解析虛擬現(xiàn)實(shí)
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR），是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說(shuō)，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶(hù)借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。
VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP會(huì)議上的《終很的顯示》報(bào)告，而Virtual Reality一詞是80年代初美國(guó)VPL公司的創(chuàng)建人之一Jaron Lanier提出來(lái)的。VR系統(tǒng)在若干領(lǐng)域的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了它在90年代的興起。虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計(jì)算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)。
在虛擬環(huán)境中“作戰(zhàn)”
總的來(lái)說(shuō)，實(shí)物虛化、虛物實(shí)化和高性能的計(jì)算處理技術(shù)是VR技術(shù)的3個(gè)主要方面。實(shí)物虛化是現(xiàn)實(shí)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(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺(jué)跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對(duì)用戶(hù)操作的檢測(cè)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(shù)：（1）基本模型構(gòu)建技術(shù)。它是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實(shí)世界的對(duì)象物體在相應(yīng)的3D虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。例如車(chē)輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時(shí)情況會(huì)有所不同，或?qū)庀髷?shù)據(jù)進(jìn)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(shù)。主要是通過(guò)頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等常用的交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶(hù)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(shù)：利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。（4）視覺(jué)跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)。使用從視頻攝像機(jī)到X-Y平面陣列、周?chē)饣蛘吒櫣庠趫D像投影平面不同時(shí)刻和不同位置上的投影，計(jì)算被跟蹤對(duì)象的位置和方向。
虛物實(shí)化是指確保用戶(hù)從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)和觸覺(jué)等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)。能否讓參與者產(chǎn)生沉浸感的關(guān)鍵因素除了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感知外，還有用戶(hù)能否在操縱虛擬物體的同時(shí)，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺(jué)和力覺(jué)感知。力覺(jué)感知主要由計(jì)算機(jī)通過(guò)力反饋手套、力反饋操縱桿對(duì)手指產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻尼從而使用戶(hù)感受到作用力的方向和大小。觸覺(jué)反饋主要是基于視覺(jué)、氣壓感、振動(dòng)觸感、電子觸感和神經(jīng)、肌肉模擬等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
高性能計(jì)算處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實(shí)時(shí)、逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)；多維信息數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫(kù)的生成；包括命令識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別，以及手勢(shì)和人的面部表情信息的檢測(cè)等在內(nèi)的模式識(shí)別；分布式與并行計(jì)算，以及高速、大規(guī)模的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
然而，不能把虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬仿真混淆，兩者是有一定區(qū)別的。概括地說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是模擬仿真在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個(gè)煙塵干擾下能見(jiàn)度計(jì)算的例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。在構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺(tái)應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有由燃燒源產(chǎn)生的連續(xù)變化的煙塵干擾環(huán)境能見(jiàn)度的計(jì)算，從而影響環(huán)境的視覺(jué)效果、仿真實(shí)體的運(yùn)行和決策。 某些仿真平臺(tái)和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見(jiàn)度計(jì)算，仿真平臺(tái)強(qiáng)調(diào)煙塵的準(zhǔn)確物理模型、干擾后的能見(jiàn)度準(zhǔn)確計(jì)算以及對(duì)仿真實(shí)體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細(xì)致的幾何模型，估算光線穿過(guò)煙塵后的衰減。 而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見(jiàn)度計(jì)算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，計(jì)算影響仿真結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且要生成用戶(hù)能通過(guò)視覺(jué)感知的逼真圖形效果，使用戶(hù)在實(shí)時(shí)運(yùn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。
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