殷武　劉軍成

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)技術(shù)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；應(yīng)用分析

引言

早期計算機(jī)的出現(xiàn)只是為了方便數(shù)據(jù)的運(yùn)算，而伴隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，聲音、圖像、文字等多種信息可以同時進(jìn)行處理[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)提出的初衷只是為了營造一個以人類為中心的信息化環(huán)境，改變?nèi)诉m應(yīng)計算機(jī)的傳統(tǒng)模式，目的在于最大限度發(fā)揮計算機(jī)提高人類認(rèn)知、改變世界的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為目前世界上計算機(jī)領(lǐng)域的一項重大突破，將計算機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)實世界通往虛擬世界的連接工具，構(gòu)建虛擬環(huán)境，實現(xiàn)人與計算機(jī)的自然交互，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工程、藝術(shù)等多個領(lǐng)域，使世界上多個行業(yè)面臨的難題有了解決的方法，極大地方便和豐富了人們的工作和生活。在當(dāng)前的信息化背景下，要想真正掌握、并將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實生活的方方面面，就要深入分析計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，了解計算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的應(yīng)用方式以及它們之間的聯(lián)系，從而克服虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的技術(shù)障礙，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的巨大潛力。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

在這個現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一項前沿科技，依托于計算機(jī)技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)并行技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用計算機(jī)生成圖形和色彩，提供仿真環(huán)境，同時通過傳感設(shè)備，利用視覺和聽覺，讓用戶置身虛擬環(huán)境中，使用戶產(chǎn)生仿佛置身現(xiàn)實世界的感覺，從而實現(xiàn)人和環(huán)境、人與計算機(jī)的交互。虛擬現(xiàn)實技術(shù)包括四個部分，第一個部分是計算機(jī)，計算機(jī)與虛擬世界的生成有直接的關(guān)系，并且?guī)椭鷮崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的自然交互功能，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心內(nèi)容，虛擬世界的渲染功能對計算機(jī)配置有較高的要求；第二是輸入輸出設(shè)備，輸入輸出設(shè)備是人機(jī)交互的連接，沒有輸入輸出設(shè)備，用戶就無法置身虛擬環(huán)境，用戶的輸入形式被傳感設(shè)備所識別，并形成相應(yīng)的反饋表現(xiàn)出來，同時在系統(tǒng)中形成記錄；第三是應(yīng)用軟件系統(tǒng)，仿真環(huán)境中幾何模型、運(yùn)動模型等的構(gòu)建離不開應(yīng)用軟件系統(tǒng)，應(yīng)用軟件是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助系統(tǒng)，幫助構(gòu)建虛擬世界所需素材，虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)軟件的主要作用是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效管理，包括立體模型管理以及虛擬世界數(shù)據(jù)庫的管理；第四是數(shù)據(jù)庫，虛擬世界中的各種信息都被收錄在數(shù)據(jù)庫中，虛擬世界中出現(xiàn)的各種物品、形象等，都能在數(shù)據(jù)庫中找到對應(yīng)的模型[2]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展首先將以往以計算機(jī)為主體的觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀藶橹黧w，在傳統(tǒng)的信息化觀念中，人應(yīng)當(dāng)去適應(yīng)計算機(jī)的變化，在人與計算機(jī)的交互中，鍵盤和鼠標(biāo)就是輸入設(shè)備，人要使用電腦首先要掌握如何使用電腦，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)了讓計算機(jī)來適應(yīng)人，用數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等代替鍵盤鼠標(biāo)，通過視覺、聽覺等形式，讓用戶融入虛擬世界，這個虛擬世界可以是真實存在的某一個特定環(huán)境，也可以是存在于想象中的世界，從而加深體驗的真實感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將人與計算機(jī)的交流變得更加簡單便捷，降低了工作的繁瑣程度，一定程度上解放了人們的雙手，在工作節(jié)奏日益加快的今天，信息技術(shù)的應(yīng)用面更為廣泛，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有利于最大限度發(fā)揮信息技術(shù)的作用。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要有四種特征，第一，沉浸性。沉浸性是指用戶對虛擬世界真實程度的評價，理想狀態(tài)下，用戶在虛擬世界的感知應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)實世界無差別。用戶利用數(shù)據(jù)頭套等設(shè)備融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造出來的虛擬世界，以多維的方式實現(xiàn)和計算機(jī)的自然交互，通過視覺等感官形式沉浸在虛擬世界中，使用戶產(chǎn)生趨近真實的體驗感。虛擬世界中用戶的自由行動是依靠虛擬現(xiàn)實技術(shù)對用戶肢體動作的跟蹤和傳導(dǎo)而實現(xiàn)的，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輸入設(shè)備如數(shù)據(jù)頭套等應(yīng)當(dāng)與用戶的感官聯(lián)系緊密，這樣才能給用戶提供良好的沉浸式體驗。第二，想象性。簡單來說，想象性就是指用戶的創(chuàng)造性。用戶沉浸在虛擬世界中，在與虛擬世界交流和互動的同時，也獲得了新的知識，虛擬場景的形成與用戶的想象力和創(chuàng)造力息息相關(guān)，因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有助于激發(fā)用戶的創(chuàng)造力，提高感性認(rèn)識，發(fā)散用戶的創(chuàng)造性思維。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的這一特性，在部分研究人員的調(diào)查實驗發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以作為展現(xiàn)人類學(xué)科設(shè)想的一個工具，比如，在工程或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)充當(dāng)新媒體技術(shù)角色，將原本語言表述不清的內(nèi)容或設(shè)想直觀地表達(dá)出來。第三，交互性。交互性是指用戶通過穿戴傳感設(shè)備，與計算機(jī)進(jìn)行自然交互，使用戶在虛擬環(huán)境中獲得與在現(xiàn)實世界一致的感知，豐富了交互的形式，用戶在虛擬環(huán)境中能夠感受到物品、情感等的變化，計算機(jī)技術(shù)對用戶的肢體動作、語言等進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)對虛擬世界對象的圖像控制和聲音控制，給予用戶良好的體驗感。以物體的運(yùn)動為例，虛擬環(huán)境中物體的運(yùn)動應(yīng)符合常理，物體的移動應(yīng)當(dāng)跟隨用戶的視覺角度變換而變換，提高人機(jī)交互的自然性。第四，自主性。自主性是指虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動的程度，虛擬環(huán)境中物體的運(yùn)動也應(yīng)當(dāng)遵循物理學(xué)規(guī)律，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵，通過對用戶周邊環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取，建立虛擬環(huán)境，實時獲取物體運(yùn)動數(shù)據(jù)。

二、計算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)系

計算機(jī)的問世極大地方便了人們的日常生活和工作，人們對于計算機(jī)的依賴也愈來愈強(qiáng)，而近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的提出，一方面豐富了人們的感官世界，娛樂了人們的生活，另一方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，給行業(yè)發(fā)展提供了新的方向[3]。就計算機(jī)技術(shù)來說，它的主要作用在于數(shù)據(jù)的存儲、修改以及邏輯運(yùn)算，包括指令系統(tǒng)、中央處理器等多種技術(shù)手段，由于計算機(jī)技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，具有超越人計算能力的復(fù)雜性，也就決定了其應(yīng)用范圍也十分廣泛，主要與通信技術(shù)、電子工程等領(lǐng)域聯(lián)系緊密，而隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)成為各行各業(yè)的發(fā)展和管理中不可或缺的角色。從本質(zhì)上來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)相當(dāng)于計算機(jī)技術(shù)的一個分支學(xué)科，人們通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建出一個虛擬環(huán)境，通過人機(jī)自然交互功能，給人以身臨其境的體驗感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以現(xiàn)實世界作為參考，通過多種計算機(jī)技術(shù)手段，設(shè)計虛擬環(huán)境的各種模型，實現(xiàn)虛擬世界的三維動態(tài)變化，豐富用戶的感官世界，因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)息息相關(guān)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)要想獲得更大的發(fā)展，就不能脫離計算機(jī)技術(shù)而存在，只有依托于計算機(jī)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)才擁有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。伴隨近年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)擁有獨特的優(yōu)點，在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，有助于各領(lǐng)域人員展現(xiàn)自己的超前設(shè)想，解決各行各業(yè)所面臨的技術(shù)困境，減少危險性工作帶來的人員傷亡，被人們廣泛定義為走在世界前列的高科技技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)等前沿科技的發(fā)展壯大在一定程度上促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)效益的提升，社會各行各業(yè)都加強(qiáng)了對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重視程度，促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)研究，讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)和各領(lǐng)域?qū)W科聯(lián)系越來越密切，不斷推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)在社會生活中的應(yīng)用。

三、計算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

（一）構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重點在于構(gòu)建接近現(xiàn)實世界的虛擬世界，給人們提供真實的體驗感，真實感分為兩方面，一方面是虛擬場景的構(gòu)建要真實，能夠?qū)⒂脩魩肭榫?，另一方面真實感是指虛擬世界中的物體運(yùn)動要符合物理學(xué)規(guī)律，與人們的認(rèn)知習(xí)慣相符。因此，所繪制對象的物理屬性就顯得尤為重要。物理屬性涵蓋多個內(nèi)容，包括物體的形狀、位置、運(yùn)動方式等，而且，物體應(yīng)當(dāng)隨著用戶的視角和動作進(jìn)行相應(yīng)的改變，這就要求虛擬場景中的圖像顯示應(yīng)當(dāng)與用戶的觀察速度和觀察角度相一致，避免畫面滯后，導(dǎo)致動作場景銜接不連貫，影響用戶體驗感。通常來說，只有當(dāng)計算機(jī)實現(xiàn)每秒10-20幀圖像時，場景更新才不會出現(xiàn)滯后。傳統(tǒng)的計算機(jī)技術(shù)中，現(xiàn)實渲染算法對渲染速度的要求并不是很多，而對于圖像的質(zhì)量和真實性有著較高的標(biāo)準(zhǔn)[4]。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，由于需要的是實時圖像，圖像的生成和變換有時間限制，因此應(yīng)當(dāng)合理利用計算機(jī)技術(shù)來獲得符合要求的圖像。以當(dāng)前計算機(jī)圖形的級別為例，想要獲得準(zhǔn)確而又清晰的圖像，需要花費(fèi)大量時間，但是由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實時模擬需求，實時圖形的獲得需要計算機(jī)技術(shù)在較短時間內(nèi)完成，這就要求我們需在一定程度上降低對圖像質(zhì)量的要求，盡可能采用較為簡單的幾何圖形，同時使用紋理映射、環(huán)境映照等技術(shù)手段來提升虛擬環(huán)境的真實性。首先，紋理映射的實施方法較為簡單，從本質(zhì)上來說，就是將紋理圖像置于物體表面，以二維代替三維，充分表現(xiàn)物體的紋理細(xì)節(jié)，計算載量小，且能夠有效改善虛擬環(huán)境真實性。其次，環(huán)境映射就是指將虛擬環(huán)境中某一點的環(huán)境作為視點，將其周圍場景變?yōu)橐粋€中間面，在這種技術(shù)手段下，當(dāng)用戶在此點觀察周圍場景時，都可以看到完整且高度真實的畫面。另外，真實感實時繪制技術(shù)一般分為兩種，一種是基于幾何圖形展開的實時繪制，另一種是基于圖像展開的實時繪制?；趲缀螆D形的實時繪制是先有圖形，才有模型，而基于圖像的實時繪制是先有場景，再進(jìn)行場景畫面的繪制。

（二）形成三維虛擬聲音

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，聽覺信息和視覺信息同等重要，聲音和畫面一直以來都是相輔相成的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅僅需要視覺帶來的沖擊，更需要聽覺的支持。首先，為了提高虛擬世界的真實性，在場景中加入虛擬聲音，保證用戶虛擬世界的沉浸感體驗，減輕視覺壓力和用戶的視覺依賴性[5]。與虛擬現(xiàn)實技術(shù)類似，虛擬聲音技術(shù)同樣具備交互性和沉浸性，除此之外，它還具備三維定位和實時跟蹤等特點，有利于提高虛擬場景的真實性，豐富用戶的感知。其次，三維虛擬聲音技術(shù)也離不開語音合成和語音識別技術(shù)。顧名思義，語音合成技術(shù)就是利用計算機(jī)技術(shù)形成人工合成的聲音，在語音合成時，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對語音表達(dá)的易理解性、清晰程度進(jìn)行把控，方便用戶應(yīng)用。與語音合成技術(shù)相比，語音識別技術(shù)則更為復(fù)雜，它是指利用計算機(jī)技術(shù)，將音頻轉(zhuǎn)化為文字內(nèi)容，使用戶在虛擬環(huán)境中的交互進(jìn)行得更加自然和容易[6]。

（三）智能語音虛擬建模

將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，其主要體現(xiàn)在對智能語音的虛擬建模方面，該工作比較復(fù)雜，在具體操作過程中對于時間成本及精力成本的要求比較高，倘若可以借助語音識別技術(shù)、智能識別技術(shù)等，通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的科學(xué)利用，可以更好地處理語音虛擬建模缺陷。比如說，要深入剖析模型基本屬性，探究其基本方法，將語音識別技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)建模中，以常見的人工智能技術(shù)、圖像處理技術(shù)為中心，設(shè)計建模，評估模型。如此一來，可以明確呈現(xiàn)出模型對象，且可以基于邏輯性角度讓模型實現(xiàn)動靜態(tài)發(fā)展相結(jié)合的目標(biāo)，提高系統(tǒng)模型價值。在完成建模工作后，需要對模型進(jìn)行科學(xué)評估。

（四）加強(qiáng)對新型交互設(shè)備的研制

在實際應(yīng)用過程中，要想賦予虛擬現(xiàn)實技術(shù)更多的自由特色，立足于虛擬世界情況，與各類對象建立交互關(guān)系，在持續(xù)交互中獲得身臨其境之感。在這個過程中，需通過對輸出輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)手套及三維聲音產(chǎn)生器等的利用，模擬計算機(jī)的虛擬環(huán)境。通過對以上技術(shù)的應(yīng)用，可以在虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)的價值，從而推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。在計算機(jī)技術(shù)科學(xué)研究中，可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)當(dāng)作目標(biāo)，完善交互設(shè)備系統(tǒng)，研究更多創(chuàng)新性較強(qiáng)的交互性設(shè)備，降低其成本、提高耐用性，為社會各個行業(yè)發(fā)展提供動力。

（五）充分應(yīng)用大型分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實

分布式網(wǎng)絡(luò)廣泛存在于虛擬現(xiàn)實中，其任務(wù)在于對處于零散狀態(tài)的虛擬現(xiàn)實體系、仿真器等進(jìn)行整合，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)參與及指導(dǎo)下實現(xiàn)有效銜接目標(biāo)。對于該過程而言，相關(guān)工作者要明確一體化的標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、信息結(jié)構(gòu)及協(xié)議內(nèi)容等，基于時間層面與空間角度建立虛擬合成體系，而使用者也可以在該環(huán)節(jié)中自由、有效地進(jìn)行交互，從最大化程度上利用計算機(jī)技術(shù)，發(fā)揮其虛擬現(xiàn)實功能。就現(xiàn)階段的分布式虛擬現(xiàn)實交互情況來說，其已經(jīng)在中長期發(fā)展中成為國際的重要研究熱點。因此，在今后發(fā)展計算機(jī)技術(shù)時，要將大型分布式的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于生活中，這是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性趨勢。這是由于大型分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，對航天事業(yè)進(jìn)步非常重要，價值突出。利用該技術(shù)來研究航空事業(yè)，可以控制成本支出及經(jīng)費(fèi)，且控制相關(guān)人員的研究情緒，避免研究人員出現(xiàn)不適感，讓計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的作用得以充分發(fā)揮，從而推進(jìn)我國軍事航天事業(yè)的長久及穩(wěn)定發(fā)展，值得關(guān)注。

結(jié)束語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是計算機(jī)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用提高了人們的理性認(rèn)知和感性認(rèn)知，將計算機(jī)技術(shù)在人們工作和生活中的應(yīng)用提高到一個新的層次，對計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。另外，虛擬世界是依托計算機(jī)技術(shù)來對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并在虛擬現(xiàn)實世界中依賴于三維動態(tài)而形成。所以，計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)二者呈現(xiàn)出相輔相成的關(guān)系，計算機(jī)技術(shù)工作者要科學(xué)區(qū)別計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)二者的相同點及不同點，正確認(rèn)識二者關(guān)系，進(jìn)一步更新技術(shù)思維，探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點，精準(zhǔn)掌握新時代下計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特色，將計算機(jī)技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，讓這兩種技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)價值的同時，推進(jìn)計算機(jī)技術(shù)的更新，讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)得以高質(zhì)量發(fā)展。