數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中虛擬交互的應(yīng)用與研究

張華書，周旋，劉連哲，李曉猛

（華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074）

0 引言

在虛擬交互技術(shù)中，虛擬交互往往是用來(lái)形容各具特色的應(yīng)用手段（應(yīng)用程序），這種手段通常能使操作執(zhí)行者身臨其境，這種應(yīng)用具有高度可視化、可聽(tīng)化、可觸化的3D 環(huán)境。CAD 及其衍生軟件、圖形硬件加速器、4D影院、數(shù)據(jù)庫(kù)手套等已研發(fā)出來(lái)的技術(shù)為虛擬交互技術(shù)的普及做出了良好的鋪墊。數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中的虛擬交互技術(shù)將被集成到日常生活和活動(dòng)中，將被用在人類的各種生活方式里；這項(xiàng)技術(shù)將發(fā)展到影響涉及人的行為、人際溝通和認(rèn)知。隨著人類投入更多的時(shí)間在虛擬空間中，將產(chǎn)生一個(gè)漸進(jìn)的“遷移到虛擬空間”的經(jīng)濟(jì)學(xué)、世界觀和文化的重要變化［1］。但就目前實(shí)際情況來(lái)講，在現(xiàn)有的技術(shù)層面上還很難形成一個(gè)高度逼真的虛擬交互環(huán)境，這些限制主要來(lái)自計(jì)算機(jī)處理能力及數(shù)字化陳展表達(dá)手段中硬件的不足。

1 數(shù)字化展示設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中的人機(jī)自然交互與虛擬感知技術(shù)中將運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的特征與情感、知覺(jué)相互支配；并且能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)匹配的精度，降低了視覺(jué)特征搜索的空間，提高了聽(tīng)覺(jué)空間的靈敏度，增強(qiáng)了觸覺(jué)觸碰時(shí)逼真感。隨著科研經(jīng)費(fèi)的增加、科研能力的提升，運(yùn)算處理器、數(shù)據(jù)通信、圖形處理以及展示手段等技術(shù)將會(huì)變得更加快速精準(zhǔn)，并且具有可控制的成本效益，未來(lái)的數(shù)字化展示中，將會(huì)使展示產(chǎn)品更具智能化并且顯示更突出的數(shù)字特征。將網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化陳展相結(jié)合使得生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)在虛擬交互這一媒介下協(xié)調(diào)運(yùn)作。將原本一維單調(diào)的操作范圍升級(jí)為多維立體的處理空間。

一個(gè)正式的數(shù)字化展品應(yīng)獨(dú)立于應(yīng)用程序域，設(shè)計(jì)模式允許定義計(jì)算機(jī)的支持而且不缺乏可讀性，完全融于可重復(fù)可擦除的應(yīng)用程序，在硬件不改變的情況下能夠使用多種不同功能的應(yīng)用程序，使得數(shù)字化展品多樣化形成可循環(huán)利用且具有多主題的交互系統(tǒng)。

數(shù)字化給陳展帶來(lái)了異于傳統(tǒng)思維模式的嶄新創(chuàng)作、展示方式。不管當(dāng)今的展示設(shè)計(jì)趨勢(shì)往什么方向邁進(jìn)，先進(jìn)技術(shù)總是起到?jīng)Q定性作用的因子，其中虛擬交互技術(shù)便是推動(dòng)展示設(shè)計(jì)發(fā)展高新技術(shù)手段的強(qiáng)力燃料。任何一項(xiàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)都只有轉(zhuǎn)化為功能性的產(chǎn)品，以產(chǎn)品的社會(huì)功效促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從而使先進(jìn)科學(xué)技術(shù)又循環(huán)作用于新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。新的技術(shù)席卷而來(lái)將把工程師武裝起來(lái)，使工程師們能夠真正的優(yōu)化產(chǎn)品。數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中虛擬交互絕對(duì)是這一波新技術(shù)浪潮中毋庸置疑的高潮。

2 虛擬交互技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代化的展示環(huán)境下，需要提供自然的交換方式，同時(shí)由于受數(shù)據(jù)的復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)資源、數(shù)據(jù)傳遞速度等因素的影響，為保證交互內(nèi)容的精確度與實(shí)時(shí)性，需要一種簡(jiǎn)單易開(kāi)發(fā)的獨(dú)立開(kāi)發(fā)框架，使得數(shù)字化展示系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性以及通用性，系統(tǒng)與設(shè)備配置相得益彰。數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中虛擬交換的設(shè)計(jì)流程如圖1。

通過(guò)使用整合虛擬現(xiàn)實(shí)和認(rèn)知任務(wù)，能夠提高空間的交互式應(yīng)用程序定向性能。例如在已開(kāi)發(fā)的虛擬交互應(yīng)用程序TOUCH（Telehealth Outreach for Unified Community Health）［2］在醫(yī)學(xué)教育中加強(qiáng)學(xué)習(xí)耦合創(chuàng)新與先進(jìn)技術(shù)，高性能計(jì)算和下一代互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境（Virtual Reality Environments），人工智能和體驗(yàn)主動(dòng)學(xué)習(xí)方法。虛擬交互技術(shù)已被用于教育和培訓(xùn)，讓學(xué)習(xí)者在犯錯(cuò)誤的情況下安全替代現(xiàn)實(shí)實(shí)踐情況，從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，以后避免相同情況，從而得到提升與深層次的理解。

數(shù)字陳展與虛擬交互技術(shù)將虛擬團(tuán)隊(duì)成員聚集在一起，與距離無(wú)關(guān)，作為虛擬互動(dòng)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、工作、訓(xùn)練，為績(jī)效考核和資格認(rèn)證提供了一個(gè)平臺(tái)。進(jìn)一步驗(yàn)證其確定的潛在價(jià)值，提高知識(shí)轉(zhuǎn)移的分布式VRE 未來(lái)表現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化展示設(shè)計(jì)中的虛擬交互技術(shù)的運(yùn)用，使人們獲得分析問(wèn)題的三大益處：認(rèn)知的成就（cognitive achievements）、觀點(diǎn)采擇（perspective-taking）以及邏輯論證（logicargumentation）。該技術(shù)的使用從多層次多角度分析及模擬現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，給換位思考理論提供了一個(gè)同等機(jī)會(huì)平臺(tái)，共享不同觀點(diǎn)。

［1］CASTRANOVA E.Exodus to the Virtual World:How online fun is changing reality［M］.New York:Palgrave Macmillan,2007.

［2］ALVERSON D C,SAIKI S M Jr,JACOBS J,et al.Distributed interactive virtual environments for collaborative experiential learning and training independent of distance over Internet2［J］.Stud Health Techno Inform，2004，98:7-12.

［3］HUOPANIEMI J.Virtual acoustics and 3-D sound in multimedia signal processing［D］.Helsinki：Helsinki University of Technology，1999.

［4］徐世同，莊嚴(yán)，梁爽.運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬學(xué)習(xí)情境應(yīng)用研究［C］//“高教強(qiáng)省”探索與實(shí)踐——高教科研2008.哈爾濱：黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)，2009.

［5］劉浩.數(shù)字城市三維重現(xiàn)展示系統(tǒng)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2004（2）：119.

［6］李曉玲，陸長(zhǎng)德，李小麗.基于網(wǎng)絡(luò)的交互式虛擬展示技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43（3）：90-92.

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