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| 什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？ |
更新時(shí)間：2007-10-30
16:56:34 （ 編輯：映君 ）
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內(nèi)容導(dǎo)航：
什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？
虛擬現(xiàn)實(shí)的定義之一:
虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)與用戶之間的一種更為理想化的人-機(jī)界面形式。通常用戶頭戴一個(gè)頭盔（用來(lái)顯示立體圖象的頭式顯示器）或者采用大屏幕立體投影，手持傳感手套，仿佛置身于一個(gè)幻覺(jué)世界中，在虛擬環(huán)境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有三個(gè)重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)潛在的應(yīng)用范圍很廣，諸如國(guó)防、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如建筑設(shè)計(jì)師可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向客戶提供三維虛擬模型，而外科醫(yī)生還可以在三維虛擬的病人身上試行一種新的外科手術(shù)。
虛擬現(xiàn)實(shí)的定義：
虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，其發(fā)展也是日新月異。簡(jiǎn)單地說(shuō)，VR技術(shù)就是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一種人們可以通過(guò)視聽(tīng)觸嗅等手段所感受到的虛擬幻境，故VR技術(shù)又稱幻境或靈境技術(shù)。1992年，在法國(guó)召開了與VR技術(shù)相關(guān)的名為“真實(shí)與虛擬世界的界面”的國(guó)際會(huì)議，同年在美國(guó)的San Diego（圣迭戈），一批以醫(yī)學(xué)專家為主的科學(xué)家組織召開了名為“醫(yī)學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”的學(xué)術(shù)會(huì)議。1993年，IEEE在Seattle（西雅圖）召開了第一屆虛擬現(xiàn)實(shí)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，會(huì)議吸引了大批科技工作者，發(fā)表了大量有價(jià)值的論文。不久，IEEE的刊物Spectrum也組織了有關(guān)專集。在國(guó)內(nèi)科技界，VR技術(shù)正逐漸受到人們重視。
虛擬現(xiàn)實(shí)是一門集成了人與信息的科學(xué)。其核心是由一些三維的交互式計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境組成。這些環(huán)境可以是真實(shí)的，也可以是想象的世界模型，其目的是通過(guò)人工合成的經(jīng)歷來(lái)表示信息。有了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，復(fù)雜或抽象系統(tǒng)的概念的形成可以通過(guò)將系統(tǒng)的各子部件以某種方式表示成具有確切含義的符號(hào)而成為可能。虛擬現(xiàn)實(shí)是融合了許多人的因素，且放大了它對(duì)個(gè)人感覺(jué)影響的工程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是建立在集成諸多學(xué)科如心理學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、電子學(xué)、機(jī)器人及多媒體技術(shù)等之上的。
虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)具有以下三個(gè)方面的含義。首先VR是通過(guò)計(jì)算機(jī)生成一個(gè)非常逼真的足以“迷惑”我們?nèi)祟愐曈X(jué)的虛幻的世界。這種“迷惑”是多方面的，我們不僅可以看到而且可以聽(tīng)到、觸到及嗅到這個(gè)虛擬世界中所發(fā)生的一切。這種感覺(jué)是如此的真實(shí)，以至于我們能全方位地浸沒(méi)在這個(gè)虛幻的世界中，這就是VR的首要功能，即浸沒(méi)感（Immersion）或臨場(chǎng)參與感。一般來(lái)說(shuō)，虛擬系統(tǒng)的輸出設(shè)備應(yīng)盡可能面向使用者的感覺(jué)器官以保證良好的浸沒(méi)感，如頭盔式顯示器（HMD），它將使用者的聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)功能完全置于虛擬的環(huán)境之中并切斷了所有外界信息。使用者在虛擬的環(huán)境漫游可以通過(guò)跟蹤使用者的頭及身體的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成，與虛擬物體的接觸通過(guò)戴在手上的傳感裝置檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是一個(gè)開放的環(huán)境，它可以對(duì)使用者的輸入（如手勢(shì)，語(yǔ)言命令）作出響應(yīng)。比如你可以拿起一虛擬的火炬并打開其開關(guān)，你一推操縱桿，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虛擬的手感觸到虛擬物體存在，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過(guò)控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個(gè)特征，即交互性（Interaction）。
虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)媒體，一個(gè)高級(jí)用戶界面，它是為解決工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問(wèn)題而由開發(fā)者設(shè)計(jì)出來(lái)的應(yīng)用軟件，它以夸大的形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如當(dāng)在蓋一座現(xiàn)代化的大廈之前，你首先要做的事是對(duì)這座大廈的結(jié)構(gòu)做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計(jì)許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂。正如這些圖紙反映的是設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，虛擬現(xiàn)實(shí)同樣反映的是某個(gè)設(shè)計(jì)者的思想，只不過(guò)它的功能遠(yuǎn)比那些呆板的圖紙生動(dòng)，強(qiáng)大的多。所以國(guó)外有些學(xué)者稱VR為放大人們心靈的工具，或人工現(xiàn)實(shí)（artifical reality）。這是VR所具有的第三類特征，即思想性（Imagation）。
綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們可以通過(guò)視聽(tīng)觸等信息通道感受到設(shè)計(jì)者思想的高級(jí)用戶界面
虛擬現(xiàn)實(shí)的定義之二：
虛擬現(xiàn)實(shí)的英文名稱是 "Virtual Reality", 簡(jiǎn)寫為 "VR", 又由錢學(xué)森院士翻譯為“靈境”。
Virtual的英文本意是表現(xiàn)上具有真實(shí)事物的某些屬性，但本質(zhì)上是虛幻的。Reality的英文 本義是 "真實(shí)"而不是 "現(xiàn)實(shí)"。我想應(yīng)該注意這一點(diǎn)，不過(guò)既然 "虛擬現(xiàn)實(shí)"的名稱已經(jīng)在 中國(guó)廣泛應(yīng)用，也就不改正它了。
從這個(gè)名字可以看出，它英文本義是＂真實(shí)世界的一個(gè)映像＂(a image of real world)，而不 僅僅只是一個(gè)下面的狹義定義中的人機(jī)界面而已。
本文將虛擬現(xiàn)實(shí)的定義分為狹義和廣義兩種。
狹義的定義
即為一種人機(jī)界面(人機(jī)交互方式)，曾建超等 “虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用 ”書中所定義的。在這種情況下， 可以稱之為“自然人機(jī)界面”，在此環(huán)境中，用戶 看到的是全彩色主體景象，聽(tīng)到的是虛擬環(huán)境中的音響，手（或）腳可以感受到虛擬環(huán)境反饋給他的作用力，由此使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。亦即人以與感受真實(shí)世界一樣的（自然的）方式來(lái)感受計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，具有和相應(yīng)真實(shí)世界里一樣的感覺(jué)。這里，計(jì)算機(jī)世界既可以是超越我們所處時(shí)空之外的虛構(gòu)環(huán)境，也可以是一種對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的仿真(強(qiáng)調(diào)是由計(jì)算機(jī)生成的，能讓人有身臨其境感覺(jué)的虛擬圖形界面)。
為此，我們須造出人可感受的各種感覺(jué)，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué) ……，并讓人以自然的方式（類似與真實(shí)世界中方式的）感知到。而且必須提供手段讓人以 "自然"的方式來(lái)操作。 比如說(shuō)，使操作者在虛擬環(huán)境下產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)中相一致的身臨其境的視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)效果。同時(shí)通過(guò)視、聽(tīng)、手的動(dòng)作參與虛擬環(huán)境中事物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面還很不和諧。多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的出現(xiàn)增強(qiáng)了我們實(shí)現(xiàn)和諧 的人機(jī)環(huán)境的信心。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷史，也可以說(shuō)是一個(gè)信息環(huán)境多維化的歷史。創(chuàng)建多維信息環(huán)境、突破數(shù)字及文字的單維表現(xiàn)力的局限，這是人類的共同追求，也是全世界的文化、藝術(shù)和科技工作者代代相繼的奮斗目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人們世世代代所追求的人機(jī)和諧的信息處理環(huán)境的繼續(xù)。只有在計(jì)算機(jī)及其它科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，這樣的信息處理環(huán)境才能夠被實(shí)現(xiàn)。
這項(xiàng)技術(shù)可以使人與信息處理環(huán)境的關(guān)系變得比以往更為密切與和諧，它還能使由它構(gòu)成的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境變得比以往更為強(qiáng)大與靈巧。
這樣，有了一個(gè)自然的、充分的、和真實(shí)硬件很好關(guān)聯(lián)的信息處理系統(tǒng)，人們的工作生活都會(huì)變得方便得多。因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，所以它可以滲透到我們工作和生活的每個(gè)角落，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的意義是非常大的。正因?yàn)槿绱耍推渌芏嘈畔?技術(shù)一樣，當(dāng)信息技術(shù)領(lǐng)域的專家還未把它的理論和技術(shù)探討得十分清楚時(shí)，它已滲透到科學(xué)、技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、文化、娛樂(lè)的各個(gè)領(lǐng)域了，受到各個(gè)領(lǐng)域人們的極大注意。
為了與下面的廣義定義相分離，我們大多時(shí)候干脆稱之為 "VR界面＂。
在視覺(jué)上，三維代表著未來(lái)。三維操作會(huì)使更多的人理解計(jì)算機(jī)。
注∶在本文中，主要涉及視覺(jué)，其次會(huì)考慮到一些聽(tīng)覺(jué)效果。對(duì)其它的感覺(jué)，這里不考慮。 對(duì)特殊的輸入方法，如位置跟蹤，數(shù)據(jù)手套，在大多數(shù)軟件開發(fā)中不需用到。事實(shí)上，在現(xiàn)在的通用游戲（指 不對(duì)用戶的硬件設(shè)備提過(guò)多要求的，占游戲軟件的主體）中 ，也只需要考慮視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。所用的特殊輸入設(shè)備，最多是三維鼠標(biāo)。
廣義的定義
即為對(duì)虛擬想象（三維可視化的）或真實(shí)三維世界的模擬（Simulation)。這就不僅僅 是一種界面了，主要的部分是內(nèi)部的模擬。界面用虛擬現(xiàn)實(shí)式的界面。
對(duì)某個(gè)特定環(huán)境真實(shí)再現(xiàn)后，用戶通過(guò)接受和響應(yīng)模擬環(huán)境的各種感官刺激，與其中虛擬的人及事物進(jìn)行行為和思想等等的交流，使用戶有身臨其境的感覺(jué)。值得注意的是，其中的那些虛擬的人可能是由其他真實(shí)的人控制的，是他們的代表。
注意這個(gè)真實(shí)世界指的是三維圖形世界。
如果不限定真實(shí)三維世界(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等等都是三維的)，甚至可以說(shuō)，那些沒(méi)有三維圖形的世界，但模擬了真實(shí)世界的某些特征的，如網(wǎng)絡(luò)上的聊天室，MUD (網(wǎng)絡(luò)角色)扮演游戲等等，都可以稱作虛擬世界，虛擬現(xiàn)實(shí)。事實(shí)上，CyperSpace的概念出來(lái)時(shí)并沒(méi)有限定非得是三維的。
本文為了區(qū)分起見(jiàn)，那些非三維的世界只稱為是 "虛擬世界"，但不稱為 "虛擬現(xiàn)實(shí)"。 即CyperSpace在我這兒的定義中，并不等同與Virtual Reality。
這樣，虛擬現(xiàn)實(shí)可以稱作＂三維的由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界＂。若涉及界面的話， 則稱之為＂具VR界面的由計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬世界＂。而虛擬世界的定義，也就成了 "與人有參與感、可與之交互的非真實(shí)的世界"，這種世界并不一定是由計(jì)算機(jī)生成的， 人的參與感也不一定要強(qiáng)到象虛擬現(xiàn)實(shí)的那樣強(qiáng)的沉浸感。
比起虛擬世界來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)只是多了三維這個(gè)特征。所以它們之間相當(dāng)相當(dāng)多的技術(shù)可以互相借用。這樣，由于非虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬世界已經(jīng)很多，所以虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)建可以有更好的現(xiàn)成概念和技術(shù)基礎(chǔ)。
這樣所有真實(shí)及虛構(gòu)的世界，只要可能的話，都可以搬進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)中。由計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的虛擬現(xiàn)實(shí)不再只是存在于單個(gè)人的腦中，而是大家都可以參與進(jìn)來(lái)的。不再是完全受用戶控制，而是含有它自身規(guī)則的因素來(lái)運(yùn)行的。 虛擬想象世界可以是真實(shí)中永遠(yuǎn)不可能存在的空間，比如說(shuō)股票變化的空間。但也是三維 的，你用對(duì)付類似與真實(shí)世界中類似物體方法去操作，比如說(shuō)可以用雙手把一個(gè)三維的股票統(tǒng)計(jì)柱搬動(dòng)之類。這樣就極大地輔助了人們的想象力、思考潛力。VR能夠通過(guò)模擬人 們所熟悉的東西來(lái)傳達(dá)人們所未知的東西，例如，它可以用一個(gè)以虛擬輪廓表示的3D建筑物，來(lái)描述倉(cāng)儲(chǔ)式銷售活動(dòng)。三維空間使我們能夠?qū)⒕薮蟮拿挚臻g──例如WEB本身─ ─形象化。
VR的吸引力，不僅在于它是高技術(shù)，它能提高我們的工作效率或幫助我們?nèi)ネ瓿梢郧白霾坏降氖虑椋凰乃囆g(shù)魅力也是不可忽視的。從這方面來(lái)說(shuō)，虛擬的世界不需要十分逼真， 在某些情況下應(yīng)該給想象力留有余地。有些不太真實(shí)的事情或表現(xiàn)方法能夠喚起我們的想象力和形象化思維。例如，有人將股票市場(chǎng)的信息用不同顏色的小片來(lái)表示，某種股票小片的閃爍表示有可能通過(guò)買進(jìn)買出而獲利。也有人將股票表示成田間的小麥等。這些藝術(shù)上的創(chuàng)造可能有助于我們進(jìn)行三維和二維的交叉思維
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