虛擬現實(shí)（簡(jiǎn)稱(chēng)VR），又稱(chēng)靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。他綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過(guò)語(yǔ)言、手勢等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng )建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過(guò)虛擬現實(shí)系統感受到在客觀(guān)物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀(guān)限制，感受到真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗。 VR技術(shù)具有超越現實(shí)的虛擬性。虛擬現實(shí)系統的核心設備仍然是計算機。它的一個(gè)主要功能是生成虛擬境界的圖形，故此又稱(chēng)為圖形工作站。目前在此領(lǐng)域應用最廣泛的是SGI、SUN等生產(chǎn)廠(chǎng)商生產(chǎn)的專(zhuān)用工作站，但近來(lái)基于Intel奔騰Ⅲ（Ⅳ代）代芯片的和圖形加速卡的微機圖形工作站性能價(jià)格比優(yōu)異，有可能異軍突起。圖像顯示設備是用于產(chǎn)生立體視覺(jué)效果的關(guān)鍵外設，目前常見(jiàn)的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現實(shí)世界的同時(shí)，提供高分辨率、大視場(chǎng)角的虛擬場(chǎng)景，并帶有立體聲耳機，可以使人產(chǎn)生強烈的浸沒(méi)感。其他外設主要用于實(shí)現與虛擬現實(shí)的交互功能，包括數據手套、三維鼠標、運動(dòng)跟蹤器、力反饋裝置、語(yǔ)音識別與合成系統等等。虛擬現實(shí)技術(shù)的應用前景十分廣闊。它始于軍事和航空航天領(lǐng)域的需求，但近年來(lái)，虛擬現實(shí)技術(shù)的應用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設計、教育培訓、文化娛樂(lè )等方面。它正在改變著(zhù)我們的生活。 虛擬與現實(shí)兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個(gè)詞放在一起，似乎沒(méi)有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。虛擬現實(shí)的明確定義不太好說(shuō)，按最早提出虛擬現實(shí)概念的學(xué)者J.Laniar的說(shuō)法，虛擬現實(shí)，又稱(chēng)假想現實(shí)，意味著(zhù)“用電子計算機合成的人工世界”。從此可以清楚地看到，這個(gè)領(lǐng)域與計算機有著(zhù)不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現實(shí)的基本前提。
生成虛擬現實(shí)需要解決以下三個(gè)主要問(wèn)題：
以假亂真的存在技術(shù)。即怎樣合成對觀(guān)察者的感官器官來(lái)說(shuō)與實(shí)際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現實(shí)環(huán)境一樣的視覺(jué)，觸覺(jué)，嗅覺(jué)等。
相互作用。觀(guān)察者怎樣積極和能動(dòng)地操作虛擬現實(shí)，以實(shí)現不同的視點(diǎn)景象和更高層次的感覺(jué)信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽(tīng)得更真等等。
自律性現實(shí)。感覺(jué)者如何在不意識到自己動(dòng)作、行為的條件下得到栩栩如生的現實(shí)感。在這里，觀(guān)察者、傳感器、計算機仿真系統與顯示系統構成了一個(gè)相互作用的閉環(huán)流程。
虛擬現實(shí)是多種技術(shù)的綜合，其關(guān)鍵技術(shù)和研究?jì)热莅ㄒ韵聨讉€(gè)方面：
1、環(huán)境建模技術(shù)
即虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環(huán)境模型。
2、立體聲合成和立體顯示技術(shù)
在虛擬現實(shí)系統中消除聲音的方向與用戶(hù)頭部運動(dòng)的相關(guān)性，同時(shí)在復雜的場(chǎng)景中實(shí)時(shí)生成立體圖形。
在虛擬現實(shí)系統中讓用戶(hù)能夠直接操作虛擬物體并感覺(jué)到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。
4、交互技術(shù)
虛擬現實(shí)中的人機交互遠遠超出了鍵盤(pán)和鼠標的傳統模式，利用數字頭盔、數字手套等復雜的傳感器設備，三維交互技術(shù)與語(yǔ)音識別、語(yǔ)音輸入技術(shù)成為重要的人機交互手段。
由于虛擬現實(shí)系統中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成技術(shù)為重中之重：包括信息同步技術(shù)、模型標定技術(shù)、數據轉換技術(shù)、識別和合成技術(shù)等等。 虛擬現實(shí)是在計算機中構造出一個(gè)形象逼真的模型。人與該模型可以進(jìn)行交互，并產(chǎn)生與真實(shí)世界中相同的反饋信息，使人們獲得和真實(shí)世界中一樣的感受。當人們需要構造當前不存在的環(huán)境（合理虛擬現實(shí)）、人類(lèi)不可能達到的環(huán)境（夸張虛擬現實(shí)）或構造純粹虛構的環(huán)境（虛幻虛擬現實(shí)）以取代需要耗資巨大的真實(shí)環(huán)境時(shí)，就可以利用虛擬現實(shí)技術(shù)。 為了實(shí)現和在真實(shí)世界中一樣的感覺(jué)，就需要有能實(shí)現各種感覺(jué)的技術(shù)。人在真實(shí)世界中是通過(guò)眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官來(lái)實(shí)現視覺(jué)、觸覺(jué)（力覺(jué)）、嗅覺(jué)等功能的。人們通過(guò)視覺(jué)觀(guān)看到色彩斑斕的外部環(huán)境，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)感知豐富多彩的音響世界，通過(guò)觸覺(jué)了解物體的形狀和特性，通過(guò)嗅覺(jué)知道周?chē)臍馕??？傊?，通過(guò)各種各樣的感覺(jué)，使我們能夠同客觀(guān)真實(shí)世界交互（交流），使我們浸沉于和真實(shí)世界一樣的環(huán)境中。 在這里，實(shí)現聽(tīng)覺(jué)最為容易；實(shí)現視覺(jué)是最基本的也是必不可少的和最常用的；實(shí)現觸覺(jué)只有在某些情況下需要，現在正在完善；實(shí)現嗅覺(jué)還剛剛開(kāi)始。 人從外界獲得的信息，有80%—90%來(lái)自視覺(jué)。因此在虛擬環(huán)境中，實(shí)現和真實(shí)環(huán)境中一樣的視覺(jué)感受，對于獲得逼真感、浸沉感至為重要。 在虛擬現實(shí)中和通常圖像顯示不同的是，要求顯示的圖像要隨觀(guān)察者眼睛位置的變化而變化。此外，要求能快速生成圖像以獲和實(shí)時(shí)感。例如，制作動(dòng)畫(huà)時(shí)不要求實(shí)時(shí)，為了保證質(zhì)量每幅畫(huà)面需要多長(cháng)時(shí)間生成不受限制。而虛擬現實(shí)時(shí)生成的畫(huà)面通常為30幀/秒。 有了這樣的圖像生成能力，再配以適當的音響效果，就可以使人有身臨其境的感受。 能夠提供視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)效果的虛擬現實(shí)系統，已被用于各種各樣的仿真系統中。城市規劃中，這樣的系統正發(fā)揮著(zhù)巨大作用。例如，許多城市都有自己的近期、中期和遠景規劃。在規劃中需要考慮各個(gè)建筑同周?chē)h(huán)境是否和諧相容，新建筑是否同周?chē)脑械慕ㄖf(xié)調，以免造成建筑物建成后，才發(fā)現它破壞了城市原有風(fēng)格和合理布局。 這樣的仿真系統還可用以保護文物、重現古建筑。把珍貴的文物用虛擬現實(shí)技術(shù)展現出來(lái)供人參觀(guān)，有利于保護真實(shí)的古文物。山東曲阜的孔子博物院就是這么做的。它把大成殿也制成模型，觀(guān)眾通過(guò)計算機便可瀏覽到大成殿幾十根鏤空雕刻的盤(pán)龍大石柱，還可以繞到大成殿后面游覽。 用虛擬現實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的水庫和江河湖泊仿真系統，更能使人一覽無(wú)遺。例如建立起三峽水庫模型后，便可在水庫建成之前，直觀(guān)地看到建成后的壯觀(guān)景象。蓄水后將最先淹沒(méi)哪些村莊和農田，哪些文物將被淹沒(méi)，這樣能主動(dòng)及時(shí)解決問(wèn)題。如果建立了某地區防汛仿真系統，就可以模擬水位到達警戒線(xiàn)時(shí)哪些堤段會(huì )出現險情，萬(wàn)一發(fā)生決口將淹沒(méi)哪些地區。這對制定應急預案有莫大的幫助。 虛擬現實(shí)的廣泛用途，把計算機應用提高到一個(gè)嶄新的水平，其作用和意義顯而易見(jiàn)。此外，還可從更高的層次上來(lái)看待其作用和意義。 一是在觀(guān)念上，從“以計算機為主體”變 成“以人為主體”。二是在哲學(xué)上使人進(jìn)一步認識“虛”和“實(shí)”之間的關(guān)系。 過(guò)去的人機界面（人同計算機的交流）要求人去適應計算機，而使用虛擬現實(shí)技術(shù)后，人可以不必意識到自己在同計算機打交道，而可以像在日常環(huán)境中處理事情一樣同計算機交流。這就把人從操作計算機的復雜工作中解放出來(lái)。在信息技術(shù)日益復雜、用途日益廣泛的今天，這充分發(fā)揮信息技術(shù)的潛力具有重大的意義。 虛和實(shí)的關(guān)系是一個(gè)古老的哲學(xué)命題。我們是處于真實(shí)的客觀(guān)世界中，還是只處于自己感覺(jué)世界中，一直是唯物論和唯心論爭論的焦點(diǎn)。以視覺(jué)為例，我們所看到的一切，不過(guò)是視網(wǎng)膜上的影像。過(guò)去，視網(wǎng)膜上的影像都是真實(shí)世界的反映，因此客觀(guān)的真實(shí)世界同主觀(guān)的感覺(jué)世界是一致的?，F在，虛擬現實(shí)導致了二重性，虛擬現實(shí)的景物對人感官來(lái)說(shuō)是實(shí)實(shí)在在的存在，但它又的的確確是虛構的東西?？墒?，按照虛構東西行事，往往又會(huì )得出正確的結果。因此就引發(fā)了哲學(xué)上要重新認識“虛”和“實(shí)”之間關(guān)系的課題。
早在20世紀70年代便開(kāi)始將虛擬現實(shí)用于培訓宇航員。由于這是一種省錢(qián)、安全、有效 的培訓方法，現在已被推廣到各行各業(yè)的培訓中。目前，虛擬現實(shí)已被推廣到不同領(lǐng)域中，得到廣泛應用。
虛擬現實(shí)可縮短開(kāi)發(fā)周期，減少費用。例如克萊斯勒公司1998年初便利用虛擬現實(shí)技術(shù)，在設計某兩種新型車(chē)上取得突破，首次使設計的新車(chē)直接從計算機屏幕投入生產(chǎn)線(xiàn)，也就是說(shuō)完全省略了中間的試生產(chǎn)。 由于利用了卓越的虛擬現實(shí)技術(shù)，使克萊斯勒避免了1500項設計差錯，節約了8個(gè)月的開(kāi)發(fā)時(shí)間和8000萬(wàn)美元費用。利用虛擬現實(shí)技術(shù)還可以進(jìn)行汽車(chē)沖撞試驗，不必使用真的汽車(chē)便可顯示出不同條件下的沖撞后果。 在虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗一起，成為人類(lèi)探索客觀(guān)世界規律的三大手段。用它來(lái)設計新材料，可以預先了解改變成分對材料性能的影響。在材料還沒(méi)有制造出來(lái)之前便知道用這種材料制造出來(lái)的零件在不同受力情況下是如何損壞的。
虛擬現實(shí)常被用于推銷(xiāo)。例如建筑工程投標時(shí)，把設計的方案用虛擬現實(shí)技術(shù)表現出來(lái)，便可把業(yè)主帶入未來(lái)的建筑物里參觀(guān)，如門(mén)的高度、窗戶(hù)朝向、采光多少、屋內裝飾等，都可以感同身受。它同樣可用于旅游景點(diǎn)以及功能眾多、用途多樣的商品推銷(xiāo)。因為用虛擬現實(shí)技術(shù)展現這類(lèi)商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。
虛擬現實(shí)應用大致上有兩類(lèi)。一是虛擬人體，也就是數字化人體，這樣的人體模型醫生更容易了解人體的構造和功能。另一是虛擬手術(shù)系統，可用于指導手術(shù)的進(jìn)行。 軍事上，利用虛擬現實(shí)技術(shù)模擬戰爭過(guò)程已成為最先進(jìn)的多快好省的研究戰爭、培訓指揮員的方法。也是由于虛擬現實(shí)技術(shù)達到很高水平，所以盡管不進(jìn)行核試驗，也能不斷改進(jìn)核武器。戰爭實(shí)驗室在檢驗預定方案用于實(shí)戰方面也能起巨大作用。1991年海灣戰爭開(kāi)始前，美軍便把海灣地區各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊的各種數據輸入計算機內，進(jìn)行各種作戰方案模擬后才定下初步作戰方案。后來(lái)實(shí)際作戰的發(fā)展和模擬實(shí)驗結果相當一致。
應用是虛擬現實(shí)最廣闊的用途。英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上載著(zhù)頭盔顯示器，手腳上都裝著(zhù)傳感器。雖然在斗室里，只要做著(zhù)各種各樣的滑雪動(dòng)作，便可通過(guò)頭盔式顯示器，看到堆滿(mǎn)皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁，一一從身邊掠過(guò)，其情景就和在滑雪場(chǎng)里進(jìn)行真的滑雪所感覺(jué)的一樣。
虛擬現實(shí)技術(shù)不僅創(chuàng )造出虛擬場(chǎng)景，而且還創(chuàng )造出虛擬主持人、虛擬歌星、虛擬演員。日本電視臺推出的歌星DiKi，不僅歌聲迷人而且風(fēng)采翩翩，引得無(wú)數歌迷紛紛傾倒，許多追星族欲親睹其芳容，迫使電視臺只好說(shuō)明她不過(guò)是虛擬的歌星。美國迪斯尼公司還準備推出虛擬演員。這將使“演員”藝術(shù)青春常在、活力永存。明星片酬走向天價(jià)是導致使用虛擬演員的另一個(gè)原因。虛擬演員成為電影主角后，電影將成為軟件產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分支。各軟件公司將開(kāi)發(fā)數不勝數的虛擬演員軟件供人選購。固然，在幽默和人情味上，虛擬演員在很長(cháng)一段時(shí)間內甚至永遠都無(wú)法同真演員相比，但它的確能成為優(yōu)秀演員。不久前由計算機拍成的游戲節目《古墓麗影》片中的女主角入選全球知名人物，預示著(zhù)虛擬演員時(shí)代即將來(lái)臨。
虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗一起，成為人類(lèi)探索客觀(guān)世界規律三大手段。
聯(lián)系客服
