深入淺出說VR

　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。 

　　VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP會議上的《終極的顯示》報告，而Virtual Reality一詞是80年代初美國VPL公司的創(chuàng)建人之一Jaron Lanier提出來的。VR系統(tǒng)在若干領域的成功應用，導致了它在90年代的興起。虛擬現(xiàn)實是高度發(fā)展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡技術、并行處理技術、人工智能等高性能計算技術，而且涉及數(shù)學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關。

在虛擬環(huán)境中“作戰(zhàn)”

　　總的來說，實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術是VR技術的3個主要方面。實物虛化是現(xiàn)實世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應等關鍵技術，這些技術使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶操作的檢測和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術：（1）基本模型構建技術。它是應用計算機技術生成虛擬世界的基礎，它將真實世界的對象物體在相應的3D虛擬世界中重構，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時情況會有所不同，或對氣象數(shù)據(jù)進行建模生成虛擬環(huán)境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。（2）空間跟蹤技術。主要是通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等常用的交互設備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在3D虛擬環(huán)境中的位置和方向。（3）聲音跟蹤技術：利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等進行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。（4）視覺跟蹤與視點感應技術。使用從視頻攝像機到X-Y平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。 

　　虛物實化是指確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實環(huán)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。能否讓參與者產(chǎn)生沉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，從而產(chǎn)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、力反饋操縱桿對手指產(chǎn)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(jīng)、肌肉模擬等方法來實現(xiàn)的。 

　　高性能計算處理技術主要包括數(shù)據(jù)轉換和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)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(nèi)的模式識別；分布式與并行計算，以及高速、大規(guī)模的遠程網(wǎng)絡技術。 

　　然而，不能把虛擬現(xiàn)實和模擬仿真混淆，兩者是有一定區(qū)別的。概括地說，虛擬現(xiàn)實是模擬仿真在高性能計算機系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。在構建分布式虛擬環(huán)境基礎信息平臺應用過程中，經(jīng)常會有由燃燒源產(chǎn)生的連續(xù)變化的煙塵干擾環(huán)境能見度的計算，從而影響環(huán)境的視覺效果、仿真實體的運行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強調(diào)煙塵的準確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規(guī)律，計算影響仿真結果的相關數(shù)據(jù)，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。

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