虚拟现实技术简介

虚假现实技术虚假现实（简称VR），又称灵境技术，是以沉醉性、交互性和构思性为基本特点的计算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行办理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，令人能够沉醉在计算机生成的虚假境地中，并能够经过语言、手势等自然的方式与之进行及时交互，创立了一种适人化的多维信息空间。使用者不只能够经过虚假现实系统感觉到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的传神性，并且能够打破空间、时间以及其余客观限制，感觉到真切世界中没法亲自经历的体验。VR技术拥有超越现实的虚假性。虚假现实系统的核心设施仍旧是计算机。它的一个主要功能是生成虚假境地的图形，故此又称为图形工作站。目前在此领域应用最宽泛的是SGI、SUN等生产厂商生产的专用工作站，但近来鉴于Intel奔跑Ⅲ（Ⅳ代）代芯片的和图形加快卡的微机图形工作站性能价钱比优异，有可能异军盛行。图像显示设施是用于产生立体视觉见效的重点外设，目前常有的产品包含光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。此中高档的头盔显示器在障蔽现实世界的同时，供给高分辨率、大视场角的虚假场景，并带有立体声耳机，能够令人产生激烈的吞没感。其余外设主要用于实现与虚假现实的交互功能，包含数据手套、三维鼠标、运动追踪器、力反应装置、语音鉴识与合成系统等等。虚假现实技术的应用远景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求，但近来几年来，虚假现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们的生活。虚假与现实两词拥有互相矛盾的含义，把这两个词放在一同，忧如没存心义，可是科学技术的发展却恩赐了它新的含义。虚假现实的明确立义不太好说，按最早提出虚假现实见解的学者J.Laniar的说法，虚假现实，又称设想现实，意味着“用电子计算机合成的人工世界”。此后能够清楚地看到，这个领域与计算机有着不能够分其余亲密关系，信息科学是合成虚假现实的基本前提。生成虚假现实需要解决以下三个主要问题：1/6①以假乱真的存在技术。即，如何合成对察看者的感官器官来说与实质存在相一致的输入信息，也就是如何能够产生与现实环境相同的视觉，触觉，嗅觉等。②互相作用。察看者如何踊跃和能动地操作虚假现实，以实现不一样样的视点状况和更高层次的感觉信息。实质上也就是怎么能够看得更像，听得更真等等。③自律性现实。感觉者如何在不意识到自己动作、行为的条件下获得绘声绘色的现实感。在这里，察看者、传感器、计算机仿真系统与显示系统组成了一个互相作用的闭环流程。虚假现实是多种技术的综合，其重点技术和研究内容包含以下几个方面：1、环境建模技术即虚假环境的成立，目的是获得实质三维环境的三维数据，并依据应用的需要，利用获得的三维数据成立相应的虚假环境模型。2、立体声合成和立体显示技术在虚假现实系统中除去声音的方向与用户头部运动的有关性，同时在复杂的场景中及时生成立体图形。3、触觉反应技术在虚假现实系统中让用户能够直接操作虚假物体并感觉到虚假物体的反作使劲，进而产生身临其境的感觉。4、交互技术虚假现实中的人机交互远远高出了键盘和鼠标的传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设施，三维交互技术与语音鉴识、语音输入技术成为重要的人机交互手段。5、系统集成技术2/6因为虚假现实系统中包含大批的感知信息和模型，所以系统的集成技术为重中之重：包含信息同步技术、模型标定技术、数据变换技术、鉴识和合成技术等等。虚假现实是在计算机中结构出一个形象传神的模型。人与该模型能够进行交互，并产生与真切世界中相同的反应信息，令人们获得和真切世界中相同的感觉。当人们需要结构目前不存在的环境（合理虚假现实）、人类不能够能达到的环境（夸张虚假现实）或结构纯粹虚假的环境（空幻虚假现实）以代替需要耗费巨大的真切环境时，就能够利用虚假现实技术。为了实现和在真切世界中相同的感觉，就需要有能实现各种感觉的技术。人在真切世界中是经过眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官来实现视觉、触觉（力觉）、嗅觉等功能的。人们经过视觉观看到色彩斑斓的外面环境，经过听觉感知丰富多彩的音响世界，经过触觉认识物体的形状和特点，经过嗅觉知道四周的气味。总之，经过各种各种的感觉，使我们能够同客观真切世界交互（沟通），使我们浸沉于和真切世界相同的环境中。在这里，实现听觉最为简单；实现视觉是最基本的也是必不能够少的和最常用的；实现触觉只有在某些状况下需要，此刻正在圆满；实现嗅觉还刚刚开始。人从外界获得的信息，有80%—90%来自视觉。所以在虚假环境中，实现和真切环境中相同的视觉感觉，关于获得传神感、浸沉感至为重要。在虚假现实中和平时图像显示不一样样的是，要求显示的图像要随察看者眼睛地点的变化而变化。其余，要求能迅速生成图像以获和及时感。比方，制作动画时不要务及时，为了保证质量每幅画面需要多长时间生成不受限制。而虚假现及时生成的画面平时为30帧/秒。有了这样的图像生成能力，再配以适合的音响见效，就能够令人有身临其境的感觉。能够供给视觉和听觉见效的虚假现实系统，已被用于各种各种的仿真系统中。城市规划中，这样的系统正发挥着巨大作用。比方，很多城市都有自己的近期、中期和远景规划。在规划中需要考虑各个建筑同四周环境能否友好相容，新建筑能否同四周的原有的建筑协调，免得造成建筑物建成后，才发现它破坏了城市原有风格和合理布局。这样的仿真系统还可用以保护文物、重现古3/6建筑。把难得的文物用虚假现实技术显现出来供人观光，有益于保护真切的古文物。山东曲阜的孔子博物院就是这么做的。它把大成殿也制成模型，观众经过计算机即可阅读到大成殿几十根镂空雕琢的盘龙大石柱，还能够绕到大成殿后边旅行。用虚假现实技术成立起来的水库和江河湖泊仿真系统，更能令人如数家珍。比方成立起三峡水库模型后，即可在水库建成以前，直观地看到建成后的壮观状况。蓄水后将最初吞没哪些乡村和农田，哪些文物将被吞没，这样能主动及时解决问题。假如成立了某地域防汛仿真系统，就能够模拟水位抵达戒备线时哪些堤段会出现险情，万一发生决堤将吞没哪些地域。这对制定应急方案有莫大的帮助。虚假现实的宽泛用途，把计算机应用提升到一个崭新的水平，其作用和意义不言而喻。其余，还可从更高的层次上来对待其作用和意义。一是在见解上，从“以计算机为主体”变为“以人为主体”。二是在哲学上令人进一步认识“虚”和“实”之间的关系。过去的人机界面（人同计算机的沟通）要求人去适应计算机，而使用虚假现实技术后，人能够不企图识到自己在同计算机打交道，而能够像在平时环境中办理事情相同同计算机沟通。这就把人从操作计算机的复杂工作中解放出来。在信息技术日趋复杂、用途日趋宽泛的今日，这充发散挥信息技术的潜力拥有重要的意义。虚和实的关系是一个古老的哲学命题。我们是处于真切的客观世界中，仍是只处于自己感觉世界中，向来是唯物论和唯心论辩辩的焦点。以视觉为例，我们所看到的全部，可是是视网膜上的影像。过去，视网膜上的影像都是真切世界的反应，所以客观的真切世界同主观的感觉世界是一致的。此刻，虚假现实以致了二重性，虚假现实的光景对人感官来说是实实在在的存在，但它又的确实确是虚假的东西。可是，依据虚假东西行事，常常又会得出正确的结果。所以就引起了哲学上要从头认识“虚”和“实”之间关系的课题。4/6早在20世纪70年月便开始将虚假现适用于培训宇航员。因为这是一种省钱、安全、有效的培训方法，此刻已被推行到各行各业的培训中。目前，虚假现实已被推行到不一样样领域中，获得宽泛应用。在科技开发上，虚假现实可缩短开发周期，减少开销。比方克莱斯勒企业1998年初便利用虚假现实技术，在设计某两种新式车上获得打破，初次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完满省略了中间的试生产。由于利用了优异的虚假现实技术，使克莱斯勒防范了1500项设计差错，节俭了8个月的开发时间和8000万美元开销。利用虚假现实技术还能够进行汽车触犯试验，不用使用真的汽车即可显示出不一样样条件下的触犯结果。在虚假现实技术已经和理论分析、科学实验一同，成为人类研究客观世界规律的三大手段。用它来设计新资料，能够开初认识改变为分对资料性能的影响。在资料还没有制造出来以前便知道用这种资料制造出来的部件在不一样样受力状况下是如何破坏的。商业上，虚假现实常被用于销售。比方建筑工程招标时，把设计的方案用虚假现实技术表现出来，即可把业主带入未来的建筑物里观光，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装修等，都能够感同身受。它相同可用于旅行景点以及功能众多、用途多样的商品销售。因为用虚假现实技术显现这种商品的魅力，比单用文字或图片宣传更为有吸引力。医疗上，虚假现实应用大概上有两类。一是虚假人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更简单认识人体的结构和功能。另一是虚假手术系统，可用于指导手术的进行。军事上，利用虚假现实技术模拟战争过程已成为最初进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。也是因为虚假现实技术达到很高水平，所以只管不进行核试验，也能精益求精核武器。战争实验室在查验预约方案用于实战方面也能起巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地域各种自然环境和伊拉克军队的各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。此后实质作战的发展和模拟实验结果相当一致。5/6娱乐上，应用是虚假现实最广阔的用途。英国销售的一种滑雪模拟器。使用者身穿滑雪服、脚踩滑雪板、手拄滑雪棍、头上载着头盔显示器，手脚上都装着传感器。固然在斗室里，只需做着各种各种的滑雪动作，即可经过头盔式显示器，看到堆满皑皑白雪的巅峰、峡谷、绝壁陡壁，一一从身旁掠过，其状况就和在滑雪场里进行真的滑雪所感觉的相同。此刻，虚假现实技术不只创立出虚假场景，并且还创立出虚假主持人、虚假歌星、虚假演员。日本电视台推出的歌星DiKi，不只歌声迷人并且风范翩翩，引得无数歌迷纷繁倾倒，很多追星族欲亲睹其芳容，迫使电视台只能说明她可是是虚假的歌星。美国迪斯尼企业还准备推出虚假演员。这将使“演员”艺术青春常在、活力永