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| 什么是虛擬現實？ |
更新時間：2007-10-30
16:56:34 （ 編輯：映君 ）
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內容導航：
什么是虛擬現實？
⒊ 研制高性能的計算機
VR的構想性是輔助人類進行創造性思維的基礎。因此，高效的計算機信息處理技術是直接影響VR系統性能優劣之關鍵。高性能計算機是構建VR系統的“基石”，是對多維信息進行處理的“加工廠”，是實現各種軟硬設備的集成及控制人機協調一致的“工作平臺”。未來VR技術的發展必將會對計算機的性能提出更高的要求，主要是網絡技術、信息壓縮與數據融合、系統集成技術等3個方面。
（1）網絡技術
進入20世紀90年代，隨著網絡技術尤其是異步傳輸模式（ATM）等高速網絡技術的迅速發展，人類將進入一個全新的時代，即以網絡為中心的計算時代，網絡計算機是一個具有高度智能、并負責向網上用戶提供諸種服務的巨型計算機。從計算機技術的角度分析未來的VR系統的特點，它將是一個交互、分布、實時和多維化信息的處理系統。故一個能簡便地進行交互存取的分布式多維化信息網絡便成為實現VR系統之關鍵技術。隨著VR技術在網絡上的推廣與應用，數以億萬計的人們進入未來的網絡，世界將變得愈來愈小，而人類的感知與認知能力將變得愈來愈強。由此可見，網絡技術必將對VR系統產生更為深遠的影響。
（2）信息壓縮與數據融合技術
為使VR系統能實時地處理大量的多維化信息，一方面應盡量提高計算機的處理速度；另一方面亦應研究出更高效的信息壓縮與數據融合的算法和技術。在VR系統中所進行觀測活動狀況下的圖像處理，是基于交互作用的圖像處理。故VR系統對圖像處理便提出了更高的要求，不能將全部負擔都壓在計算機的硬件性能上，而應把研究新型、高效的數據壓縮算法及研制專用數據壓縮芯片、數據融合新技術與新算法作為關鍵技術予以突破。
（3）系統集成技術
在VR系統中存在由各種傳感器所輸出的數字和模擬信息，它們有的用聲、圖、文的形式表示；也有用視覺、聽覺、力感、觸感、味覺、嗅覺的方式表達。同時，在VR系統中還存在著虛擬和真實的環境，在該環境中有虛擬的對象和真實的人。這些信息中有實時與非實時、瞬變與緩變、可確定與不可確定、相互支持與互補或相互制約與矛盾等。如何將這些多維化信息、來自虛擬和真實對象的信息進行綜合集成，使之協調一致，這是一項十分重要的關鍵技術，主要是靠VR系統中的核心，即虛擬環境生成器來完成。集成的目的旨在建立一個最優化結構、自適應、高性能、頗具競爭力的實時、互操作的大系統。
總之，要發展VR技術，必須做好關鍵工作：
①在方法上，大力開展VR建模、人機實時交互、VR生成與逼真感、虛擬現實與真實現實的一致性、多傳感器數據/信息融合、系統設計分析及用戶心理學等方面的研究。
②在設備上，大力增強三維傳感、交互設備及立體顯示設備的研制。
③在應用上，大力增強研究VR系統開發平臺及分布式VR技術。
三、結束語
VR屬于一種特殊設計的信息數據庫，它可將數據庫數據轉換成可視化的三維視覺顯示圖像。利用這些數據描述二維或三維的圖形與圖像，構成三維的虛擬世界。VR并不是一幅圖像、畫面或一種聲音，而是一種“體驗”，對從未體驗過的人而言，可將其解釋為把人置身于一個全由計算機虛構的世界中去的一種手段。VR是信息科學領域中的新興技術，它具有廣泛深入研究的內涵和寬闊的應用前景，目前正引起多個學科領域的眾多學者高度關注。
隨著計算機技術，尤其是多媒體及可視化技術的迅猛發展，攻防對抗系統仿真是分布式交互仿真的重要應用領域及發展方向之一。攻防對抗虛擬現實中的人工干預技術也必須得到長足的發展。通過計算機的文字、圖形、圖像、聲音、視頻及動畫等多媒體的輸入輸出，將使攻防對抗虛擬現實中的人工干預更為逼真、形象、自然，產生身臨其境的效果。如可通過動畫的方式與VR進程同步展示戰場的推演態勢，通過語言、文字等形式提示參與者進行人工干預；參與者可借助語言形式向計算機發布命令，亦可通過觸摸屏模擬發射按鈕的操作過程，對計算機進行人工干預等。由此可見，多媒體與VR的集成技術在攻防對抗中的廣泛應用，亦是人工干預技術的發展方向。
隨著多媒體技術的發展，多媒體技術與人-機界面相關技術的有機結合，必將日趨生動地改變著人-機界面環境和人的工作方式，它也必將對VR系統的應用及其整體效能產生深刻的影響。虛擬現實技術是人類智慧高度集中的具體體現，進入虛擬現實環境將會使人類的智慧得到更高的升華。
虛擬現實技術
虛擬現實是計算機與用戶之間的一種更為理想化的人-機界面形式。通常用戶戴一個頭盔顯示器（用來顯示立體圖象的頭式顯示器）或者配戴液晶眼鏡或三維眼鏡，手持傳感手套，仿佛置身于一個幻覺世界中，在虛擬環境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統計算機相比，虛擬現實系統具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現實技術潛在的應用范圍很廣，諸如國防、建筑設計、工業設計、培訓、醫學領域。例如建筑設計師可以運用虛擬現實技術向客戶提供三維虛擬模型，而外科醫生還可以在三維虛擬的病人身上試行一種新的外科手術。
虛擬現實技術通過20多年的研究探索，于80年代末走出實驗室，開始進入實用化階段。目前，世界上少數發達國家在經濟、藝術乃至軍事等領域，已開始廣泛應用這種高新技術，并取得了顯著的綜合效益。據外刊報道，美國陸軍1994年的“路易斯安娜94”作戰演習，就是利用虛擬現實技術進行的。這次演習不但試驗論證了美國陸軍制定的條令、戰術和部隊編成，使之更加符合21世紀的作戰要求，還節約演習經費近20億美元。
那么，什么是虛擬現實技術呢？簡單地說，就是人們利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環境，通過自然技能使用傳感設備與之相互作用的新技術。它與傳統的模擬技術完全不同，是將模擬環境、視景系統和仿真系統合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數據服、立體聲耳機、數據手套及腳踏板等傳感裝置。把操作者與計算機生成的三維虛擬環境連結在一起。操作者通過傳感器裝置與虛擬環境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變“不隨心”的虛擬環境。比如，計算機虛擬的環境是一座樓房，內有各種設備、物品，操作者會如同身臨其境一樣，可以通過各種傳感裝置在屋內行走查看、開門關門、搬動物品；對房屋設計上的不滿意之處，還可隨意改動。顯然，利用這種虛擬現實技術進行建筑、機械、兵器等設計修改，實施技術操作訓練和軍事演習活動要容易得多，也便宜得多。
虛擬現實技術一經應用，就向人們展示了誘人的前景，因而受到各國軍界的青睞。從90年代初起，美國率先將虛擬現實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰場環境。即通過相應的三維戰場環境圖形圖像庫，包括作戰背景、戰地場景、各種武器裝備和作戰人員等，為使用者創造一種險象環生、幾近真實的立體戰場環境。以增強其臨場感覺，提高訓練質量。二是進行單兵模擬訓練。讓士兵穿上數據服，戴上頭盔顯示器和數據手套，通過操作傳感裝置選擇不同的戰場背景，輸入不同的處置方案，體味不同的作戰效果，進而像參加實戰一樣，鍛煉和提高技術水平、快速反應能力和心理承受力。如美空軍用虛擬現實技術研制的飛行訓練模擬器，能產生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導彈的發射軌跡等。三是實施諸軍兵種聯合演習，建立一個“虛擬戰場”，使參戰雙方同處其中，根據虛擬環境中的各種情況及其變化，“調兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習。四是進行指揮員訓練。利用虛擬現實技術，根據偵察情報資料合成出戰場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美國海軍開發的“虛擬艦艇作戰指揮中心”就能逼真地摸擬與真的艦艇作戰指揮中心幾乎完全相似的環境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓軍官沉浸于“真實的”戰場之上。
當然，虛擬現實還是一門年輕的科學技術，尚存在不少有待解決的問題。例如，在計算機生成的虛擬環境中，操作者每次轉動頭部，計算機必須更新三維圖像，由于更新的數據太大，以致計算機還無法完成實時運算。這就造成了系統滯后。再如，美空軍的虛擬現實模擬器產生的視覺運動信號與人的感覺之間也存在差異，容易引起頭痛、眩暈等。
但不管怎樣，虛擬現實技術畢竟開辟了富有發展潛力的新領域，它會隨著時間的推移日臻完善，在軍事領域的應用將會越來越廣泛，發揮的作用也將會越來越大。
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文章來源：中國投影網
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