关键词：虚拟现实沉浸感交互性
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）10-0123-01
虚拟现实（VirtualReality，简称VR）也称灵境技术。虚拟现实是就是利用计算机生成一个关于视觉、听觉、触觉等感官的三维空间的虚拟世界，让参与者身临其境一般，产生沉浸感。
VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它利用计算机模拟产生逼真的三维空间，以人们习惯的能力和方法，对这个虚拟世界进行客观的观察、体验、控制甚至分析，让使用者通感应装置，自然地参与到虚拟环境中，进行逼真体验，与之交互。简单的说，虚拟现实并不是真实的环境，更不是现实世界，而是人们利用计算机把抽象、复杂的计算机数据表现为他们所熟悉的、直观的可以交互的高级人机接口。
1、虚拟现实技术的重要特征
VR技术最初起源于20世纪中期的美国，发展到现在仍然处于探索阶段。由于其发展所依托软硬件环境和研究方向及其应用领域的不同，人们对它的理解也不尽相同。
VR技术始终以其三个重要特征而发展，即沉浸感（IllusionofImmersion）、交互性（Interactivity）和构想（Imagination）。沉浸感，是指利用计算机产生一个虚拟的三维环境，能通过看、听、嗅、触等感知到虚拟环境中的真实状况，入在其中，身临其境。交互性，是指参与者能够自主地与虚拟环境中的对象进行操作、感知和互动。就如同人们在现实中抓取物体的感觉，可以判断出物体的重量、形状甚至运动状态等。构想，是指参与者通过虚拟环境中的运动状态或程度，可以启发人们对事物的学习、认识甚至创新。构想注重思维发散与创新，拓展视野，真实环境再现，甚至可以构想客观上根本不可能存在的环境。
2、虚拟现实的研究内容和关键技术
虚拟现实是多种学科技术的综合，具体涉及计算机图形技术、人工智能、仿真学等领域，是通过计算机软硬件以及传感器，构建一个使参与者获得身临其境的逼真感。其研究内容主要有以下几个方面：
2.1动态环境建模技术
虚拟环境的建立是VR技术的基础理论，更是核心内容，动态环境建模技术的目的在于获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立与之相适应的虚拟环境模型。
2.2实时三维图形生成和显示伎术
目前，三维图形的生成技术已经比较成熟，而虚拟现实的关键是“实时生成”。基于实时目的的关键性，计算机图形的刷新频率就显得尤为重要，其刷新频率起码高于30帧/秒。为此，在不影响图形质量和复杂程度的基础上，提高刷新频率将是未来我们主要的研究内容。除此之外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，目前的计算机设备还不能有效满足VR技术的发展需要，因此开发更高技术的三维图形生成、显示技术是关键。
2.3新型交互设备的研制
虚拟现实能够实现人们与虚拟环境中的对象进行随心所欲的交互，如入其境。所依赖的设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。为此，新型交互设备的研制是未来研究虚拟现实技术的重要方向。
2.4应用系统开发工具
VR应用的关键是如何发挥想象力和创造性。尤其，选择合适的应用对象，可以有效提高工作效率，优化产品质量，可谓事半功倍。因此，人们研究了VR系统开发平台、分布式VR技术等开发工具。
2.5系统集成技术
由于VR系统中包含大量的感知信息和数据模型，为此，系统集成技术对虚拟现实的发展起着至关重要的作用。集成技术包括信息同步、模型标定、数据转换、数据管理模型、识别与合成等等技术。
3、VR技术的发展及其应用前景
虚拟现实概念起源于60年代，到80年代逐步兴起，90年代产品问世。目前，虚拟现实技术的应用涉及航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。
VR技术在医学方面的应用具有极其重要的现实意义。该技术可用于虚拟实验室的解剖教学、复杂手术模拟与规划。另外，在远距离遥控就诊，医疗手术的统筹安排以及具体手术中的信息指导和结果预测，甚至新型药物研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。
在航天航空方面，VR技术的作用也非常突出。例如，在航天飞行过程中，失重是最大的障碍和困难，由于物体在失重情况下运动轨迹或状态难以预测，因此解决驾驭失重状态下的物体的运动状态是一个重要课题。为了逼真地模拟太空中的情景，美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。
在军事领域中，VR技术应用可以模拟军事演习，可用来训练坦克、直升机和进行军事演习，利用无线电通信和声音来加强真实感，以及训练部队之间的协同作战能力等。
在三维游戏中，虚拟现实技术得到了广泛应用，同时，三维游戏的快速发展也为虚拟现实技术的提升起了巨大的支撑和牵引作用。由于BS模式的三维游戏所特有的实时性和交互性，需要在游戏中进一步提高、加强逼真性和沉浸感。目前，在三维游戏中，尽管虚拟现实技术的应用还有很多技术难题，但是它在三维游戏领域的应用越来越广泛。
4、结语
虚拟现实是一种穿越时空，将难以实体展现在人们面前的事物或对象，通过计算机等高科技手段，让我们可以看、听、嗅、触，并与之互动的技术。其本质是人与计算机的通信技术，涉及领域广泛，是未来社会发展重要学科技术。
虚拟现实技术正逐步向实用方向发展，同时也向世界展示了其广阔的应用前景。随着计算机技术的进一步发展，凭借虚拟现实技术的神奇作用和广阔前景，未来，虚拟现实将会进入千家万户，成为人们生活不可或缺的重要组成部分。
参考文献
[1]曾芬芳.虚拟现实技术.上海交通大学出版社，1997.
[2]苏建明.张续红，胡庆夕.展望虚拟现实技术.计算机仿真，2004.
关键词：虚拟现实技术；水文地质；研究应用
中图分类号：P64文献标识码：A
虚拟现实技术主要是利用计算机生成的虚拟现实的环境逼真的模拟人在自然环境中的听觉和视觉等行为而进行的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术的实时表现、沉浸感、与计算机交互的功能可以建立起相关的水文地质模型，从而实现对地下水质、水流及环境地质的深入研究，以促进人们对地下水的开采及提高工程建设的可靠性。
一、虚拟现实技术概述
1概念
虚拟现实技术主要是指利用计算机生成的虚拟环境对人在自然环境中的视觉、运动、听觉等行为进行逼真模拟的人机界面技术。虚拟现实技术是由美国的VPL.Research公司创始人于1989年所创造，通常情况下被称为虚拟现实。虚拟现实技术主要有沉浸、交互、构想三个基本特征，对于虚拟现实系统的发展主要有两个基本方向，一是基于虚拟现实技术的发展，二是基于万维网和因特网的三维图形环境的发展。虚拟现实技术自从20世纪90年代开展以来，利用其虚拟环境与现实无限贴近的特点，使实际环境中难以进行模拟和实现的复杂结果得以简单的表现出来，并实现了对各种不同条件的预测和结果计算，对于现实环境中各方面的发展都起到了良好的促进作用。当前，虚拟现实技术主要应用在军事、电子仪器检测、远程高等教育、模具制作、新产品开发等方面，对人类的生产、生活产生了巨大的影响。
2优点
虚拟现实技术是一种综合了众多优点的新技术，在其应用的过程中，自身所具有的优势得到了充分的显示。虚拟现实技术的主要优势为：①实时表达，虚拟现实技术最大的一个优点就是可以在不同的时间、不同的地点进行环境变化的虚拟，可以随时反应事物的动态变化过程，从而提供有效的数据信息。②三维立体表达，虚拟现实技术由于较多的与计算机技术连接，将计算机的立体表达优势充分显现出来，可以实现对所要表达内容从不同的角度进行展现和研究。③反映细致，对于研究物体，即使是再细小的差别，虚拟现实技术也可以将其充分的反应出来，并且能够实现对研究物体全貌的综合研究。④实现对事物发展的预测，虚拟现实技术的应用不仅可以实现对已存在事物的细致表达，同时还可以实现对尚未存在但可能发生的事物变化进行虚拟反映。⑤反映结果全面，建立虚拟的现实系统，不仅可以实现对事物发展过程的虚拟，还可以根据不同的条件，虚拟出不同的结果。⑥为研究发展提供了新的方向，虚拟现实技术的应用为对各种未知环境的探究提供了新的研究放向和研究方法。
3应用条件
虚拟现实技术具有较强的实现事物三维可视化的功能，但需要用海量的数据资料作为支持。基础资料越是全面、丰富，虚拟出来的结果就越贴近现实。
二、虚拟现实技术在水文地质中的应用
1虚拟现实技术对地下水流的表达
在水文地质研究中，地下水流的运动规律是其研究的重要组成部分，地下水流的运动是一个动态的变化过程，也是目前水文地质研究中最活跃的研究因素。在研究地下水流时，虚拟现实系统不仅可以利用自身实时变化的功能对地下水流的运动变化进行虚拟的表达，以充分的表现出地下水流的特点，还可以对地下水开采后对地下水的变化情况进行虚拟，使人们充分了解在开采利用地下水后对含水系统造成的影响，从而使人们采取相应的措施或者是减少对地下水的开采。在对地下水流研究的虚拟过程中，不仅可以实现对地下水的可视化管理，还可以由此虚拟出相应的开采方式和管理方案，并利用虚拟现实技术对其进行不断的完善和表达，从而实现对地下水流研究的可靠性和科学性。
2虚拟现实技术对含水层的表达
在以往的研究工作中，只能够通过剖面图来展示隔水层和含水层的分布特点，在平面图中则通过含水层厚度的等值线来表现含水层的空间分布特点，这样进行研究分析，既不够直观，也不够全面，对于含水层和隔水层的变化状况研究起到的作用不大。虚拟现实技术中的三维可视化功能能够将地下含水层与隔水层的分布、空间的变化情况及含水层的厚度很好的进行真实再现，对于深入研究隔水层和含水层有很大的帮助，同时，随着虚拟现实系统中资料的不断完善，人们对地下含水系统的研究也更加深入、全面。
3水文地质环境问题
随着经济的快速发展，人口不断增长，人们对地下水的开采利用也不断的增长，导致过分开采，从而引发了地下水位持续下降、地面沉降、水资源枯竭、土壤沙漠化等环境地质问题，对人类的居住环境形成了巨大的威胁，严重影响了人们生活质量的提高。由于虚拟技术既可以对存在的事物发展过程进行虚拟，也可以对尚未存在但可能发生的事物进行虚拟，将其利用在水文地质环境的监测上，则可以实现对开采地下水可能引发的各种环境问题进行虚拟分析，从而制定出相应的对策或减少对水资源的开发，以减少环境问题给人类带来的灾害。
4地下水水质的虚拟表现
当前，由于经济快速发展，造成环境污染严重，影响到了地下水的水质，也影响到了人们对地下水的开采使用。利用虚拟现实技术，可以对地下水在自然状态下的变化进行虚拟，从而找出对地下水水质影响较大的因素，以实现对水质变化更深刻的理解，为人们提供有效的控制水质恶化的方法，使地下水质逐步转为良性循环，水质恢复正常。在研究地下水质时，可以建立相应的水质虚拟实验室，将可能影响地下水质的因素都虚拟出来，并对这些影响因素进行分析研究，找出相应的解决方案，以实现对影响因素的良好控制，从而改变地下水的水质，以保证人类的生活质量。
关键词：云计算;虚拟化技术;计算力
中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)25-1554-01
ResearchonVirtualizationTechnologyinCloudComputing
WANGHao-peng1,LIUWang-sheng2
(1.ComputerStaff,AviationUniversityofAirForce,Changchun130022,China;2.DepartmentofScience&Research,AviationUniversityofAirForce,Changchun130022,China)
Abstract:Thepaperanalyzedthecharacteristicsofcloudcomputing,andfunctionsofvisualizationtechnologyforcloudcomputing,discussedtheapplicationsofvisualizationtechnologyfromadvancedvirtualhost,andthenorientingapplicationandresource,visualizationstorage.
Keywords:cloudcomputing;virtualizationtechnology;computingforce
1引言
云计算是一种新兴的共享基础架构的方法，它可以将巨大的系统池连接在一起以提供各种IT服务。也可以说，云计算是网络计算的升级，即互联网上提供的众多虚拟服务器。其原理是使计算从本地计算机或远程服务器分布到大量的分布式计算机上。推动云计算发生和发展的因素包括：网格计算的发展、高性能存储传输技术的出现、Web2.0的出现，尤其是虚拟化技术的发展[1]。
2虚拟化技术在云计算中的应用
云计算的特征体现在虚拟化、分布式和动态可扩展。虚拟化，是云计算最主要的特点。每一个应用部署的环境和物理平台是没有关系的，通过虚拟平台进行管理、扩展、迁移、备份，种种操作都通过虚拟化层次完成；动态可扩展是指通过动态扩展虚拟化的层次，进而达到对以上应用进行扩展的目的；分布式是指计算所使用的物理节点是分布的。从云计算的最重要的虚拟化特点来看，大部分软件和硬件已经对虚拟化有一定支持，可以把各种IT资源、软件、硬件、操作系统和存储网络等要素都进行虚拟化，放在云计算平台中统一管理。虚拟化技术打破了物理结构之间的壁垒，代表着把物理资源转变为逻辑可管理资源的必然趋势。在未来，所有的资源都透明地运行在各种物理平台上，资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，而虚拟化技术则是实现这一理想的唯一工具。针对云计算，虚拟化技术的融合和应用应面向高级虚拟主机、应用和资源，以及虚拟化存储等方面。
2.1高级虚拟主机
随着互联网的普及，为用户提供的服务限制突现，稳定性和安全性也难以保证。虚拟主机技术的出现，使得在互联网上建立站点的成本大大降低，为实现安全稳定的计算力服务提供可能。虚拟服务器技术允许在一台服务器上创建多个相互隔离的虚拟专用服务器，每一个虚拟服务器均可独立进行重启，并拥有自己的root访问权限、用户、IP地址、内存、过程、文件、应用程序、系统函数库以及配置文件（如图1所示）。采用了虚拟服务器技术后，服务提供商即可为客户提供更多新的、更具吸引力的高利润服务，从而填补虚拟主机服务与独立主机服务之间的空缺。目前，虚拟主机用户对虚拟主机服务也提出了更高的要求，用户需要安全、稳定的环境，甚至是对部分资源的控制权。
图1虚拟主机
2.2面向应用和资源
虚拟化不是应用，而是应用所运行的环境。虚拟化在云计算中的作用和需求，必须从应用和资源出发。软件最关心的不是计算机的品牌，而是处理器所能提供的计算力。计算机硬件的作用是向应用提供它们需要的计算资源；而应用需要一个操作环境和相应的资源（如图2）。应用和资源的直接接触面就是操作系统。从这种意义上说，未来一切的虚拟化软件都会消失，而融化在操作系统之中；换言之，操作系统被虚拟化技术渗透、转化，进化为新的形态。
图2虚拟化中面向应用和资源
2.3虚拟化存储
通过以资源池的方式对计算机处理器和存储进行虚拟管理，可以大大提高资源的使用率。虚拟化存储是把多个存储介质模块（如硬盘、RAID）通过一定的手段集中管理起来，所有存储模块在一个存储池（StoragePool）中得到统一管理（如图3所示）。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟化存储[2]。另外，存储虚拟还可以减少成本和复杂性，并提供前所未有的灵活性和选择。这可以将高效信息流延伸到服务的边界之外，改善横向的通信和协作，推动高效计算服务的增长。
图3虚拟化存储
3结束语
资源的透明运行，物理资源向逻辑资源的管理，以及资源的完全自动化分配等云计算的计算力实现，是理想的推动力技术。从IBM到微软，从Google到Amazon，众多IT巨头都将目光聚焦到云计算上。云计算将成为继“虚拟现实”、“网格计算”之后，计算机领域、工业界和学术界的又一个热点。如何更有效地发挥虚拟化技术的应用，有效将虚拟化技术融合到云计算之中，在虚拟化技术的支撑下，为用户提供更快捷、准确和廉价的计算力必将成为云计算发展的首要任务。
参考文献：
