淺談虛擬現(xiàn)實的發(fā)展與展望

李沁儀

摘 要：虛擬現(xiàn)實作為一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景與實體行為的系統(tǒng)仿真。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了論述，并對其技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用作了展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；技術(shù)發(fā)展；應(yīng)用前景

隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該技術(shù)作為一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景與實體行為的系統(tǒng)仿真?？赏ㄟ^多種傳感器，可以讓用戶進(jìn)入虛擬空間，從而來感知和操作虛擬空間中的對象，讓人獲得自然真實的感受。仿真系統(tǒng)作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的一個重要的方向，該系統(tǒng)融計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳感等多種技術(shù)于一身，是一個重點應(yīng)用的領(lǐng)域。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最新發(fā)展

目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR，Virtual Reality）發(fā)展較快，其最新的技術(shù)具有三個明顯基本特征：想象、交互和沉浸。由于VR在不同領(lǐng)域應(yīng)用時軟硬件的不同，其基本特征是各有不同和偏重。想象是指VR技術(shù)有廣闊的發(fā)展想象模擬空間，能拓展我們的認(rèn)識范圍，可把真實的環(huán)境再現(xiàn)，還能設(shè)想一個客觀不存在的環(huán)境；沉浸就是指臨場的感覺，VR可以給用戶提供真實的虛擬環(huán)境，讓用戶在心理和生理上具有與現(xiàn)實同樣的感覺；交互是指用戶能實時對虛擬空間的對象進(jìn)行操作和反饋。其中多感知交互是VR的核心。

VR技術(shù)主要由VR引擎與計算機(jī)硬件組成，它由傳感器及集成設(shè)備、物理交互空間、顯示、渲染等幾個基本模塊組成。主要工作原理是：使用者在物理交互空間通過傳感器及其集成設(shè)備和計算機(jī)硬件與VR引擎產(chǎn)生交互，把多個傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理成為融合信息，再通過行為解釋器產(chǎn)生動作數(shù)據(jù)與用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互，把來自虛擬環(huán)境的配置與狀態(tài)再反饋回傳感器。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)在一般分為桌面式、沉浸式、增強(qiáng)式與分布式四種主要模式。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件的發(fā)展對系統(tǒng)的發(fā)展作用巨大，許多人將其稱為“頭盔式顯示器”“數(shù)據(jù)手套”等，其硬件技術(shù)隨著計算機(jī)技術(shù)的調(diào)整計算和傳輸技術(shù)的發(fā)展，使虛擬交互產(chǎn)生更逼真的體驗。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展與其軟件發(fā)展是相輔相成的，隨著軟件的發(fā)展，其功能更加強(qiáng)大，交互的實時性更強(qiáng)。

二、虛擬現(xiàn)實的最新應(yīng)用

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各行各業(yè)被廣泛應(yīng)用，比如，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域、仿真、醫(yī)學(xué)、教育和計算機(jī)技術(shù)等方面，徹底改變了傳統(tǒng)觀念中的人機(jī)交互模式。現(xiàn)舉例如下：

1.VR技術(shù)在軍事上的應(yīng)用。運(yùn)用VR技術(shù)能提高作戰(zhàn)指揮決策水平，提高軍事訓(xùn)練質(zhì)量，節(jié)約軍事訓(xùn)練費用，縮短武器裝備的研制時間。如，為了讓士兵適應(yīng)山地作戰(zhàn)，可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實把人帶入山地，讓士兵身臨其境地感受山地作戰(zhàn)的艱苦。

2.VR技術(shù)在工業(yè)仿真上的應(yīng)用。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對各種設(shè)計模型進(jìn)行動態(tài)性能分析，以便對產(chǎn)品的設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，利用這種技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品模擬實驗，替代了傳統(tǒng)的實物樣機(jī)進(jìn)行試驗，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，能提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量，并且VR技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的科研中廣泛使用，比如，我們大家熟知的波音777客機(jī)就是成功利用VR技術(shù)開發(fā)出來的產(chǎn)品。我國許多高校在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用上有成功的實例。

3.VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。VR技術(shù)在虛擬實驗室、虛擬手術(shù)解剖等方面有廣泛應(yīng)用。VR技術(shù)用于虛擬解剖能高度逼真地再現(xiàn)人體解剖的場景，而不用考慮成本、也不必?fù)?dān)心倫理問題。VR用于虛擬醫(yī)學(xué)實驗室，就能讓學(xué)生真實掌握實驗的原理與步驟方法，能對危害性較大的實驗進(jìn)行虛擬實驗等。VR還可以用于醫(yī)生的手術(shù)模擬訓(xùn)練，可用于對實驗現(xiàn)場進(jìn)行觀察和多次重復(fù)操作，而在傳統(tǒng)動物手術(shù)實驗中，每一個動物實驗不能重復(fù)進(jìn)行，運(yùn)用VR技術(shù)就能多次重復(fù)此類實驗。

三、虛擬現(xiàn)實的展望

近幾年，隨著高性能計算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，有效地解決了虛擬現(xiàn)實環(huán)境的復(fù)雜逼真的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理問題，有效解決了因計算處理慢和數(shù)據(jù)傳輸滯后給使用者造成的心理問題，從而使虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到更深入的應(yīng)用。

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展正成為今后發(fā)展的熱點；VR技術(shù)最主要的是真實感，其體現(xiàn)在視覺與聽覺上，多感知交互也是目前發(fā)展的熱點之一；體表感受、嗅覺、味覺也是VR發(fā)展進(jìn)一步研究的重要內(nèi)容；利用VR進(jìn)行仿真行為的深入研究，也是虛擬技術(shù)應(yīng)用的重點方面；利用VR技術(shù)重現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲害過程、污染過程，從源頭上杜絕污染，解決食品安全問題，也是虛擬技術(shù)應(yīng)用的重點領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然是隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的，但VR的發(fā)展又使計算機(jī)技術(shù)有了新的發(fā)展靈感，目前虛擬機(jī)、虛擬化的概念和研究也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。如，在虛擬環(huán)境下應(yīng)用的虛擬交換機(jī)、虛擬網(wǎng)絡(luò)加速設(shè)備等也在快速發(fā)展中。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在許多行業(yè)、領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，其發(fā)展速度也非常迅猛，我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)正處于起步階段，但發(fā)展勢頭很好，深入研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)對我國具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宇.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究性學(xué)習(xí)的設(shè)計與開發(fā)[D].華中師范大學(xué)，2009.

[2]牛霞.虛擬現(xiàn)實在展示設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].西北大學(xué)，2014.

編輯 趙 強(qiáng)