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走进“虚拟现实技术”迷宫
2010年4月26日    评论:    分享:

     来源:中国公众科技网

     作者:杨俊欣

 

      虚拟现实或称灵境技术,实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。

 

  虚拟现实或称灵境技术,实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔式显示器(HMD )、数据手套等辅助传感设备,提供用户一个观测虚拟世界并与该虚拟世界交互的三维界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化,产生沉浸感,因而虚拟现实 被誉为人机接口技术的一场深刻革命。它同时具有沉浸性、交互性和构想性。研究和开发虚拟现实 技术的根本目的旨在扩展人类的认知与感知能力,建立和谐的人机环境,利用虚拟现实 技术的手段,突破现有技术手段的局限,最终达到更本质地反映客观世界的实质。从某种意义上说,虚拟现实 技术是仿真技术的高级发展与突破,虚拟现实技术最适合于系统仿真,是仿真技术的发展方向。

 

  虚拟现实技术是系统仿真中新兴技术之一。它实际上是一种采用计算机技术制作仿真的假想世界的技术,它采用计算机产生一个被仿真世界的动态、三维视觉环境,使操作者产生一种身临其境的感觉。采用此项新技术,参与者使用硬件,如键盘、数据手套、鼠标器、跟踪球、操纵杆、空间球、超声波头部跟踪器、头盔式显示器、立体护目镜、音响、耳机、语音识别数据服以获得所需的感知,来体验计算机世界境况。

 

  构成虚拟现实的关键技术

 

  虚拟现实系统是一种由计算机局部或全部生成的多维虚拟感觉环境,给参与者产生各种感官信息,如视觉、听觉、手感、触感、味觉及嗅觉等,使参与者有身临其境的感觉,能体验、接受并认识客观世界中的客观事物。虚拟现实 环境系统包括建模、控制及媒体数据源三大部分。三维立体显示是其中一项必不可缺少的关键设备,它是系统向用户输出反馈信息的主要手段。虚拟现实系统可由如下各部分构成:高性能计算机系统、虚拟环境生成器、计算机网络、三维视景图像生成及立体显示系统、立体音响生成与扬声系统、力反馈触觉系统、人体的姿势、头、眼、手位置的跟踪测量系统、人机接口界面、各种数据库(地形地貌、地理信息、图像纹理、气动数据、武器性能参数、导航数据、气象数据、背景干扰及通用模型等)软件支撑环境。

 

  与传统的信息系统相比,虚拟现实系统属于一种新型多维化人机和谐的信息系统。在此种虚拟现实 系统内,人们感受到的最突出的特点是其沉浸性、交互性和构想性。为实现这种新型的信息处理系统,当然要解决众多技术难题,并且人们对沉浸性、交互性和构想性的需求日趋增高。根据现有的认识,为实现这一目标,至少应重点提高如下3 项关键技术的问题。

 

  1 提高“身临其境”的沉浸感

 

  虚拟现实的沉浸性是使人具有逼真感之根本。要逼真地模拟视觉功能,在很大程度上是依赖于虚拟现实 技术的图象处理和理解能力,图象处理的质量愈高,图象处理的速度愈快,图象识别的能力愈强,系统的理解能力愈完善,系统的视觉沉浸感便愈佳。

 

2.开发高性能的传感器。

 

虚拟现实的交互性是达到人机和谐之关键,其性能优劣在很大程度上取决于计算机相连的高性能传感器及其相应的软件。

 

  3.研制高性能的计算机

 

  虚拟现实的构想性是辅助人类进行创造性思维的基础。高性能计算机是构建虚拟现实 系统的“基石”,是对多维信息进行处理的“加工厂”,是实现各种软硬设各的集成及控制人机协调一致的“工作平台”。未来虚拟现实技术的发展必将会对计算机的性能提出更高的要求,主要是如下3 个方面:网络技术、信息压缩与数据融合和系统集成技术。

 

  ( 1)网络技术。从计算机技术的角度分析未来的虚拟现实 系统的特点,它将是一个交互、分布、实时和多维化信息的处理系统。故一个能简便地进行交互存取的分布式多维化信息网络便成为实现虚拟现实 系统之关键技术。随着虚拟现实 技术在网络上的推厂与应用,数以亿万计的人们进入未来的网络,世界将变得愈来愈小,而人类的感知与认知能力将变得愈来愈强。

 

  ( 2)信息压缩与数据融合技术。为使虚拟现实 系统能实时地处理大量的多维化信息,一方面应尽量提高计算机的处理速度;另一方面亦应研究出更高效的信息压缩与数据融合的算法和技术。在虚拟现实 系统中所进行观测活动状况下的图象处理,是基于交互作用的图象处理。故虚拟现实系统对图象处理便提出了更高的要求,不能将全部负担都压在计算机的硬件性能上,而应把研究新型、高效的数据压缩算法及研制专用数据压缩芯片作为关键技术予以突破。

 

  ( 3)系统集成技术。在虚拟现实系统中存在由各种传感器所输出的数字和樟拟信息.它们有用声、图、文的形式表示,也有用视觉、听觉、力感、触感、味觉、嗅觉的方式表达。在虚拟现实 系统中存在着虚拟和真实的环境,在该环境中有虚拟的对象和真实的人。如何将这些多维化信息、来自虚拟和真实对象的信息进行综合集成,使之协调一致,是一项十分重要的关键技术,主要是靠虚拟现实 系统中的核心即虚拟环境生成器来完成。随着计算机技术,尤其是多媒体技术的迅猛发展,攻防对抗虚拟现实中的人工干预技术也必须得到长足的发展。通过计算机的文字、图形、图像、声音、视频及动画等多媒体的输入输出,将使攻防对抗虚拟现实中的人工干预更为逼真、形象、自然,产生身临其境的效果。如可通过动画的方式与虚拟现实进程同步展示战场的推演态势,通过语言、文字等形式提示参与者进行人工干预;参与者可借助语言形式向计算机发布命令,亦可通过触模屏模拟发射按钮的操作过程,对计算机进行人工干预等。由此可见,多媒体与虚拟现实 的集成技术在攻防对抗中的广泛应用,亦是人工干预技术的发展方向。

标签:虚拟现实
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