虛擬現(xiàn)實(shí)

簡(jiǎn)介

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)，顧名思義，就是虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合。從理論上來(lái)講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號(hào)，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過(guò)三維模型表現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)檫@些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來(lái)的現(xiàn)實(shí)中的世界，故稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)。 

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受到了越來(lái)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(jué)；同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)具有一切人類(lèi)所擁有的感知功能，比如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)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(guò)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(ài)。

特征

1、沉浸性

沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的特征，就是讓用戶成為并感受到自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)造環(huán)境中的一部分，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性取決于用戶的感知系統(tǒng)，當(dāng)使用者感知到虛擬世界的刺激時(shí)，包括觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感知等，便會(huì)產(chǎn)生思維共鳴，造成心理沉浸，感覺(jué)如同進(jìn)入真實(shí)世界。 

2、交互性

交互性是指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度，使用者進(jìn)入虛擬空間，相應(yīng)的技術(shù)讓使用者跟環(huán)境產(chǎn)生相互作用，當(dāng)使用者進(jìn)行某種操作時(shí)，周?chē)沫h(huán)境也會(huì)做出某種反應(yīng)。如使用者接觸到虛擬空間中的物體，那么使用者手上應(yīng)該能夠感受到，若使用者對(duì)物體有所動(dòng)作，物體的位置和狀態(tài)也應(yīng)改變。 

3、多感知性

多感知性表示計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)該擁有很多感知方式，比如聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)、嗅覺(jué)等等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。 

4、構(gòu)想性

構(gòu)想性也稱(chēng)想象性，使用者在虛擬空間中，可以與周?chē)矬w進(jìn)行互動(dòng)，可以拓寬認(rèn)知范圍，創(chuàng)造客觀世界不存在的場(chǎng)景或不可能發(fā)生的環(huán)境。構(gòu)想可以理解為使用者進(jìn)入虛擬空間，根據(jù)自己的感覺(jué)與認(rèn)知能力吸收知識(shí)，發(fā)散拓寬思維，創(chuàng)立新的概念和環(huán)境。 

5、自主性

是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。如當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、或翻倒、或從桌面落到地面等。 

關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。 

2、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實(shí)時(shí)”生成。為保證實(shí)時(shí)，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。 

3、立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴(lài)于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要，力學(xué)和觸覺(jué)傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。 

4、應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達(dá)到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)工具。

5、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成技術(shù)等。 

技術(shù)應(yīng)用

1、在影視娛樂(lè)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)

近年來(lái)，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在影視業(yè)的廣泛應(yīng)用，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為主而建立的第一現(xiàn)場(chǎng)9DVR體驗(yàn)館得以實(shí)現(xiàn)。第一現(xiàn)場(chǎng)9DVR體驗(yàn)館自建成以來(lái)，在影視娛樂(lè)市場(chǎng)中的影響力非常大，此體驗(yàn)館可以讓觀影者體會(huì)到置身于真實(shí)場(chǎng)景之中的感覺(jué)，讓體驗(yàn)者沉浸在影片所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境之中。同時(shí)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，此技術(shù)在游戲領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用電腦產(chǎn)生的三維虛擬空間，而三維游戲剛好是建立在此技術(shù)之上的，三維游戲幾乎包含了虛擬現(xiàn)實(shí)的全部技術(shù)，使得游戲在保持實(shí)時(shí)性和交互性的同時(shí)，也大幅提升了游戲的真實(shí)感。 [2] 

2、在教育中的應(yīng)用

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)教育發(fā)展的一種新型教育手段。傳統(tǒng)的教育只是一味的給學(xué)生灌輸知識(shí)，而現(xiàn)在利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)生打造生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生通過(guò)真實(shí)感受來(lái)增強(qiáng)記憶，相比于被動(dòng)性灌輸，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)更容易讓學(xué)生接受，這種方式更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，各大院校利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還建立了與學(xué)科相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)室來(lái)幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)。 [2] 

3、在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域小有成就，例如室內(nèi)設(shè)計(jì)，人們可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把室內(nèi)結(jié)構(gòu)、房屋外形通過(guò)虛擬技術(shù)表現(xiàn)出來(lái)，使之變成可以看的見(jiàn)的物體和環(huán)境。同時(shí)，在設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)師可以將自己的想法通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出來(lái)，可以在虛擬環(huán)境中預(yù)先看到室內(nèi)的實(shí)際效果，這樣既節(jié)省了時(shí)間，又降低了成本。 [2] 

4、虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)專(zhuān)家們利用計(jì)算機(jī)，在虛擬空間中模擬出人體組織和器官，讓學(xué)生在其中進(jìn)行模擬操作，并且能讓學(xué)生感受到手術(shù)刀切入人體肌肉組織、觸碰到骨頭的感覺(jué)，使學(xué)生能夠更快的掌握手術(shù)要領(lǐng)。而且，主刀醫(yī)生們?cè)谑中g(shù)前，也可以建立一個(gè)病人身體的虛擬模型，在虛擬空間中先進(jìn)行一次手術(shù)預(yù)演，這樣能夠大大提高手術(shù)的成功率，讓更多的病人得以痊愈。 [7] 

5、虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事方面的應(yīng)用

由于虛擬現(xiàn)實(shí)的立體感和真實(shí)感，在軍事方面，人們將地圖上的山川地貌、海洋湖泊等數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編寫(xiě)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能將原本平面的地圖變成一幅三維立體的地形圖，再通過(guò)全息技術(shù)將其投影出來(lái)，這更有助于進(jìn)行軍事演習(xí)等訓(xùn)練，提高我國(guó)的綜合國(guó)力。 [7] 

除此之外，現(xiàn)在的戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器都朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，無(wú)人機(jī)便是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的最典型產(chǎn)物。無(wú)人機(jī)由于它的自動(dòng)化以及便利性深受各國(guó)喜愛(ài)，在戰(zhàn)士訓(xùn)練期間，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)去模擬無(wú)人機(jī)的飛行、射擊等工作模式。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，軍人也可以通過(guò)眼鏡、頭盔等機(jī)器操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行偵察和暗殺任務(wù)，減小戰(zhàn)爭(zhēng)中軍人的傷亡率。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將無(wú)人機(jī)拍攝到的場(chǎng)景立體化，降低操作難度，提高偵查效率，所以無(wú)人機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展刻不容緩。 [7] 

6、虛擬現(xiàn)實(shí)在航空航天方面的應(yīng)用

由于航空航天是一項(xiàng)耗資巨大，非常繁瑣的工程，所以，人們利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)模擬，在虛擬空間中重現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)中的航天飛機(jī)與飛行環(huán)境，使飛行員在虛擬空間中進(jìn)行飛行訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)操作，極大地降低了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)系數(shù)。