占璐璐

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是近年來綜合多種學科技術(shù)的計算機技術(shù)領(lǐng)域的一門高新技術(shù)，涉及諸多研究和應(yīng)用領(lǐng)域，是未來社會發(fā)展學科的重要技術(shù)之一。本文闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念及其關(guān)鍵技術(shù)，同時，就其未來發(fā)展和應(yīng)用進行了討論。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；技術(shù)；應(yīng)用

1 虛擬現(xiàn)實的概念

虛擬現(xiàn)實又稱靈境技術(shù)，英文是"virt-ural reality"。關(guān)于虛擬現(xiàn)實的定義。我們可以簡單地理解為，人與計算機生成的虛擬環(huán)境進行交互作用的技術(shù)手段。

人在某種況中的感受，無非是在這種景況中接受了各種感觸信號，包括視頻信號、音頻信號、溫度信號、氣味信號、觸摸信號（軟硬冷熱）、失重的感覺信號等等。所有這些信號有機地組合在一起（包括時間次序、空間位置、信號強弱、彼此間的搭配）作用在人的感官上，就形成了人的感受。利用各種傳感器把人在某種真實景況中所能感受到的各種信號記錄下來，或利用其他手段來產(chǎn)生這些信號，并把各種信號的次序、位置、強弱、彼此間的組合搭配關(guān)系制成計算機軟件，將這些信號、軟件及有關(guān)的設(shè)備有機地組合到一起，形成一個系統(tǒng)，這就是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實的一個重要特點就是人的沉入與參與，人是虛擬現(xiàn)實的用戶、享受者和作用者。人進入到虛擬的景況中，不僅能有逼真的感受，而且能在其中進行各種活動，如可以觸摸物體；打開虛擬的門；駕駛虛擬的車穿過虛擬的大街小巷等。虛擬現(xiàn)實的中一個特點是能夠創(chuàng)造現(xiàn)實世界中做不到的或不存在的景況，例如，人到火星上漫步，進入人體血管或腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中漫游等。

2.1 沉浸式虛擬現(xiàn)實

沉浸式虛擬現(xiàn)實是一種最佳的虛擬現(xiàn)實模式，給參與者提供一個完全沉浸的體驗。虛擬現(xiàn)實影院（VR theater）就是一個完全浸入式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用六個幾米高的平面組成立方體屏幕，在立方體外圍放置六個投影設(shè)備，它們共同投射在立方體的投射式平面上，置身于立方體中的觀眾可同時觀看由五個或六個平面組成的圖像，沉浸在圖像組成的空間中。沉浸式虛擬現(xiàn)實選用了完備的虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備和先進的虛擬現(xiàn)實軟件技術(shù)支持，從而模擬出一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)，優(yōu)點是使用戶全身心的體驗該虛擬環(huán)境，但是在硬件和軟件方面投資較大。

2.2 分布式虛擬現(xiàn)實

分布式虛擬現(xiàn)實（通常稱為分布式虛擬環(huán)境）是多用戶基于網(wǎng)絡(luò)進行分布式交互、信息共享和仿真計算等，如暴雪公司2004年推出公測的魔獸世界網(wǎng)絡(luò)游戲，中視典2012年推出的“超炫VRPIE多人在線MMO”支持多人在線互動等。分布式虛擬現(xiàn)實需要通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的各類數(shù)據(jù)，這對網(wǎng)絡(luò)的實時性、穩(wěn)定性、帶寬都有較高的要求。

2.3 增強現(xiàn)實型虛擬現(xiàn)實

也稱混合現(xiàn)實，通過計算機技術(shù)，將虛擬的信息疊加到真實世界中，用戶既能感受真實世界，同時又能看到虛擬對象，以此實現(xiàn)對真實世界的增強。這種系統(tǒng)不但減少對構(gòu)成復(fù)雜真實環(huán)境的計算，又可對實際物體進行操作，真正達到亦真亦幻的境界。戴上谷歌最新發(fā)布的Project Glass增強現(xiàn)實眼鏡，在馬路上行走時，Google Maps會自動導航；到達迪特時，自動顯示地鐵停運星系；還能通過語音控制眼鏡取景拍照等

2.4 桌面式虛擬現(xiàn)實

也稱基本虛擬現(xiàn)實技術(shù)模式，是基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。計算機屏幕作為虛擬場景觀察窗口，位置跟蹤器、鼠標、數(shù)據(jù)手套、力反饋器等作為手控輸入設(shè)備，來模擬操作虛擬場景，是不完全沉浸的。它最大的特點是缺乏完全投入，但是成本相對較低?，F(xiàn)在，各大高校都建立起虛擬校園，用戶能夠游覽虛擬校園內(nèi)的三維景觀游覽校園。 4.1 實物虛化

實物虛化就是將真實世界的物體或構(gòu)想出來的物體映射到虛擬世界中，主要包括模型的構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)幫助虛擬環(huán)境獲得用戶操作，從而產(chǎn)生真實感強的虛擬世界。其中模型構(gòu)建可以利用現(xiàn)階段的一些三維制作軟件，比如3DsMax、Maya等，對于空間、視覺和聲音跟蹤則需要借助于硬件設(shè)備，比如3Space數(shù)字化儀、SpaceBall空間球等，另外，為了提高效率，有必要研究虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具。

3 VR技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用前景

虛擬現(xiàn)實概念起源于60年代，到80年代逐步興起，90年代產(chǎn)品問世。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用涉及航天、軍事、通信、醫(yī)療、教育、娛樂、圖形、建筑和商業(yè)等各個領(lǐng)域。

VR技術(shù)在醫(yī)學方面的應(yīng)用具有極其重要的現(xiàn)實意義。該技術(shù)可用于虛擬實驗室的解剖教學、復(fù)雜手術(shù)模擬與規(guī)劃。另外，在遠距離遙控就診，醫(yī)療手術(shù)的統(tǒng)籌安排以及具體手術(shù)中的信息指導和結(jié)果預(yù)測，甚至新型藥物研制等方面，VR技術(shù)都有十分重要的意義。

在航天航空方面，VR技術(shù)的作用也非常突出。例如，在航天飛行過程中，失重是最大的障礙和困難，由于物體在失重情況下運動軌跡或狀態(tài)難以預(yù)測，因此解決駕馭失重狀態(tài)下的物體的運動狀態(tài)是一個重要課題。為了逼真地模擬太空中的情景，美國航天局NASA在“哈勃太空望遠鏡的修復(fù)和維護”計劃中采用了VR仿真訓練技術(shù)。

在軍事領(lǐng)域中，VR技術(shù)應(yīng)用可以模擬軍事演習，可用來訓練坦克、直升機和進行軍事演習，利用無線電通信和聲音來加強真實感，以及訓練部隊之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力等。

在三維游戲中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時，三維游戲的快速發(fā)展也為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的提升起了巨大的支撐和牽引作用。由于BS模式的三維游戲所特有的實時性和交互性，需要在游戲中進一步提高、加強逼真性和沉浸感。 目前，在三維游戲中，盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用還有很多技術(shù)難題，但是它在三維游戲領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

4 結(jié)束語

總的來說，虛擬現(xiàn)實是一個充滿活力、具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍存在許多有待解決與突破的問題。為了提高VR系統(tǒng)的交互性、逼真性和沉浸感，在新型傳感和感知機理、幾何與物理建模新方法、高性能計算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學、社會學等方面都有許多挑戰(zhàn)性的問題有待解決。我國虛擬技術(shù)還處于起步階段，國內(nèi)還缺乏足夠的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的開發(fā)平臺。但不管怎樣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)畢竟開辟了富有發(fā)展?jié)摿Φ男骂I(lǐng)域，它會隨著時間的推移日臻完善。相信在不久的將來虛擬現(xiàn)實技術(shù)會更多地進入生產(chǎn)生活中。

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