虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)

秦慶卓

(東北大學(xué) 遼寧 沈陽 110000)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受到了越來越多人的認(rèn)可，用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)世界體驗(yàn)到最真實(shí)的感受，其模擬環(huán)境的真實(shí)性與現(xiàn)實(shí)世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺；同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統(tǒng)；最后，它具有超強(qiáng)的仿真系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實(shí)的反饋。正是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛

VR“3I”特征：

沉浸感(Immersion)：視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺。

交互性(Interaction)：人機(jī)交互、人與自然的交互。

想象性(Imagination)：體現(xiàn)設(shè)計(jì)者思想。

一、沉浸感(Immersion)

沉浸感，是人對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造和顯示出來的虛擬環(huán)境的感覺和認(rèn)識(shí)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心概念之一。這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺,這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸感(Immersion)或臨場參與感。

在公元前5世紀(jì)，一位名叫希羅多德的古希臘歷史學(xué)家，寫了一個(gè)關(guān)于古時(shí)遭受了可怕的饑荒的呂底亞人他們的游戲起源和發(fā)明的故事。為了抵饑餓感，他們打算讓市民們在第一天吃食物，這樣第二天他們就可以深深的沉浸于扔骰子的游戲中，如此這樣，他們將不會(huì)感受到饑餓并且不想吃任何食物。他們打算一直這樣直到饑荒結(jié)束。這不僅是骰子游戲的起源，而且提到了他們因?yàn)槌撩杂螒蚨浫コ燥垼猿两降捏w驗(yàn)被列入為游戲的目標(biāo)。

沉浸感，作為一個(gè)概念，也同樣適用于令人感興趣的參與中，比如追隨、參與、出席和認(rèn)知的吸收中。

二、交互性(Interaction)

交互性，是一個(gè)比較廣泛的概念，運(yùn)用不同的領(lǐng)域其含義是不同的。交互性主要運(yùn)用于計(jì)算機(jī)及多媒體領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型以及傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫是不一樣的，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是一個(gè)開放、互動(dòng)的環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個(gè)特征，即交互性(Interaction)。

操作系統(tǒng)的人機(jī)交互功能是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“友善性”的一個(gè)重要因素。人機(jī)交互功能主要靠可輸入輸出的外部設(shè)備和相應(yīng)的軟件來完成?？晒┤藱C(jī)交互使用的設(shè)備主要有鍵盤顯示、鼠標(biāo)、各種模式識(shí)別設(shè)備等。與這些設(shè)備相應(yīng)的軟件就是操作系統(tǒng)提供人機(jī)交互功能的部分。人機(jī)交互部分的主要作用是控制有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和理解并執(zhí)行通過人機(jī)交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。早期的人機(jī)交互設(shè)施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統(tǒng)接到命令后立即執(zhí)行并將結(jié)果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，。

三、想象性(Imagination)

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)計(jì)工具。它以視覺形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如當(dāng)在蓋一座現(xiàn)代化的大廈之前，你首先要做的事是對(duì)這座大廈的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(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)沙盤的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。這是VR所具有的第三類特征，即想象性(Imagination)。

四、VR硬件及交互設(shè)備

一個(gè)典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)、三維顯示設(shè)備、三維控制設(shè)備以及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成?？臻g數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)為虛擬環(huán)境建立空間模型；三維顯示設(shè)備、三維控制設(shè)備同屬于三維交互設(shè)備，設(shè)計(jì)和制造出性能優(yōu)越的三維交互設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

實(shí)戰(zhàn)演習(xí)訓(xùn)練系統(tǒng)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造