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四、關(guān)鍵技術(shù) 根據上述應用前景，我們認為，建立一個(gè)完善實(shí)用的航天仿真虛擬現實(shí)系統，需要在以下四個(gè)方面取得突破：
1.系統硬件如前所述，VR 技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是通過(guò)仿真為被試提供一個(gè)虛構的但能反映對象變化的環(huán)境，這需要大量的數據處理。一般來(lái)說(shuō)，人腦檢測延遲的閾值約10ｍｓ，所以VR系統要求的延遲應低于10ｍｓ。因為延遲越長(cháng)，系統越不逼真，延遲過(guò)長(cháng)甚至產(chǎn)生負效應（如運動(dòng)?。?。另外，使用多邊形越多，視景效果越真實(shí)，但是增加多邊形，會(huì )使其延遲時(shí)間拉長(cháng)。這樣，視景生成對計算機硬件的速度要求更高。從目前技術(shù)看，要實(shí)現低于10ｍｓ的延時(shí)，處理器速度需達到90ＭＩｐｓ（每秒百萬(wàn)條指令）。達到這一性能甚至更高一些是可能的，但成本昂貴。此外，為了得到高質(zhì)量的圖像，頭盔顯示器必須有50～100萬(wàn)個(gè)像素，因此，應著(zhù)力研究分辨率高、體積小的顯示器，以滿(mǎn)足系統需要。
2.環(huán)境生成工具構造虛擬現實(shí)環(huán)境要通過(guò)環(huán)境生成工具來(lái)實(shí)現。 計算機圖像處理中智能性圖形特征分析與推理及圖形模塊相互作用和處理，是虛擬現實(shí)技術(shù)的一個(gè)首要環(huán)節。目前這種環(huán)境生成工具專(zhuān)用性很強，尚不具有通用性。
3.三維圖像處理技術(shù)虛擬系統的視景環(huán)境由計算機通過(guò)三維圖像處理用立體圖像方式表現出來(lái)，同時(shí)根據研究要求和約束條件，完成實(shí)驗所用的三維顯示界面。它是根據數學(xué)和視覺(jué)原理用小多邊形構造出來(lái)的。據估計，建立載人航天器和它的對接機構形狀、再入狀態(tài)與著(zhù)陸場(chǎng)等逼真的虛擬環(huán)境，需要的圖像生成速度為8000萬(wàn)個(gè)多邊形/秒。這就要有專(zhuān)門(mén)的數學(xué)模型和仿真軟件， 而這正是三維圖像處理的主要內容。
4.系統性能評價(jià)建立的航天仿真VR系統是否實(shí)用， 其中一個(gè)重要的評價(jià)指標是逼真度（即與所研究對象的吻合程度）?，F有的評價(jià)方法包括兩個(gè)方面：一是對系統進(jìn)行測試，將結果與所研究對象的實(shí)際參數或數據進(jìn)行比較；二是對仿真模型進(jìn)行主觀(guān)定性評價(jià)。對于VR系統，目前尚無(wú)有效手段客觀(guān)評價(jià)其逼真度，多是依據主觀(guān)定性評價(jià)。因此，發(fā)展客觀(guān)檢測方法進(jìn)行評價(jià)也是亟待解決的重要問(wèn)題。
五、幾點(diǎn)看法 1.虛擬現實(shí)技術(shù)與現有仿真的區別在于， 被試不再是坐在現實(shí)世界中通過(guò)人機界面去觀(guān)察分析研究對象的參數，而是沉浸到由計算機創(chuàng )造的一種虛擬世界之中，在這里面如同真實(shí)世界一樣與周?chē)奶摂M環(huán)境事物進(jìn)行交互作用。因此，針對航天仿真技術(shù)的特點(diǎn)，建立虛擬系統，不但設備相對簡(jiǎn)單、投資少，而且可以真實(shí)地模擬空間效應，進(jìn)而可作訓練器，所以它是今后研究中值得推廣和應用的技術(shù)。
2.從整體水平看，國內在VR研究方面剛剛起步，與國外相比，存在很大差距。為此，我們應充分跟蹤美國航宇局和歐空局在載人航天仿真研究中的VR動(dòng)態(tài)，在可行的基礎上建立一套虛擬現實(shí)仿真系統。另外，在設計視景軟件時(shí)，應與國際仿真軟件的發(fā)展趨勢接軌。
3.ＶＲ系統畢竟是一種虛擬化的事物,不同于真實(shí)世界。因此,如何平衡被試的心理負荷,避免操作失誤以及焦慮、緊張等狀態(tài)，讓其將VR 技術(shù)真正作為一項實(shí)用的研究工具，提高工作效率，擺脫不必要的心理負擔，這也是航天仿真虛擬現實(shí)技術(shù)應用中必不可少的一門(mén)課題。
4.建立航天仿真用虛擬現實(shí)系統， 主要的硬件如圖像生成計算機和頭盔顯示器等，由于技術(shù)發(fā)展速度很快，估計用不了幾年時(shí)間它們的性能就難以滿(mǎn)足研究要求了。為此我們應重點(diǎn)研究人-虛擬世界之間高速交互作用等問(wèn)題。 www.space.cetin.net.cn |
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