我对虚拟现实技术的理解和虚拟现实技术的研究热点

我对虚拟现实技术的理解和虚拟现实技术的研究热点 1 引 言

虚拟现实技术是一种人- 机交互工具, 这种工具的创造或设计是基于人与周围真实世界的交互方式。交互是通过多种传感器信息来进行的, 除了视觉、听觉, 还包括触觉、力觉、嗅觉等。也就是利用计算机生成一种模拟环境, 通过多种传感器使用户“投入” 到该环境中去, 实现用户与该环境进行直接自然的交互技术。这里所谓的模拟环境就是用计算机生成的具有表面色彩的立体图形, 它可以是某一特定现实世界的真实体现, 也可以是纯粹的构想世界。 2 虚拟现实技术重要的特征

( 1) 多感知性

是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外, 还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术的限制, 特别是传感技术的限制, 目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种, 无论从感知范围还是从感知的精确程度都尚无法与人相比拟。

( 2) 存在感

又称临场感, 它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。例如,可视场景随视点的位置而变化。

( 3) 交互性

是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如, 用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体, 这时手有握着东西的感觉, 并可以感觉物体的重量, 视场中被抓住的物体也立刻随着手的移动而移动。

( 4) 自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如, 当受到力的推动时, 物体会向力的方向移动, 或翻倒, 或从桌面落到地面等。虚拟现实技术的四大特征使得我们不难将V R与相关技术区分开来, 如仿真技术、计算机图形技术及多

媒体技术。

3虚拟现实技术的意义

在虚拟现实中强调的是人的主导作用。虚拟现实技术不仅实现了从“计算机为主体” 到“人为主体” 的转变, 而且实现了“ 适计算机化的单维信息空间” 到“ 适人化的多维信息空间” 的转变。在传统的单维信息空间内, 信息处理的工具或环境是计算机, 人通过键盘、二维鼠标和显示屏幕等与计算机发生联系, 人类以往的经验是以数字化形式存储在数据库内的。虚拟现实不仅是一门综合的技术, 而且是一门艺术。有时在应用中艺术的成份往往会超过技术成分, 给人一种艺术享受, 如交互式虚拟音乐会、虚拟演播室等。类似于其它艺术作品, 虚拟现实能够进行教育或传授知识技能, 而且可以超越时空、生命本身的限制。白发老者可以重温年轻时参加足球赛的经历;获得危险情况下的经验却不必冒险, 如飞行仿真虚拟现实系统, 飞行员可在安全的虚拟环境中获得飞行经验。虚拟现实技术在具有艺术魅力的同时, 也具有一定的情感魅力。由于虚拟现实技术本身的三“ I” 特征, 人机之间交互的不仅仅限于单维数字信息, 而是沉浸其中, 融视觉、听觉、触觉等于一体的交互方式。因此情感的韵味大大增加。尤其在虚拟现实技术与通信技术相结合时, 其情感魅力表现的更为明显, 如临场感通信。当人们的交流方式从书信(手迹)、电话(声音)、可视电话(声音、容颜)到临场感通信(音容笑貌、言谈举止), 逐步变化时, 人们的感受越来越真切, 情感魅力越来越大。

4 虚拟现实的相关技术及研究内容

4 .1 相关技术

虚拟现实技术是诸多技术的一种高度集成, 如计算机软硬件、传感器技术、立体显示技术等技术。归纳起来主要有以下三个方面:

1)实时的三维图形图像生成技术。实时的三维图形图像生成技术的目的就是获取实际环境中的三维数据, 并根据应用的需要, 利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础, 他将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中的重构, 并根据系统的需要保存部分物理属性。

2)多功能的交互技术。多功能的交互技术就是让用户能从虚拟环境中获取和

真实环境一样或者相似的听觉、感觉、触觉和力觉等感官认知的关键技术, 包括传感器技术、识别定位技术、语音综合识别装置、视觉跟踪技术、感知建模、文字识别以及数据手套、数据衣等设备的研究。

3)高分辨率的显示设备。一般认为人类从外界所获得信息中近80%以上是通过眼镜得到的, 因而在虚拟环境中要求硬件能够提供尽可能高的显示分辨率。

4 .2 主要研究内容

虚拟现实技术的研究内容大体上可分为虚拟现实技术本身的研究和虚拟现实技术应用的研究两大类。虚拟现实技术本身又依赖于与之相关的软硬件技术的研究与发展, 例如人机交互技术、计算机图形图像技术、立体现实技术等都为虚拟现实技术本身的主要研究内容;虚拟现实技术的应用主要包括现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化研究等。图1 为虚拟现实研究体系分支和研究范围, 每个分支之间并非孤立的, 而是跟其他分支或体系相关联的(每个研究分支还可以再继续细分)。

5 虚拟现实技术的发展前景

虚拟现实技术是一系列高新技术的汇集, 这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术、还包括人的行为学研究等多项关键技术, 它是这些技术的更高层次的集成和渗透。它能给用户以更逼真的体验, 为人们探索宏观世界和微观世界以及由于种种原因不便于直接观察事物的运动变化规律, 提供了极大的便利, 因此它的发展前景非常诱人。有关人士认为, 80年代是个人计算机的年代;90年代是多媒体计算机的年代; 21世纪初将是虚拟现实技术的时代。