深入淺出說VR

　　虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。 

　　VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP會議上的《終極的顯示》報告，而Virtual Reality一詞是80年代初美國VPL公司的創建人之一Jaron Lanier提出來的。VR系統在若干領域的成功應用，導致了它在90年代的興起。虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網絡技術、并行處理技術、人工智能等高性能計算技術，而且涉及數學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關。

在虛擬環境中“作戰”

　　總的來說，實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術是VR技術的3個主要方面。實物虛化是現實世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應等關鍵技術，這些技術使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環境對用戶操作的檢測和操作數據的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術：（1）基本模型構建技術。它是應用計算機技術生成虛擬世界的基礎，它將真實世界的對象物體在相應的3D虛擬世界中重構，并根據系統需求保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時情況會有所不同，或對氣象數據進行建模生成虛擬環境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。（2）空間跟蹤技術。主要是通過頭盔顯示器、數據手套、數據衣等常用的交互設備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在3D虛擬環境中的位置和方向。（3）聲音跟蹤技術：利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等進行虛擬環境的聲音跟蹤。（4）視覺跟蹤與視點感應技術。使用從視頻攝像機到X-Y平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。 

　　虛物實化是指確保用戶從虛擬環境中獲取同真實環境中一樣或相似的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認知的關鍵技術。能否讓參與者產生沉浸感的關鍵因素除了視覺和聽覺感知外，還有用戶能否在操縱虛擬物體的同時，感受到虛擬物體的反作用力，從而產生觸覺和力覺感知。力覺感知主要由計算機通過力反饋手套、力反饋操縱桿對手指產生運動阻尼從而使用戶感受到作用力的方向和大小。觸覺反饋主要是基于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經、肌肉模擬等方法來實現的。 

　　高性能計算處理技術主要包括數據轉換和數據預處理技術；實時、逼真圖形圖像生成與顯示技術；多種聲音的合成與聲音空間化技術；多維信息數據的融合、數據壓縮以及數據庫的生成；包括命令識別、語音識別，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內的模式識別；分布式與并行計算，以及高速、大規模的遠程網絡技術。 

　　然而，不能把虛擬現實和模擬仿真混淆，兩者是有一定區別的。概括地說，虛擬現實是模擬仿真在高性能計算機系統和信息處理環境下的發展和技術拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。在構建分布式虛擬環境基礎信息平臺應用過程中，經常會有由燃燒源產生的連續變化的煙塵干擾環境能見度的計算，從而影響環境的視覺效果、仿真實體的運行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強調煙塵的準確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統著重于建立細致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 而虛擬環境中煙塵干擾下的能見度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規律，計算影響仿真結果的相關數據，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運行的虛擬現實系統中產生親臨等同真實環境的感受和體驗。

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