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Virtual Reality 6. Applications NCU IPVR Lab. 1

6. Applications of Virtual Reality6.1 Entertainment / Sport ……………… 46.2 Education …………………………… 156.3 Medicine ……………………………. 176.4 Simulation / Scientific visualization . 276.5 Military / Aerospace ……………….. 346.6 Robotics / Manufacturing …………. 386.7 Business ……………………………. 406.8 Art …………………………………….456.9 Others ………………………………. 51


(a)Entertainment (娛樂)：電腦遊戲、虛擬運動、互動式電影、虛擬旅遊。

(b) Education (教育)：虛擬科學實驗室、虛擬天文館、虛擬圖書館。

(c) Medicine (醫學)：外科手術、遠程遙控手術、身體復健、心理治療、虛擬立體超音波影像、藥物合成。

(d) Design (設計)：工業設計、建築設計、室內設計、模擬餐廳、服裝設計

(e) Simulation (景觀模擬)：景觀佈置、都市規畫、地形展示。

(f) Dynamic simulation (動態模擬)：大氣模擬、都市區域成長模擬、災難處置、虛擬駕駛、空中交通管制。

一項科技能夠被應用才能顯示出它的價值。虛擬實境是一門新的科學技藝，所以到目前為止還很難能夠準確地判定出它最有價值的應用方向；但不可否認的，它具有極多的潛在應用領域。以下所列舉的是部份可能的應用領域：


(g) Scientific visualization (科學視覺化)：行星表面重建、虛擬風洞試驗、分子結構分析。

(h) Military (軍事)：飛行模擬、軍事演習、武器操控。

(i) Aerospace (太空)：太空訓練、機械修護。

(j) Robotics (機械人)：機械人輔助設計、機械人操作模擬、遠程操控。

(k) Manufacturing (製造)：電腦輔助製造、。

(k) Acoustical evaluation (聽覺評估)：室內音響模擬、防止噪音測試。

(l) Business (商業)：廣告、行銷、財務分析、股市分析、電傳會議、電話網路管理。

(m)Art (藝術)：動態藝術、虛擬演員、虛擬音樂、虛擬博物館

(n) Legal/police investigation (刑事調查)：犯罪現場模擬。

(o) Sociology (社會、宗教、歷史)：虛擬彌撒、虛擬證道、虛擬告解、虛擬朝聖、虛擬性愛、歷史重現。


Sega’s Virtua racing simulator. W-Industries’ virtual racer.

A. 電腦遊戲飛行戰鬥、虛擬星際大戰、虛擬賽車、虛擬尋寶、虛擬下棋、.

6.1 Entertainment / Sport 休閒/娛樂/運動類的應用不需很高的精確度，因此目前虛擬

實境最容易開發的應用即屬此類。


Sega’s R360 combat simulator. Flight simulation.


The Loch Ness Adventure.


Straylight’s 3D-XTC.

Legend Quest.

Cyberbuggy.


Gladiator robot (BattleTech VR cockpits).


Disney’s Aladdin.


B. 虛擬運動

虛擬網球、虛擬腳踏車、虛擬高爾夫球運動、虛擬手球運動、虛擬迴力球運動、虛擬跳水、... 等。

Virtual tennis (University of Geneva, Swiss.)

虛擬運動的目的

對運動員做訓練、評估、…。


Virtual bicycle (Georgia Institute of Technology, USA.)


Motion capture gives athletes an edge (GIT).


Virtual golf.


C. 其他休閒娛樂上的應用

融入式電影 (Immensive movie)比立體電影、互動式電影更身歷其境，觀眾成了電影中的一個角色。

虛擬旅遊 (Travel)人們只須坐在家裡，就可以輕易的到達世界各地，不必擔心抽不出時間或籌不到經費。


6.2 Education A. 虛擬教室

虛擬實境技術應用在教育上的好處有：

(a) 可將抽象的知識具體化。例如，將數學或頻率等觀念以視覺化的圖形或動作表示出來。

(b) 逼真的環境刺激學習欲望，提高學習效率。虛擬實境可以提供學習者與物體間相當程度的環境改變彈性。例如，大小可以讓學生觀看到分子、原子、電子結構，甚至於動手改變原子內的電子排列。遠近可以觀測整個城市、國家、地球的環境分佈。

(c) 不受時間、距離的限制，增加學習機會。


B. 虛擬科學實驗室

提供 learning by watching and learning by guiding 的學習模式。

C. 虛擬天文館

D. 歷史回顧 (Simulated history)


A. Surgery (外科手術)內視鏡手術學習及訓練：以訓練新手及預演複雜手術流程。

腹腔內視鏡手術 (laparoscopic or abdominal surgery)：將內視鏡影像重疊在腹腔模型上，可以讓醫生看到腹腔的立體景觀 [Satava, 1992]。

膝蓋內視鏡手術：將內視鏡影像重疊在膝蓋模型上，可以讓醫生看到膝蓋的立體景觀 [Pieper, 1991]。

6.3 Medicine 外科手術、遠程遙控手術、身體復健、心理治療、虛擬立體

超音波影像、藥物合成。

Laparoscopic surgical simulation.Virtual Reality 6. Applications NCU IPVR Lab. 18


虛擬屍體 (virtual cadavers) 或骨架可供各種解剖練習之用

[J. Rosen, Dartmouth Medical School in Hanover, New Hampshire]。

1. The Visible Human Project 2. 中国数字化虚拟人 (Chinese Digital Human)



整型手術


B. Telesurgery (遠程遙控手術)操作具有力回饋裝置的虛擬手術工具，透過高速通訊網路，遠

程遙控機械手臂執行外科手術 [Philip Green at SRI] [NASA]。


C. Body rehabilitation (身體復健)手指復健：配戴感應手套及力回饋手套來做手指診斷及復健，可以提供即時診斷及復健過程之準確資訊。

身體復健：構建一虛擬建築物，讓坐在輪椅上的病人練習到處遊走、開關牆壁上的各式開關、開關門窗/抽屜等。

The unified Hand Diagnostic/ Rehabilitation system.

Wheelchair VR.


D. 虛擬超音波影像 [UNC, Chapel Hill]將超音波影像重疊在透明的立體眼鏡 (goggles) 上，可以讓

醫生看到體內的立體景觀；例如，孕婦腹腔中的胎兒。


E. 手語翻譯將感應手套與語音合成器結合在一起，可將手語翻譯成語音輸出，以利聾啞人士與正常人交談。

F. 心理治療例如，克服懼高症。


G. 病情診斷利用虛擬實境設備協助醫生了解腦部受傷病人的視覺、聽覺、觸覺等知覺能力及神經受損的情形。例如，利用虛擬實境設備重建視覺能力受損者口述的景像，讓醫生了解病人的狀況，並給予適當的治療。

H. Design of new drugs(設計新藥)使用力回饋器來抓取合成藥物

的分子結構與細菌分子結構相

結合 (fit together or take apart)，如此方式會比傳統的

方法更容易處理巨大且複雜分

子的結合 [Univ. of North Carolina]。


6.4 Simulation / Scientific visualizationA. 景觀模擬

建築設計、室內設計、景觀佈置、都市規畫以虛擬實境技術來完成都市計劃、公共工程、建築設計、室內設計、裝潢等工作，不僅易於修改設計內容，更可預先模擬各種可能發生的狀況，減少設計不良的問題。例如我們可以在廚房設計時，做各種不同的隔間及擺設，以體驗光線、色彩、安全、方便等特性。範例：重建柏林波茨坦廣場的地下車站、倫敦地鐵系統、SittersonHall in UNC。

工程程序模擬 (procedure simulation)：建築程序模擬、

裝璜程序模擬。

聽覺評估 (acoustical evaluation)：室內音響模擬、防止噪音測試。


地形展示將地形、地物、地層、衛星影像、航空照片等地理資料結合在一起，構建成一虛擬的大地模型，讓人們可以看到近乎真實的景觀與環境，以使得在做土地資源規劃及使用時能更有效率、更準確。例如在做道路路線規劃或土地開發，使用者可以利用虛擬實境的特性，建立好地形與未來道路的模型，便可以行走其中，評估整個的道路網或土地配置是否合適。甚至於將土地的自然條件；例如，地層、地質、景觀、環保影響等因素都直接在虛擬環境中配合考量，做一整體性的分析，更是發揮虛擬實境技術的重大應用功能。又例如地層、地質、地下水的探測，使用者可以藉由頭盔顯示器到地底下走一趟；空氣、噪音的污染可以建立一個虛擬環境加以評估或展示。


立體地圖


Microbursts Gust fronts Heavy precipitation Clouds Airport Aircraft

B. 動態模擬

大氣模擬


疏散模擬 (evacuation simulation)：火災現場模擬：模擬如何疏散人群、煙火如何流竄、如何救火、如何設計逃生門的位置與大小。

空中交通管制：在三度空間模型中監視各飛機的航行，隨時與飛機駕駛員保持密切連繫，而且可以快速計算出各飛機間的距離。若有狀況發生，可以用感應手套觸碰一架飛機，指定其特定航道或通知修改航線或變換速度，而此命令會顯示在真實飛機駕駛座前的螢幕上。

都市區域成長模擬

駕駛訓練


C. 科學視覺化

虛擬風洞試驗：觀測氣流、亂流、阻力係數等。可以用多種顏色來表示氣流動態變化。

分子結構分析

行星表面重建：收集及分析行星表面的大氣、土壤、岩石、輻射等資料重建行星表面環境，做後續各模擬。


流體力學分析


軍事演習：陸軍演習、登陸演習、飛彈演習、反潛演習等。在虛擬環境中從事各種軍事演習，除了可以達到人員訓練外，還具有經濟、省時、省空間、及不破壞自然環境的好處。

6.5 Military / Aerospace


飛機引擎修護刺針飛彈操控

武器操控 (飛彈發射操控練習、戰車操控練習)。機械修護 (構建設備的虛擬模形，輔助無法看到的、高成本的

或危險性高的設備維修；例如，飛機引擎維修、飛機引擎試車。


The Leclerc tank crew training.

虛擬駕駛 / 飛行模擬

Training of piloting ship.


Parachuting simulation

Battle fight simluation


6.6 Robotics / ManufacturingA. Robotics (機械人)機械人操作模擬：遠程遙控、碰撞偵測。

遠程操控：適於危險或無法到達的環境；例如，拆卸炸彈、核

廢料處理、距離空間、隧道、太空等。


B. 工業設計飛機、汽車、船鑑之電腦輔助設計。

C. 汽車安全性能模擬


A. 廣告

虛擬實境之立體、生動的商品廣告，更能刺激人們的購買慾望，達到廣告的目的；例如，電器、汽車、傢俱、房屋等。

B. 虛擬購物 (shopping) 虛擬實境與電腦網路的結合，提供了互動式的網路購物行為，在家即可看到逼真的商品，更可利用感應手套將店裡的商品拿起觀看、試用。

6.7 Business


C. 市場分析收集大量市場資訊；例如，買/賣比率、交易量、市場指標、工業訊息等，分析市場導向以增加競爭力，並以 3-D 多媒體的方式顯示出來。

D. 公司財務分析利用虛擬實境技術來管理、監控、分析公司的財務，可以使公司的管理者能簡單、明確地了解公司的各種財務狀況，做出最佳的財務決策，並且可以自動地儲存公司的各項財務資料。利用虛擬實境技術來管理、監控、分析公司的財務，可以使公司的管理者能簡單、明確地了解公司的各種財務狀況，做出最佳的財務決策，並且可以自動地儲存公司的各項財務資料。

The n-Vision currency exchange visualization [Feiner, 1993]).


E. 股市分析由於股市瞬息萬變，為了要能在短時間內做出最有效的決定，就必須仰賴虛擬實境即時整合及變更資料的功能。Dive Lab. 公司開發了 vrTrader 金融財務交易系統，將股票指數、期貨價格變動及選擇權等市場資料以 3-D 物件、即時走勢圖及文字伴隨著栩栩如生的聲音呈現給使用者。讓使用者宛如身處在一個真實大小的條型圖世界裡一樣，被流動的色彩、視角變化與聲音所包圍著。每一筆投資都能以長條圖或柱狀體來顯示；每當價格變動這些柱狀體就會旋轉、改變顏色、甚至發出聲音來提醒你。

F. 電傳會議虛擬實境的電傳會議除了提供逼真的視聽效果外，在會議討論中，更能夠輕易地展示大量統計的資料，並以易於瞭解的立體視覺及聲音方式清晰地呈現出來。

G. 電腦輔助簡報 (Computer-aided presence) 配合虛擬實境設備，簡報者可以用手指方向、手勢、及語音來完成商業簡報。如此將能更方便、更逼真、更有效率。配合虛擬實境設備，簡報者可以用手指方向、手勢及語音來完成商業簡報。如此將能更方便、更逼真、更有效率。


H. 虛擬佈景以虛擬的背景或道具 (virtual sets) 取代舞台或攝影棚的佈景

或道具。

Virtual sets (courtesy of CBS).


I. 虛擬氣象報導

將大氣景觀模型化後再加入氣象報導的舞台。

EarthWatch’s Virtual WeatherSet. (www.earthwatch.com).


6.8 Art 影響藝術創作的幾項因素：靈感、時間、空間、經費、與人

力。虛擬實境技術應用於藝術上可以克服時間、空間、經費、及人力等問題，當一切技術成熟時。

若以“感受對象”來分類，虛擬實境在表演藝術的上應用可分為三大類：

(1) 只有觀眾有感受；例如，電視氣象報告、電影。

(2)只有表演者有感受；例如，表演者身著相關虛擬實境設備，在虛擬世界創作。

(3) 觀眾和表演者皆有感受；例如，觀眾可藉由某些虛擬實境設備，觀看虛擬表演者在虛擬舞台的表演。

虛擬實境在藝術上的應用，我們將就下列三項分別說明：

(1) 虛擬動態藝術

(2) 虛擬演員 (Virtual actors) (3) 虛擬博物館 (Virtual museum)


A. 虛擬動態藝術

Videoplace System [Krueger et al., 1989]這是一個利用 artist-computer-viewer interaction 去創造一個新的藝術形態

Videoplace "Digital Drawing" [Krueger, 1992]

Art dance.


Using 3-D projections (Note the 3-D double image on the screen)

A live actor is projected in 3-D.

The Adding Machine [The University of Kansas] 這是由 the Univ. Theatre of the Univ. of Kansas 所建立劇場

與虛擬實境結合的舞台系統。真實的演員可和由電腦即時產

生的虛擬角色直接對戲；而其布景的安排與投影也由電腦做

即時的控制。


虛擬舞台設計

以下的範例是 Mark Reaney利用 Virtus WalkThrough Pro 2.0 軟體所創造建立。


B. 虛擬演員

由演員利用虛擬實境設備，直接控制在虛擬世界中被創造出來的角色。所以觀眾在現場只看到虛擬角色的表演，而看不到真實的演員。

C. 虛擬博物館

將博物館的環境和收藏、展示的物件建立其 3D 模型在電腦中；使得我們不用到其博物館，直接利用某些設備，便能欣賞到這些藝術作品並可感受到博物館的氣氛。

由於現今電腦的記憶體容量及速度，仍無法儲存如此大量的資料和即時顯示高解析度的影像；因此有 virtual navigation 的概念，限制觀看的位置及角度。


網路虛擬藝術博物館 (The network virtual art museum)將世界各地所建立的虛擬博物館，藉由網路連接在一起。並允許相關機構或藝術工作者，隨時更新其展示或發表其作品

由 Carnegie Mellon University 所設計的網路版虛擬藝術博物館，利用 Expedition 92 所產生。

Outside of the networked Virtual Art Museum.

Inside the Virtual Art Museum.

D. 虛擬音樂廳


刑事調查 (legal/police investigation)：犯罪現場模擬。

利用犯罪現場之零星、片斷、殘缺的跡象與抽象、無形的資料或理論配合虛擬實境技術重建刑案現場，模擬刑案發生的過程，有助於刑事案件的判定。

6.9 Others

A 2D crime scene sketch.

The linkage three-stage of criminal behavior model.


歷史：歷史重現

The Dresden Frauenkirche (Church of Our Lady) was built between 1726-1743 but ruined at Feb. 5, 1945.

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