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    解析虛擬現實

    2015/9/23??????點擊:

    虚拟现实(Virtual Reality,简称VR),是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境,具体地说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

      VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP会议上的《终很的显示》报告,而Virtual Reality一词是80年代初美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier提出来的。VR系统在若干领域的成功应用,导致了它在90年代的兴起。虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映,不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术,而且涉及数学、物理、通信,甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。


    在虛擬環境中“作戰”
     
      总的来说,实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射,主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术,这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它具体基于以下几种技术:(1)基本模型构建技术。它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础,它将真实世界的对象物体在相应的3D虚拟世界中重构,并根据系统需求保存部分物理属性。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同,或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况(阴天、晴天、雨、雾)等等。(2)空间跟踪技术。主要是通过头盔显示器、數據手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器,确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。(3)声音跟踪技术:利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。(4)视觉跟踪与视点感应技术。使用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影,计算被跟踪对象的位置和方向。

      虛物實化是指確保用戶從虛擬環境中獲取同真實環境中一樣或相似的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認知的關鍵技術。能否讓參與者産生沈浸感的關鍵因素除了視覺和聽覺感知外,還有用戶能否在操縱虛擬物體的同時,感受到虛擬物體的反作用力,從而産生觸覺和力覺感知。力覺感知主要由計算機通過力反饋手套、力反饋操縱杆對手指産生運動阻尼從而使用戶感受到作用力的方向和大小。觸覺反饋主要是基于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經、肌肉模擬等方法來實現的。

      高性能計算處理技術主要包括數據轉換和數據預處理技術;實時、逼真圖形圖像生成與顯示技術;多種聲音的合成與聲音空間化技術;多維信息數據的融合、數據壓縮以及數據庫的生成;包括命令識別、語音識別,以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內的模式識別;分布式與並行計算,以及高速、大規模的遠程網絡技術。

    然而,不能把虚拟现实和模拟仿真混淆,两者是有一定区别的。概括地说,虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中,经;嵊杏扇忌赵床牧浠难坛靖扇呕肪衬芗鹊募扑,从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。 某些仿真平台和图形图像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算,仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度准确计算以及对仿真实体的影响程度;图形图像生成系统着重于建立细致的几何模型,估算光线穿过烟尘后的衰减。 而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算,不但要考虑烟尘的物理特性,遵循烟尘运动的客观规律,计算影响仿真结果的相关数据,而且要生成用户能通过视觉感知的逼真图形效果,使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。