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虚拟现实技术 一切皆有可能
2010年12月19日    评论:    分享:

     来源:第三维度

      虚拟现实技术

  这是一门新兴的学科,集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体。通常,用户通过三维立体眼镜、显示头盔或传感手套等装备,可以在计算机生成的虚拟世界中实时漫游,并通过视、听、触等直观感知沉浸于模拟环境中,好像就在那个世界中一样。它被广泛运用于医学、娱乐、教育、军事、管理工程等。

  真演员假握手
 
  英国广播公司(BBC)在欧洲首届视觉媒体产品大会上,隆重推出新的特效系统成品折纸。为了BBC的这个系统,德国和意大利的科学家联手开发了两年多。

  以前,真人出演动画片时,看起来只要对着空气比比划划就行了,其实非常麻烦,只能在后期制作中,用事先录制好的场景来替换掉背景。

  这种技术有很严重的缺陷。首先,演员看不到自己是在一个什么样的环境中,比如左边是不是有棵树,所以要和事先录制好的画面或者动画人物互动(握一下小松鼠的手),是非常难的。另外,摄像机的角度要确保刚刚好,否则演员与事先录制好的场景不吻合,就白忙了。更糟的是,导演没法直接看到结果,只能录好后再看演员的动作是否和动画场景正好合拍。折纸系统把这些规则彻底颠覆了。所有的动作都在一个电脑生成的虚拟场景里发生。

  图片:虚拟现实技术,几乎能模拟一切

  在BBC的工作室里,12台摄像机监控着表演空间,这些数据用来生成演员的虚拟三维模型。有了这个模型,电脑就能把演员放到虚拟场景的合适位置。

  然后,整个虚拟场景,包括动画人物,被投射到墙上和地板上,演员于是身临其境。如果《侏罗纪公园》以这样的方式再拍续集,演员不仅能现场看到电脑生成的恐龙,甚至推小恐龙一下,小恐龙还会后退。这是因为有个监测软件,一旦监测到演员的手碰到了虚拟的人或物,就会让虚拟形象后退,效果非常真实。

  另外在电脑屏幕上,导演能马上看到结果。如果在世界两端各有一个这样的工作室,两个相隔万里的演员可以在同一个虚拟场景里演戏,就如同身处同一个摄影棚,可以为导演省下许多路费。

  将来的电视天气预报员也可能成为受益者。现在,别看这些预报员对着云图指指点点,其实那里除了一块白板,什么都没有,所有的图都是后期合成才加上去的。所以他们得先练就一身对着空气指点风云的好功夫,而有了折纸,对着云图指点应该不是难事。

  虚拟人代替替身

  用电脑来拍电影并不新鲜,电影《终极幻想》就全是数字演员主演的。不过,这些虚拟演员最容易犯的毛病就是假。为了让他们抬一下腿,工作人员就得把动作分解,一帧画面一帧画面地生成,累得吐血,我们一看,还是觉得这腿抬得有点不自然。有组合动作时,比如抬脚的同时摆动胳膊,情况就更加复杂,电脑人物的真实性也进一步下降。

  彼得拉斯·法洛索斯的虚拟人则聪明很多,无须这么费力地分解动作,在虚拟场景里看到椅子自己会坐下,被人撞一下会倒在地上......因为它们的反应是基于物理原理,所以和我们在真实世界里的反应一样,显得自然。

  法洛索斯现在是美国加利福尼亚大学的助理教授,他的这个项目还是初级阶段,虚拟演员只是一具三维的骷髅。不过,它可以穿上衣服,变成影片里的任何一个角色。

  这具骷髅由一组被称为控制者的电脑程序控制。每个控制者都有一组虚拟感应器,在虚拟世界里时刻监测各种变量,能根据周围环境的重力、摩擦力和其他物品的撞击,决定虚拟人的下一个动作,或跑或跳。每类动作,如跑和跳,都由不同的控制者管着。

  法洛索斯和同事们还另外开发出了一种程序,让所有的控制者协调工作。举例来说,虚拟人物跑步时绊了一下,失去平衡后,管跑步的控制者就把动作移交给管俯冲和下落的控制者,于是虚拟人就摔倒了。虚拟人甚至和我们一样有本能反应,如倒下时会张开双手保护自己。这么一来,虚拟人的动作当然非常自然。

  法洛索斯说,假以时日,他的小人将让替身演员通通失业。这些虚拟人可以毫无困难地按照导演的要求,表演一系列高难度的动作,而且导演可以很放心地让它们去做真人做不到的动作,如从高楼坠下,一直摔到地上,根本不用担心有人因此受伤或摔断脖子。

  戴手套摸胎儿

  在计算机的帮助下,准爸爸妈妈们能触摸腹中的胎儿了。

  发明这种技术的是美国的诺维特公司。他们将超声波检查的平面图像一张张叠起来,让计算机生成一张三维的图像,把胎儿的特征都描绘出来。然后,准父母们借助一个看上去像机械手的装置,就能摸到胎儿的三维图像了。

  手其实是一个特殊的感觉装置,当手碰到虚拟的三维图像时,装置里的小马达就会朝里顶一下,让你觉得摸到了实在的东西。对于准父母们来说,这种感觉真是妙极了,可以先摸摸胎儿的鼻子,然后轻碰小小的嘴唇。软件还模拟了皮肤的柔软触感,让触摸的感觉更加真实。

  嚼机器尝美食

  虚拟现实能模拟视觉、听觉、触觉和嗅觉。但味觉太复杂了,它不仅包括食物的味道,还有咀嚼时的口感,甚至声音。因此,有科学家把味觉称为虚拟现实的最后前沿。

  但现在这片土地也已经留下了脚印。日本筑波大学的科学家今年夏天搞出了一种装置,嚼嚼它就如同在吃各种美食。

  为了造出这个食物模拟器,需要有与咀嚼有关的各种数据。科学家首先把一片薄薄的感应器放到嘴里,记录下我们需要用多大的力量咬下一口食物。

  生物学感应器则记录下哪些要素构成了食物的味道,一个麦克风录下颚骨咀嚼时发出的声音。

  积累了一大堆数据后,他们造出了食物模拟器。塞到嘴里的那部分,外面裹着布和橡胶,这不仅是出于卫生原因,也是为了自卫,免得使用者像吃真正的食品一样,一口把它咬断。

  当人们咀嚼这种模拟器时,一个小管还会朝舌头喷出一种混合物,里面甜、酸、苦、咸、鲜五味俱全。同时,一个小小的麦克风朝耳朵里播放咀嚼声。

  现在,筑波大学的研究小组已成功地模拟了许多食品,如奶酪、饼干、糖果,甚至还有日式快餐。下一步计划是加装一个喷雾器,把相应的味道喷到鼻子里,让人闻到食物的香味。

  研究者称,这种装置是设计新食品的人的完美帮手,可以在推出新口味食品前,先用它来模拟一下,估一下市场前景。年轻的设计者则可以借助它,体会到老年人咀嚼的困难,设计出真正适合老年人的食品。

  研究者说,对他们来说,这种装置的另一大用途是好玩。想象一下,嚼饼干嚼到一半时,突然变成了果冻,是一件多么有趣的事。

  想戒烟逛房间

  美国佐治亚大学正在研究将虚拟现实技术用于戒烟治疗。

  据负责这项研究的博尔尼克博士介绍,对于那些正在尝试戒烟的人来说,现实生活中与抽烟有关的小小刺激,都可能重新勾起他们的烟瘾。戒烟治疗要想获得更好的效果,就必须深入研究可能使人戒烟失败的诱因,同时训练戒烟者学会如何拒绝尼古丁的诱惑。

  目前,美国接受戒烟治疗的人约有四分之三最后都烟瘾复发,以失败告终。博尔尼克等已初步开发出多种虚拟场景。有的房间里没有任何吸烟诱因;有的房间空无一人但香烟等道具齐备;而在根据真人影像数据生成的逼真的虚拟聚会上,戒烟者将会遇到很多吞云吐雾的人不断地向他敬烟。通过测量心跳、呼吸等,研究者就可以知道戒烟者在不同虚拟场景下究竟会产生多大烟瘾。

  博尔尼克目前正在征集实验对象,打算通过临床实验来评估虚拟烟景对戒烟的作用。

标签:虚拟现实
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