虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

摘 要：什么是VR（Virtual Reality）技術(shù)呢？其具體內(nèi)涵是：綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺(jué)的技術(shù)。也就是說(shuō)，它可以模擬人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。

關(guān)鍵詞：虛擬境界；沉浸；交互

該技術(shù)的提出在20世紀(jì)80年代，目前市面上出現(xiàn)了VR眼鏡和頭盔，可以讓你屏幕上的視頻達(dá)到3D效果，手機(jī)里的游戲?qū)⒘Ⅲw地呈現(xiàn)在你的眼睛里。但VR技術(shù)不僅僅用于此，它還可以在其他領(lǐng)域做出更大的貢獻(xiàn)。首先它最大的價(jià)值就是讓眼見(jiàn)為實(shí)變成眼見(jiàn)為虛，從某種意義上來(lái)說(shuō)，VR滿足了人們懶惰、膽怯的心理弱點(diǎn)，所以VR技術(shù)可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域大大投入使用。這主要是指心理健康治療和醫(yī)學(xué)培訓(xùn)。

VR最大的特點(diǎn)是環(huán)境虛擬，從而使得環(huán)境產(chǎn)生心理作用。普遍的心理治療方法是通過(guò)在治療過(guò)程中去引導(dǎo)患者回憶或者想象場(chǎng)景，類似我們平常所說(shuō)的催眠，以此來(lái)達(dá)到治療的目的。但是這種方式的缺點(diǎn)是醫(yī)生很難把控患者的想象力以及事件還原度，所以治療效果很難評(píng)估。VR的好處在于它能夠讓這種環(huán)境場(chǎng)景變得可視化和可控化。因此在心理治療領(lǐng)域，比如說(shuō)強(qiáng)迫癥、憂郁癥、妄想癥、創(chuàng)傷應(yīng)急、障礙癥、恐懼癥、自閉癥、恐高癥、公開(kāi)演講恐懼癥、密集恐懼癥等都可以通過(guò)VR技術(shù)的環(huán)境再現(xiàn)以達(dá)到治療的目的。再比如說(shuō)，焦慮癥、注意力缺陷以及精神分裂癥也可以通過(guò)VR來(lái)虛擬特定的人或是特效來(lái)改善相關(guān)的一些癥狀。在現(xiàn)實(shí)中，已經(jīng)有成功的案例。在美國(guó)的德克薩斯州，有一個(gè)叫達(dá)拉斯的教授創(chuàng)建了一個(gè)培訓(xùn)項(xiàng)目——幫助自閉癥兒童學(xué)習(xí)社會(huì)技能。這個(gè)項(xiàng)目利用大腦成像和腦電波監(jiān)測(cè)技術(shù)，用虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)小孩子常見(jiàn)的學(xué)習(xí)、社交、工作方面的情形，幫助他們了解社會(huì)狀況，使他們的情感表達(dá)更具社會(huì)認(rèn)可，能更好地融入社會(huì)。通過(guò)讓這些參與測(cè)試的兒童進(jìn)行腦部掃描，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)VR培訓(xùn)后這些自閉癥孩子對(duì)社會(huì)的理解能力有所提高，從而得出結(jié)論，VR技術(shù)對(duì)于自閉癥孩子是有一定幫助的。

VR跟治療相關(guān)的第二個(gè)點(diǎn)是跟視覺(jué)相關(guān)的。VR本身是直接作用于人的視覺(jué)，視覺(jué)治療方案與VR技術(shù)很容易匹配。VR在治療眼部的疾病，比如兒童的斜視、近視以及立體視力的缺陷上有很好的效果。另外，燒傷后的疼痛管理。對(duì)于需要打麻醉來(lái)止痛的患者而言，醫(yī)生希望通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)來(lái)分散患者的注意力，幫助他們處理疼痛。美國(guó)的華盛頓大學(xué)就推出了一款虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲，叫做snow awards。這個(gè)游戲虛擬了南極洲的冰雪環(huán)境，患者可以與企鵝進(jìn)行互動(dòng)，也可以聽(tīng)音樂(lè)，通過(guò)環(huán)境來(lái)抑制疼痛感，阻礙大腦中的通路，以此減輕治療過(guò)程中的疼痛。而美國(guó)軍方對(duì)爆炸燒傷的士兵也做過(guò)測(cè)試，用分散注意力的方式來(lái)止痛效果甚至好于嗎啡。再比如說(shuō)，幻肢癥對(duì)于截肢患者來(lái)說(shuō)是一個(gè)常見(jiàn)的醫(yī)療問(wèn)題，很多人因?yàn)闆](méi)有手臂，會(huì)感覺(jué)自己一直緊握拳頭無(wú)法放松。以前都是用鏡像的治療方法來(lái)解決幻肢的問(wèn)題，也就是讓患者看見(jiàn)自己健康的鏡像，這樣有可能使大腦與真實(shí)的幻肢運(yùn)動(dòng)同步，從而去緩解疼痛。去年，《神經(jīng)科學(xué)》發(fā)表的研究報(bào)告顯示，游戲中，患者使用虛擬肢體來(lái)完成一些任務(wù)就能夠幫助他們獲得一定的控制力和學(xué)習(xí)能力，從而達(dá)到減輕幻肢疼痛的目的。

最后可能的治療領(lǐng)域是生理治療。如運(yùn)動(dòng)損傷或腦部中風(fēng)后的康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)的過(guò)程是枯燥無(wú)聊且不容易被監(jiān)督和評(píng)估的，而虛擬現(xiàn)實(shí)可以讓康復(fù)變得更有趣，也能更好的讓醫(yī)生去評(píng)估康復(fù)的結(jié)果。例如：微軟的體感游戲Kinect。

VR技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中也應(yīng)有著卓越的作用。在土木工程中交流中，最主要難度在于對(duì)平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規(guī)定的符號(hào)表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精煉的語(yǔ)言來(lái)描述復(fù)雜的場(chǎng)景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理與傳遞方式受到接受者所從事的職業(yè)、知識(shí)結(jié)構(gòu)及理解能力的影響，會(huì)使得交流變得困難。VR技術(shù)的發(fā)展可以克服這一困難提供有效的手段。用虛擬現(xiàn)實(shí)既能表示真實(shí)的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實(shí)世界時(shí)，可以突破物理空間和時(shí)間的約束，做到“超越現(xiàn)實(shí)”，以達(dá)突破的想象；在表示虛擬世界時(shí)，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達(dá)到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、交互作用的三維信息空間”。其次，在虛擬施工過(guò)程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中也很有幫助。在實(shí)際工程施工中，前者難點(diǎn)關(guān)鍵在施工現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備間的空間關(guān)系的表達(dá)；后者在于施工結(jié)構(gòu)在施工狀態(tài)和荷載下變形大于就位以后或結(jié)構(gòu)成型以后。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計(jì)指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在虛擬環(huán)境中可以建立周圍場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備等的三維CAD模型，形成基于計(jì)算機(jī)的具有一定功能的方針系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動(dòng)態(tài)性能，并對(duì)系統(tǒng)的模型進(jìn)行虛擬裝配，根據(jù)裝配結(jié)果，對(duì)實(shí)際的施工方案進(jìn)行修改。因?yàn)槭┕み^(guò)程中涉及的因素很多，所考慮的不夠，則會(huì)使施工進(jìn)度、成本等受到影響，甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。而利用VR技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行更可視化的設(shè)計(jì)以及選料等，可以保證施工方案最優(yōu)化。

要使得VR技術(shù)可以在醫(yī)療與土木工程領(lǐng)域方面成熟，首先主要在硬件方面突破，包括VR眼鏡、輸入輸出等。而且在健康領(lǐng)域的運(yùn)用，還得依賴醫(yī)療專家的臨床驗(yàn)證；在土木工程領(lǐng)域，也應(yīng)開(kāi)發(fā)有價(jià)值的虛擬現(xiàn)實(shí)工程系統(tǒng)。

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