張新琳

（駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，河南駐馬店,463000）

虛擬實(shí)在的本質(zhì)之分析

張新琳

（駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，河南駐馬店,463000）

虛擬實(shí)在是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的新技術(shù)，本文從多種不同角度對虛擬實(shí)在的定義、內(nèi)涵、本質(zhì)特征、應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行了系統(tǒng)、深入、全面的論述和剖析，讓我們看到了不同視角的虛擬實(shí)在。

虛擬實(shí)在；本質(zhì)；特征；內(nèi)涵；應(yīng)用領(lǐng)域

1 什么是虛擬實(shí)在

到游戲室里，帶上頭盔和數(shù)據(jù)手套，抓住控制棒，你便進(jìn)到一個(gè)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫世界。你一轉(zhuǎn)腦袋就能見到三維的、360度的彩色風(fēng)景。其他的玩家把你當(dāng)成一個(gè)動(dòng)畫人物。你能和動(dòng)畫中的東西互動(dòng)了，你開槍射殺他們，或者隱藏起來不讓他們發(fā)現(xiàn)你，或者躲避他們的激光槍的射擊，而他們也與你互動(dòng)，他們在三維空間里射殺你，就像你射殺他們一樣。用不了幾下子你就能找到游戲的感覺，怎么移動(dòng)、怎么成為虛擬世界的一部分。

任何模擬都會(huì)使某些東西看上去是真實(shí)的，但事實(shí)上卻不是。游戲把頭部跟蹤裝置、手套及計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合在一起，在我們的感覺上創(chuàng)造出“實(shí)際”，這些圍著我們移動(dòng)的“實(shí)體”卻事實(shí)上并不真實(shí)。這便是虛擬實(shí)在！”

韋氏詞典中解釋：

Virtual:在本質(zhì)上或?qū)嶋H上盡管沒有被正式認(rèn)可或承認(rèn)的。

Reality:一個(gè)真實(shí)的事件、實(shí)體或狀態(tài)。

把它們放在一起便是：“虛擬實(shí)在是實(shí)際上而不是事實(shí)上為真實(shí)的事件或?qū)嶓w?！?/p>

虛擬實(shí)在于不同的角度和應(yīng)用將會(huì)有不同本質(zhì)特征的體現(xiàn)：

（1）模擬性

目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有明顯的尚實(shí)傾向。圖像系統(tǒng)可以傳送虛擬實(shí)在。經(jīng)傳送的這些虛擬實(shí)在，圖像色調(diào)細(xì)膩，光彩奪目，欣賞他們就好像欣賞精美的蝕刻畫。例如，在通用電氣公司航空航天部的設(shè)備上產(chǎn)生的景象，看上去像攝影作品那樣真實(shí)，簡直就是實(shí)時(shí)的世界，用戶可以用它來導(dǎo)航。這些數(shù)據(jù)來自世界軍方的飛行模擬訓(xùn)練器?，F(xiàn)在則被用于醫(yī)學(xué)、娛樂、教育和培訓(xùn)。

模擬的尚實(shí)傾向也在音響方面得到了體現(xiàn)。三維環(huán)繞的音響系統(tǒng)控制了數(shù)字聲學(xué)空間的每一個(gè)點(diǎn)，其精確程度大大超過早先的音響系統(tǒng)，因而三維的音頻也對虛擬實(shí)在增色不少。

（2）交互作用

有些人認(rèn)為虛擬實(shí)在就是他們能與之進(jìn)行交互作用的電子象征物。計(jì)算機(jī)桌面上有一個(gè)垃圾箱圖符，將廢棄不要的文件拖入垃圾箱，就完成了計(jì)算機(jī)的清理工作。垃圾箱是一個(gè)代表刪除程序的圖符，我們卻把它作為一個(gè)虛擬的垃圾箱用。而那些當(dāng)垃圾倒掉的文件也不是真正的（寫在紙上）文件，但實(shí)際上，他們卻起著文件的作用。這些便是虛擬實(shí)在。我們能同它們進(jìn)行交互作用，就像同金屬的垃圾箱和木制的書桌進(jìn)行交互作用一樣。虛擬垃圾箱要想是虛擬的，關(guān)鍵在于，我們在工作中如何與垃圾箱交互作用。在我們?nèi)褙炞⒐ぷ鞯那榫持?，垃圾箱是真?shí)的，然而出了計(jì)算機(jī)的工作空間后，它便是虛擬的。垃圾箱這個(gè)實(shí)在，來自我們工作環(huán)境中的方便位置。它的存在，是通過我們的交互作用來實(shí)現(xiàn)的。

廣義地說，虛擬實(shí)在有時(shí)涵蓋了電子生活的許多方面。除了計(jì)算機(jī)生成桌面外，還有我們通過電話或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)識(shí)的虛擬個(gè)人：還有出現(xiàn)在電視上的那些我們打電話就能與之交談的表演節(jié)目的人或從政者，還有虛擬大學(xué)（遠(yuǎn)程教育），學(xué)生在那里以在線的方式上課，去虛擬教室聽課，在虛擬店鋪中從事商業(yè)活動(dòng)等。

（3）沉浸性

虛擬實(shí)在業(yè)的很多人喜歡把注意力集中在硬軟件的配置上。而首次被稱為虛擬實(shí)在的特制硬件，組合了兩個(gè)小型三維體視光學(xué)顯示器（stereoscopic optical display），或叫“眼機(jī)”（eyephone）；一個(gè)檢測頭部運(yùn)動(dòng)的頭部跟蹤裝置，其作用是向用戶提供反饋信息，以便用戶在人工環(huán)境中能夠操縱所見到的各種物件。具有三維聲學(xué)效果。也就是說，幻覺便是沉浸。

從這個(gè)角度來看，虛擬實(shí)在意味著在一個(gè)虛擬環(huán)境中的感官沉浸。這種系統(tǒng)，一開始便以其頭盔顯示器和手套而著稱，先是由拉尼爾的VPL公司普及的。頭盔顯示器切斷來自周圍世界的聲像感覺，并代之以計(jì)算機(jī)生成的感覺。使用反饋手套、腳踏板、自行車把或游戲棒，身體便在人工的空間中運(yùn)動(dòng)起來。

有關(guān)沉浸的一個(gè)主要例子來自美國空軍的飛行模型。計(jì)算機(jī)生成的感官信號(hào)幾乎與飛行員在實(shí)際駕駛艙內(nèi)體驗(yàn)到的一樣真實(shí)。飛行員可以通過諸如旋轉(zhuǎn)操縱桿的方式對這些感覺做出反應(yīng)。操縱桿又可將飛行員的動(dòng)作反饋至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)據(jù)此再調(diào)整感覺信號(hào)。通過這種方法，飛行員用不著離開地面就能獲得飛行實(shí)踐或訓(xùn)練的機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在，商業(yè)飛行員在飛行模擬器里花上些時(shí)間便可升級(jí)其飛行執(zhí)照的等級(jí)。

計(jì)算機(jī)反饋的作用不僅能重新調(diào)整用戶的感覺，使之體驗(yàn)到準(zhǔn)飛行的滋味，而且還能與真正的飛行器聯(lián)動(dòng)。當(dāng)飛行員掀動(dòng)按鈕，通過反饋，真正的飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火或真正的武器系統(tǒng)開火等。飛行員在這種情況下感覺到了沉浸并完全出現(xiàn)在虛擬世界之中，而這個(gè)世界反過來卻是與現(xiàn)實(shí)世界相連的。

當(dāng)你駕駛F-16戰(zhàn)斗機(jī)以超音速在一多山地形作低空飛行時(shí)，應(yīng)盡量少用肉眼去看真實(shí)世界。由于飛機(jī)的儀器將真實(shí)的景象做了處理，所以得到的圖像更可靠地反映現(xiàn)實(shí)世界。這樣，你便能更好的駕駛飛機(jī)。在這種情況下，虛擬實(shí)在能使人在高速飛行中更好的發(fā)揮作用。駕駛艙內(nèi)的仰視顯示器有時(shí)允許飛行員在虛擬圖像后面觀看真實(shí)的景象。在這種情況下，模擬便是一種強(qiáng)化的而非虛擬的存在。

（4）遙在

機(jī)器人式出場或在場，為虛擬實(shí)在增加了另外一個(gè)方面。以遠(yuǎn)程方式于某處的出場，謂之虛擬出場。當(dāng)從遠(yuǎn)處出場時(shí)，虛擬實(shí)在就變成遙在（telepresence）了?！霸趫觥币饧茨阋庾R(shí)到正在發(fā)生什么事情，你正有效地能親自完成一些任務(wù)，如觀察、操作、移動(dòng)物體之類，就好像這些物體近在眼前。從這個(gè)角度來說，用遙在定義虛擬實(shí)在，恰好排除了藝術(shù)、數(shù)學(xué)、娛樂等方面的虛幻世界。機(jī)器人式遙在給真實(shí)世界的某場所帶來了實(shí)時(shí)的人效性，卻無需親自有人出場。Mike mcgreevy和Lew Hitchner走在火星上，但在肉體上他們卻坐在NASA-Ames的遙控室里。

遙在醫(yī)學(xué)用不著開刀便將醫(yī)生置于病人體內(nèi)。像（Richard Satava）上校和（Joseph Rosen）博士這樣的醫(yī)生，把用不著開刀的膽囊摘除的遙在外科手術(shù)當(dāng)做常規(guī)。病人康復(fù)的時(shí)間是傳統(tǒng)的手術(shù)的十分之一，因?yàn)檫b在外科手術(shù)幾乎沒傷身體。只需要兩個(gè)很小的切口把腹腔鏡插入。遙在技術(shù)可以讓外科醫(yī)生在沒有專家親臨現(xiàn)場的邊遠(yuǎn)地區(qū)做專家級(jí)的手術(shù)。

外科醫(yī)生無需到場便能在場，遙在技術(shù)也是個(gè)雙刃劍。通過沉浸，遙在為手術(shù)者提供了對遠(yuǎn)程手術(shù)過程的強(qiáng)大控制力。但與此同時(shí)，卻加大了醫(yī)生和病人間的心里技術(shù)距離（psychotechnological gap）。大夫們抱怨喪失親自接觸病人的機(jī)會(huì)，因?yàn)椴∪嘶闪吮忍睾妥止?jié)的幻影。

（5）全身沉浸

大約在頭盔式顯示器問世的同時(shí)，通往虛擬實(shí)在的另一條截然不同的道路也在貫通。早在60年代末，常被成為“虛擬實(shí)在之父”的克魯格，便著手創(chuàng)造各種交互式環(huán)境，在這種環(huán)境中人的移動(dòng)不受什么拖累?？唆敻裢瞥龅氖?，你就是你的虛擬實(shí)在?？唆敻癫捎昧藬z像機(jī)和監(jiān)視器來投影人生，因而人體可以與圖像進(jìn)行交互，可以用手來操縱屏幕上的圖形物體，不論是文本還是圖片。計(jì)算機(jī)與人的交互作用不需要在身體上外加?xùn)|西。輸入的工作留給了計(jì)算機(jī)，而身體的自由運(yùn)動(dòng)則成為計(jì)算機(jī)閱讀的文本。攝像機(jī)跟蹤著人體，而計(jì)算機(jī)則把人體運(yùn)動(dòng)合成到人工環(huán)境中去。

我看到一只浮動(dòng)的球被投射到屏幕上，我的由計(jì)算機(jī)投影的手伸出去抓球。計(jì)算機(jī)便不停地更新我的身體與我所見、所聽、所摸到的合成世界的交互動(dòng)作。

在克魯格的Videoplace中人在不同的房間里交互的做身體繪畫、自由落體體操、搔癢癢等。他的Glowflow是個(gè)聲光室，能根據(jù)人們的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)燃熒光燈并發(fā)出合成音響。另一個(gè)環(huán)境是Psychic Space,它允許參與者探索一個(gè)交互式的迷宮，每邁出一步都對應(yīng)一曲音樂，所有都是活動(dòng)的實(shí)況錄像，可以縮放、旋轉(zhuǎn)，無需考慮通常的因果律。

（6）網(wǎng)絡(luò)通信

當(dāng)人們接受了虛擬實(shí)在的沉浸模式的同時(shí)也關(guān)注到了他的另外一個(gè)方面。由于計(jì)算機(jī)造就了網(wǎng)絡(luò)，虛擬實(shí)在似乎是新型的通信媒體的當(dāng)然候選技術(shù)。VPL公司的RB2(兩人實(shí)在)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了虛擬世界的連通性。從這個(gè)角度看，虛擬世界與電話都是共享的構(gòu)造。因而，虛擬世界會(huì)引出前所未有的共享方式，即拉尼爾所說的“后符號(hào)通信”（post-symbolic communication）。由于使用者可以自行規(guī)定并塑造虛擬世界中的物體和活動(dòng)，他們就可以不用文字或真實(shí)世界支撐來共享幻想的事物和事件。

于是，通信能夠活躍話語或形體語言而采用法術(shù)的、金丹術(shù)的特征。虛擬世界將會(huì)變出從未聽到過的景、聲、形的混合物。在語言的語法和句法之外有意構(gòu)造的信號(hào)，不服從言語和視覺信息的傳統(tǒng)邏輯。虛擬實(shí)在能夠以運(yùn)動(dòng)的甚至人體運(yùn)動(dòng)的方式傳達(dá)意義。

每項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步都有賴于憧憬。這種憧憬激勵(lì)著該領(lǐng)域的開發(fā)者向太空方面探索（外層空間與網(wǎng)絡(luò)空間之間存在著內(nèi)在聯(lián)系）。要把人送入外層空間，那么對信息的需求，甚于好奇心或新前沿產(chǎn)生的朦朧渴求：這種在宇宙中掌握人類命運(yùn)的使命，將是復(fù)雜而又富有想象力的。這個(gè)本質(zhì)上的東西并非技術(shù)上的，我們可以將其稱為空間技術(shù)的密教本質(zhì)（estoericessence）,思想深處的內(nèi)核的本身并不是技術(shù)上的。的確，首次太空探索背后的思想是崇高的、令人敬畏的、甚至是神秘的。

但對于NASA、空間愛好者、五角大樓的人而言，企業(yè)意味著一種商業(yè)冒險(xiǎn)精神，但對許多人來說，還有另外一層重要意義。今天有許多技術(shù)人員在科幻小說的神話中也把企業(yè)當(dāng)成一個(gè)恰當(dāng)?shù)拿郑缰群芨叩摹缎请H旅行》（Star Trek）這部有關(guān)21世紀(jì)空間旅行者的科幻電視劇中的星際飛船就叫“企業(yè)”號(hào)（Enterprise）。

從這個(gè)角度看，虛擬實(shí)在的本質(zhì)也許不在技術(shù)而在藝術(shù)，也許是最高層次的藝術(shù)。虛擬實(shí)在的最重承諾不是去控制或逃避或娛樂或通信，而是去改變、去救贖我們對實(shí)在的知性。

（7）強(qiáng)化的實(shí)在

虛擬實(shí)在將增強(qiáng)轉(zhuǎn)換現(xiàn)實(shí)藝術(shù)的力量。畫框、舞臺(tái)、電影院由于阻斷了藝術(shù)作為實(shí)在的一部分而使藝術(shù)受限。然而，虛擬實(shí)在由于具有強(qiáng)化實(shí)在的作用，允許虛實(shí)之間更加平滑和有序的過度。這種能力足以嚇壞心理學(xué)家，卻為藝術(shù)家們提供了一種前所未有的改變社會(huì)的力量。

以上幾點(diǎn)均屬于虛擬實(shí)在的本質(zhì)。虛擬實(shí)在是實(shí)際上而不是事實(shí)上為真實(shí)的事件或?qū)嶓w。

[1] 席榮榮,云曉春,金舒原等;網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知研究綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2012(01):1-4

[2] 賴積保,王慧強(qiáng),金爽;基于Netflow的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知系統(tǒng)研究[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2007(08):167-169

The essence of virtual reality

Zhang Xinlin
（Career Technical College in Zhumadian Department of Information Engineering，ZhuMaDian,463000,China）

Virtual reality is a new technology developed with the development of computer science,this paper from different perspectives on the definition,connotation of virtual reality,characteristics,applicat ion fields,the system in-depth,comprehensive exposition and analysis,let us see the different perspectives of the virtual reality.

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