簡析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtual realitv，VR），又稱靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。VR綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢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問。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)問以及其他客觀限制，感受到真實(shí)世界中兀法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

1.VR技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

日前的VR僅僅是應(yīng)用在視頻和游戲領(lǐng)域，但是VR的涉及行業(yè)非常廣泛，如醫(yī)學(xué)、娛樂、軍事、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)、地理、教育等。

（1）醫(yī)療

VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助跟蹤球、HMD、感覺手套，學(xué)生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)有教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在基于兩個(gè)SGI工作站上建立了一個(gè)虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手，術(shù)臺與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。但該系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)，如需提高環(huán)境的真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時(shí)培訓(xùn)多個(gè)使用者，或可在異地專家的指導(dǎo)下工作等。

在醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行“尸體”解剖和各種手術(shù)練習(xí)。用這項(xiàng)技術(shù)，由于不受標(biāo)本、場地等的限制，所以培訓(xùn)費(fèi)用大大降低。一些用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、實(shí)習(xí)和研究的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，仿真程度非常高，其優(yōu)越性和效果是不可估量的。例如，導(dǎo)管插入動脈的模擬器，可以使學(xué)生反復(fù)實(shí)踐導(dǎo)管插人動脈時(shí)的操作；眼睛手術(shù)模擬器，根據(jù)人眼的前眼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，并帶有實(shí)時(shí)的觸覺反饋，學(xué)生利用它可以模擬移去品狀體的全過程，并觀察到眼睛前部結(jié)構(gòu)的血管、虹膜和鞏膜組織及角膜的透明度等。還有麻醉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、口腔手術(shù)模擬器等。

外科醫(yī)生在真正動手術(shù)之前，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助，能在}刊j器上重復(fù)地模擬手術(shù)，移動人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的汁劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)結(jié)果預(yù)測及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都能發(fā)揮十分重要的作用。

（2）娛樂

十富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對VR的真實(shí)感要求不是太高，所以近些年來VR在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開放了世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統(tǒng)，其主題是關(guān)于一場未來戰(zhàn)爭；英國開發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感；1992年制作的一套稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計(jì)算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強(qiáng)了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度VR產(chǎn)品獎。另外，在家庭娛樂方面VR也展示出了很好的前景。

作為傳輸顯示信息的媒體，VR在未來藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)（如油畫、雕刻等）轉(zhuǎn)化為動態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。另外，VR提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力，如一個(gè)虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手腳不便的人或遠(yuǎn)在外地的人可以去虛擬的音樂廳欣賞音樂會。

（3）室內(nèi)設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)工具。它以視覺形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對房屋的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定最化，你還需要設(shè)計(jì)許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的所見即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時(shí)間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用。

2.VR有哪些特點(diǎn)

（1）沉浸感

最好的VR設(shè)備是你帶上頭盔后感覺和現(xiàn)實(shí)生活一樣。無論你是前后移動還是旋轉(zhuǎn)視角，看到的圖像在經(jīng)過底層算法優(yōu)化和渲染后都是實(shí)時(shí)且逼真的這種體驗(yàn)從視覺上欺騙你的大腦，配合著其他的感官交互，你完全感覺不到自己處在虛擬世界當(dāng)中。

（2）交互性

交互性就是通過硬件和軟件設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互，包括用戶對虛擬環(huán)境中對象的可操作程度和從虛擬環(huán)境中得到反饋的自然程度。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，用戶將從過去只能通過鍵盤、鼠標(biāo)與計(jì)算環(huán)境中的單維數(shù)字信息交互，升級為用多種傳感器（H艮球識別、語音、手勢乃至腦電波）與多維信息的環(huán)境交互，逐漸與真實(shí)世界中的交互相同。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)之桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)地界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察3600范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時(shí)參與者缺少完全的沉浸，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但是成本也相對低，應(yīng)用比較廣泛。常見的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)、MUD等。

（4）高級虛擬現(xiàn)實(shí)

高級虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其他設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸人設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、仝心投人和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。