虛擬人工智能現狀,人工智能的應用現狀

1、虛擬與現實在國內外的現狀 用途(應用到哪些方面) 前途(遠景) 作題

   虛擬現實(iaual Reality，R)作為一種綜合計算機圖形

技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立

體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術而發(fā)展起來的計

算機領域的新技術，目前所涉及的研究應用領域已經包括軍

事、醫(yī)學、心理學、教育、科研、商業(yè)、影視、娛樂、制造業(yè)、工程

訓練等。R技術已經被公認為是世紀重要的發(fā)展學科

以及影響人們生活的重要技術之一。

1 虛擬現實技術的內涵與特征

R技術最早起源于年代的美國，發(fā)展至今也

還處于不斷探索階段。同時由于軟硬件環(huán)境的限制和研究

應用方向的不同，人們對虛擬現實技術的理解也仁者見仁智

者見智。綜合來說，R技術是一種綜合應用各種技術制造

逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效地模擬人在自然環(huán)境中的各

種感知系統(tǒng)行為的高級的人機交互技術。虛擬環(huán)境通常是

由計算機生成并控制的，使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中

的物體，通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地

實現人機交互?？梢哉f人處在虛擬環(huán)境之中跟現實環(huán)境是

沒有差別的R技術的發(fā)展始終圍繞它的三個特征而前進，即沉浸感、交互性和構想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(如

多媒體技術、計算機可視化技術等)相區(qū)別。沉浸感，是指計

算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺，如同進入

了一個真實的客觀世界；交互性，是指人能夠很自然地跟虛

擬世界中的對象進行交互操作或者交流；構想，是指虛擬環(huán)

境可使人沉浸其中并且獲取新的知識，提高感性和理性認

識，從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說，虛擬現實可以

啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。

2 國外虛擬現實技術的研究現狀

R技術最早在世紀中期由美國PL探索和它

的創(chuàng)始人Jamn IJaIlier提出這一概念，后來美國宇航局

(NASA)的艾姆斯空間中心利用流行的液晶顯示電視和其它

設備，開始研制低成本的虛擬現實系統(tǒng)，推動了該技術硬件

的進步。目前，虛擬現實技術已獲得了長足的發(fā)展。在國

內，年代末開始進行研究，目前還處于初級階段。

2．1 美國虛擬現實技術的研究動態(tài)

美國作為R技術的發(fā)源地，其研究水平基本上就代表

國際R發(fā)展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集

中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。美國宇航局(NASA)的Ames實驗室研究主要集中在以

下方面：將數據手套工程化，使其成為可用性較高的產品；在

約翰遜空間中心完成空間站操縱的實時仿真；大量運用了面

向座艙的飛行模擬技術；對哈勃太空望遠鏡的仿真?，F在正

致力于一個叫“虛擬行星探索”(vPE)的試驗計劃o[3 3現在

NASA己經建立了航空、衛(wèi)星維護R訓練系統(tǒng)，空間站R

訓練系統(tǒng)，并且已經建立了可供全國使用的R教育系統(tǒng)。

北卡羅來納大學(UNC)的計算機系是進行R研究最早

的大學，他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、

建筑仿真等。

Loma lAnda大學醫(yī)學中心的David Warner博士和他的研

究小組成功地將計算機圖形及R的設備用于探討與神經疾

病相關的問題，首創(chuàng)了R兒科治療法。

麻省理工學院(MIT)是研究人工智能、機器人和計算機

圖形學及動畫的先鋒，這些技術都是R技術的基礎，

年M1T成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。

華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室

(1ilT lab)，將R研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。

從年代初起，美國率先將虛擬現實技術用于軍事領

域，主要用于以下四個方面：虛擬戰(zhàn)場環(huán)境；進行單兵模擬訓

練；實施諸軍兵種聯合演習；進行指揮員訓練。

2．2 英國和日本虛擬現實技術的研究與開發(fā)

在R開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設

備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面，英國是領先的，尤

其是在歐洲。英國主要有四個從事R技術研究的中心：[4：

Windustries(工業(yè)集團)，是國際R界的著名開發(fā)機

構，在工業(yè)設計和可視化等重要領域占有一席之地；British

Aerospace(英國航空BAe)的Brough分部，正在利用R

技術設計高級戰(zhàn)斗機座艙；Dimension International，是桌面R

的先驅。該生產了一系列的商業(yè)R軟件包，都命名為

Superscape；Divin LTD在開發(fā)ISION、Pro ision和su—

pervision系統(tǒng)／模塊化高速圖形引擎中，率先使用了Tmnsputer

和i技術。

日本主要致力于建立大規(guī)模R知識庫的研究，在虛擬

現實的游戲方面的研究也處于領先地位。

京都的先進電子通信研究所(ATR)正在開發(fā)一套系統(tǒng)，

它能用圖像處理來識別手勢和面部表情，并把它們作為系統(tǒng)

輸入；富士通實驗室正在研究虛擬生物與R環(huán)境

的相互作用，他們還在研究虛擬現實中的手勢識別，已經開

發(fā)了一套神經網絡姿勢識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別姿勢，也

可以識別表示詞的信語言。_2 日本奈良尖端技術研究生院

大學教授千原國宏領導的研究小組于年開發(fā)出一種嗅

覺模擬器，只要把虛擬空間里的水果拉到鼻尖上一聞，裝置

就會在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現實技術在嗅覺研

究領域的一項突破。

3 我國虛擬現實技術的研究現狀

我國R技術研究起步較晚，與國外發(fā)達國家還有一定

的差距，但現在已引起國家有關部門和科學家們的高度重

視，并根據我國的國情，制定了開展R技術的研究計劃。九

五規(guī)劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發(fā)展計劃等

都把R列入了研究項目。國內一些重點院校，已積極投入

到了這一領域的研究工作。

北京航空航天大學計算機系是國內最早進行R研究、

最有權威的單位之一，并在以下方面取得進展：著重研究了

虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視

覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關算法及實現方法；

實現了分布式虛擬環(huán)境網絡設計，可以提供實時三維動態(tài)數

據庫、虛擬現實演示環(huán)境、用于飛行員訓練的虛擬現實系統(tǒng)、

虛擬現實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等。

浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面

型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，還研制出了在虛擬環(huán)境中一

種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法；哈爾

濱工業(yè)大學已經成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉

圖像的合成、表情的合成和唇動的合成等技術問題；清華大

學計算機科學和技術系對虛擬現實和臨場感的方面進行了

研究；西安交通大學信息工程研究所對虛擬現實中的關鍵技

術——立體顯示技術進行了研究，提出了一種基于JPEG標

準壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓

速度；北方工業(yè)大學CAD研究中心是我國最早開展計算機

動畫研究的單位之一，中國第一部完全用計算機動畫技術制

作的科教片《相似》就出自該中心。

4 虛擬現實技術發(fā)展趨勢

R技術是高度集成的技術，涵蓋計算機軟硬件、傳感器

技術、立體顯示技術等。R技術的研究內容大體上可分為

R技術本身的研究和R技術應用的研究兩大類。

根據vR所傾向的特征的不同，目前虛擬現實系統(tǒng)主要

劃分為四個層次：即桌面式、增強式、沉浸式和網絡分布式虛

擬現實。R技術的實質是構建一種人能夠與之進行自由交

互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或移動

其中的對象。沉浸式虛擬現實是最理想的追目標，實現的

主要方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據手套以及身體

部位跟蹤器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。

桌面式虛擬現實系統(tǒng)被稱為“窗口仿真”，盡管有一定的局限

性，但由于成本低廉而仍然得到了廣泛應用。增強式虛擬現

實系統(tǒng)主要用來為一群戴上立體眼鏡的人觀察虛擬環(huán)境，性

能介于以上兩者之間，也成為開發(fā)的熱點之一。總體上看，

縱觀多年來的發(fā)展歷程，R技術的未來研究仍將遵循“低成

本、高性能”這一原則，從軟件、硬件上展開，并將在以下主要

方向發(fā)展： J

4．1 動態(tài)環(huán)境建模技術

虛擬環(huán)境的建立是R技術的核心內容，動態(tài)環(huán)境建模

技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數據，并根據需要建立相

應的虛擬環(huán)境模型。

4．2 實時三維圖形生成和顯示技術

三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是如何“實時

生成”，在不降低圖形的質量和復雜程度的前提下，如何提高

刷新頻率將是今后重要的研究內容。此外，R還依賴于立

體顯示和傳感器技術的發(fā)展，現有的虛擬設備還不能滿足系

統(tǒng)的需要，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術。

4．3 新型交互設備的研制

虛擬現實實現人能夠自由地與虛擬世界中的對象進行

交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示

器、數據手套、數據衣服、三維位置傳感器和三維聲音產生器

等。因此，新型、便宜、魯棒性優(yōu)良的數據手套和數據服將成

為未來研究的重要方向。

4．4 智能化語音虛擬現實建模

虛擬現實建模是一個比較繁復的過程，需要大量的時間

和精力。如果將R技術與智能技術、語音識別技術結合起

來，可以很好地解決這個問題。我們對模型的屬性、方法和

一般特點的描述通過語音識別技術轉化成建模所需的數據，

然后利用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、

導航和評價，將基本模型用對象表示出來，并邏輯地將各種

基本模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來，最后形成系統(tǒng)模型。在各

種模型形成后進行評價并給出結果，并由人直接通過語言來

進行編輯和確認。

4．5 大型網絡分布式虛擬現實(Distributed irtual Reality，

DR)的應用

網絡分布式虛擬現實將分散的虛擬現實系統(tǒng)或仿真器

通過網絡聯結起來，采用協調一致的結構、標準、協議和數據

庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬，合成環(huán)境，參

與者可自由地進行交互作用。目前，分布式虛擬交互仿真已

成為國際上的研究熱點，相繼推出了DIS、mA等相關標準。

網絡分布式R在航天中極具應用價值，例如，國際空間站的

參與國分布在世界不同區(qū)域，分布式R訓練環(huán)境不需要在

各國重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費設備費用，而且

也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。

5 總結

虛擬現實技術是本世紀發(fā)展的重要技術之一，作為一門

科學和藝術將會不斷走向成熟，在各行各業(yè)中將得到廣泛應

用，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀將是虛擬現實技術的時

代。