疼痛管理。对于需要打麻醉来止痛的患者而言，医生希望通过虚拟现实的技术来分散患者的注意力，帮助他们处理疼痛。美国的华盛顿大学就推出了一款虚拟现实的游戏，叫做snow awards。这个游戏虚拟了南极洲的冰雪环境，患者可以与企鹅进行互动，也可以听音乐，通过环境来抑制疼痛感，阻碍大脑中的通路，以此减轻治疗过程中的疼痛。而美国军方对爆炸烧伤的士兵也做过测试，用分散注意力的方式来止痛效果甚至好于吗啡。再比如说，幻肢症对于截肢患者来说是一个常见的医疗问题，很多人因为没有手臂，会感觉自己一直紧握拳头无法放松。以前都是用镜像的治疗方法来解决幻肢的问题，也就是让患者看见自己健康的镜像，这样有可能使大脑与真实的幻肢运动同步，从而去缓解疼痛。去年，《神经科学》发表的研究报告显示，游戏中，患者使用虚拟肢体来完成一些任务就能够帮助他们获得一定的控制力和学习能力，从而达到减轻幻肢疼痛的目的。

最后可能的治疗领域是生理治疗。如运动损伤或脑部中风后的康复训练，康复的过程是枯燥无聊且不容易被监督和评估的，而虚拟现实可以让康复变得更有趣，也能更好的让医生去评估康复的结果。例如：微软的体感游戏Kinect。

VR技术在土木工程领域中也应有着卓越的作用。在土木工程中交流中，最主要难度在于对平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精炼的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，会使得交流变得困难。VR技术的发展可以克服这一困难提供有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到“超越现实”，以达突破的想象；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、交互作用的三维信息空间”。其次，在虚拟施工过程和施工结构计算中也很有帮助。在实际工程施工中，前者难点关键在施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下变形大于就位以后或结构成型以后。基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计指利用虚拟现实技术，在虚拟环境中可以建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型，形成基于计算机的具有一定功能的方针系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统的模型进行虚拟装配，根据装配结果，对实际的施工方案进行修改。因为施工过程中涉及的因素很多，所考虑的不够，则会使施工进度、成本等受到影响，甚至导致安全事故的发生。而利用VR技术对方案进行更可视化的设计以及选料等，可以保证施工方案最优化。

要使得VR技术可以在医疗与土木工程领域方面成熟，首先主要在硬件方面突破，包括VR眼镜、输入输出等。而且在健康领域的运用，还得依赖医疗专家的临床验证；在土木工程领域，也应开发有价值的虚拟现实工程系统。

参考文献

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[2]沈金良.虚拟现实技术在工程设计中的应用[J].科技交流，2004（3）.

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