虛擬現(xiàn)實(shí)VR與現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)的火熱發(fā)展

張宇+宋國(guó)棟+郭建祿

摘 要：信息化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，人們開(kāi)始對(duì)新的領(lǐng)域進(jìn)一步的探索，虛擬現(xiàn)實(shí)VR在近年來(lái)發(fā)展火熱，開(kāi)始豐富人們的生活、提高人們的生活質(zhì)量，對(duì)人們的生活產(chǎn)生了重要影響。研究VR技術(shù)不僅僅可以滿足人們對(duì)新的領(lǐng)域的探索，而且能夠達(dá)到促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的目的。VR步入人們的生活從此不用出門就可以享受現(xiàn)實(shí)中的由人工塑造的虛擬世界，身臨其中。

關(guān)鍵詞：VR；AR；應(yīng)用前景

1 虛擬現(xiàn)實(shí)VR概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是20世紀(jì)90年代初崛起的一種實(shí)用技術(shù)。VR技術(shù)指借助計(jì)算機(jī)以及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段，其核心是建模與仿真。它是一種能夠讓現(xiàn)實(shí)中的人在計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬信息世界中體驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)世界同樣的事和物。它具有多感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性的基本特征。這種虛擬技術(shù)集合了計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)、現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)等的多種科學(xué)技術(shù)。它能夠模擬出人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等的感官功能。使人們?cè)谟?jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬世界中通過(guò)語(yǔ)言、動(dòng)作等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，可以說(shuō)這種技術(shù)的發(fā)展前景是非常廣闊的，無(wú)論是生活上還是軍事上都有非常廣泛的發(fā)展前景。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征以及涉及的相關(guān)技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

（1）多感知性的特征，是指視、力、觸、運(yùn)動(dòng)、味、嗅等感知系統(tǒng)，從人類理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，是希望能夠完全的模擬出現(xiàn)實(shí)中所有的感知，如在VR營(yíng)造的環(huán)境中聞到各種味道、能夠有觸碰里面事物的感覺(jué)等，如同人在現(xiàn)實(shí)中一樣，但因目前的技術(shù)掌握和傳感技術(shù)的限制，僅僅只能模擬出一部分。

（2）沉浸性又稱浸沒(méi)感或臨場(chǎng)感、存在感等，具體是指人以第一人稱存在于虛擬世界中的真實(shí)體驗(yàn)。當(dāng)然，以目前技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到最理想的程度。

（3）交互性就是指人在虛擬世界中，能夠像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣，可以通過(guò)對(duì)一些物體的抓取、使用等動(dòng)作，感覺(jué)到所觸碰的物體的重量、形狀、色澤等一些人與物體之間的互動(dòng)信息。

（4）構(gòu)想性，即將所想的物件、所做的事情在虛擬世界里面呈現(xiàn)出來(lái)，這樣做能達(dá)到什么樣的效果，那樣做又能達(dá)到什么樣的效果，甚至還可以把在現(xiàn)實(shí)世界不可能存在的事和物都可以在虛擬世界中構(gòu)想出來(lái)。

2.2 VR技術(shù)中涉及的相關(guān)技術(shù)-軟件

（1）立體視覺(jué)現(xiàn)實(shí)技術(shù)：人通過(guò)視覺(jué)所獲取到的信息是人本身所有感覺(jué)中最多的一種感官，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中立體顯示技術(shù)占有不可或缺的重要地位。

（2）環(huán)境構(gòu)建技術(shù)：在虛擬世界中，構(gòu)件環(huán)境是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，要營(yíng)造一個(gè)區(qū)域的環(huán)境，首先就要?jiǎng)?chuàng)造環(huán)境或建筑模塊，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)時(shí)描繪、立體顯示，從而形成一個(gè)虛擬的區(qū)域環(huán)境。

（3）真實(shí)感實(shí)時(shí)描繪技術(shù)：要在虛擬世界中實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界相同的事物，僅靠立體顯示技術(shù)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬世界中必須存在真實(shí)感和實(shí)時(shí)感，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)物體的重量、質(zhì)量、色澤、相對(duì)位置、遮擋關(guān)系等的技術(shù)。

（4）虛擬世界聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：在虛擬世界中雖然視覺(jué)是獲取信息的重要途徑之一，除了視覺(jué)還有很多感官系統(tǒng)可以獲取到周圍的信息。如聽(tīng)覺(jué)，這種技術(shù)就是在虛擬世界中實(shí)現(xiàn)聲音，這樣人在虛擬世界里不僅能夠看得到也能聽(tīng)得到。

2.3 VR技術(shù)涉及的相關(guān)技術(shù)-硬件

（1）輸入設(shè)備。與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的硬件輸入設(shè)備分成兩大類：一是基于自然的交互設(shè)備，用于虛擬世界的信息輸入；另一種是三維定位跟蹤設(shè)備，主要用于輸入設(shè)備在虛擬世界中的位置進(jìn)行判定，并輸送到虛擬世界當(dāng)中。

虛擬世界與人實(shí)現(xiàn)自然交互的形式有很多，比如有數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維控制器、三維掃描儀等。

數(shù)據(jù)手套是一種多模式的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件，通過(guò)軟件編程，可進(jìn)行虛擬場(chǎng)景中物體的抓取、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場(chǎng)景漫游的工具。數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段，目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測(cè)出手指的彎曲度，并利用磁定位傳感器來(lái)精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結(jié)合手指彎曲度測(cè)試和空間定位測(cè)試的數(shù)據(jù)手套被稱為“真實(shí)手套”，可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段。

數(shù)據(jù)衣是為了讓VR系統(tǒng)識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的輸入裝置。數(shù)據(jù)衣對(duì)人體大約50多個(gè)不同的關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、身體的運(yùn)動(dòng)信息被計(jì)算機(jī)識(shí)別。通過(guò)BOOM顯示器和數(shù)據(jù)手套與虛擬現(xiàn)實(shí)交互數(shù)據(jù)衣。

（2）輸出設(shè)備。人在虛擬世界中要體現(xiàn)沉浸的感覺(jué)，就必須實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的多種感受，如視、聽(tīng)、觸、力、嗅、味等感官感覺(jué)，只不過(guò)以目前的虛擬技術(shù)只實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)罷了。

（3）VR構(gòu)成設(shè)備。虛擬現(xiàn)實(shí)世界的構(gòu)成，主要的設(shè)備就是計(jì)算機(jī)本身了，虛擬世界的所有景象都是靠一個(gè)個(gè)模型造成的，而這些模型則是由計(jì)算機(jī)制作出來(lái)的。一般計(jì)算機(jī)被劃分成四個(gè)部分：第一，高配置的個(gè)人計(jì)算機(jī)，專門用于普通的圖形配置加速卡，實(shí)現(xiàn)于VR技術(shù)中的桌面式特征；第二，高性能圖形工作站，就是一臺(tái)高配置的圖形處理計(jì)算機(jī)；第三，高度并行系統(tǒng)計(jì)算機(jī)；第四，分布式虛擬實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)。

3 VR技術(shù)的應(yīng)用范圍

VR技術(shù)從誕生到現(xiàn)今已經(jīng)歷了幾個(gè)年代，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，如醫(yī)學(xué)方面，可以提供給醫(yī)生進(jìn)行模擬手術(shù)，這樣大大提高了現(xiàn)實(shí)中手術(shù)成功的概率。如游戲方面，近年來(lái)游戲中的VR如朝陽(yáng)一樣如火如荼的發(fā)展，游戲者在游戲中體驗(yàn)著VR技術(shù)帶來(lái)的身臨其境與敵人面對(duì)面進(jìn)行廝殺的快感。如建筑方面，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將建筑的形式以真實(shí)的角度展現(xiàn)在投資方、設(shè)計(jì)方、施工方以及后期的物業(yè)管理和更高層次的政府，這把之前的二維平面表達(dá)方式或者動(dòng)畫表現(xiàn)方式進(jìn)行了升級(jí)，使用者可以全方位的感受建筑的空間、尺度和材質(zhì)，這對(duì)非設(shè)計(jì)人員參與到設(shè)計(jì)當(dāng)中很有幫助，這使得我們未來(lái)的建筑將綜合更多因素，更加合理化，還有軍事、科技、商業(yè)、建筑、生活等。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)極具潛力的研究項(xiàng)目，是未來(lái)的重要技術(shù)之一。它在理論、軟件或者硬件的領(lǐng)域上都依賴著很多技術(shù)，當(dāng)然其中也有較多的技術(shù)只實(shí)現(xiàn)了理論，硬件方面還是有待完善的。不過(guò)可以遇見(jiàn)，在未來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)絕對(duì)會(huì)被廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李袁.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，19（36）：3-5.

[2] 陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，劉天湖.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J].中國(guó)科技論文.

[3] 胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009：24-27.