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虚拟现实技术盛宴—计算机图形和交互技术大会
2011年6月14日    评论:    分享:

    来源:科技日报
    记者:王小龙 综合外电

    我们常说“耳听为虚,眼见为实”,但在借助计算机技术所模拟出来的视觉、听觉、触觉等感官环境中,亲耳所闻、亲眼所见的也未必是真。这种通过一定的装置让人沉浸到计算机系统所创建的虚拟环境中,并能与其进行互动的技术就被称为虚拟现实(Virtual Reality——VR)。

  一年一度的国际计算机图形和交互技术大会(SIGGRAPH)便是这种新兴技术的一次集中展示,不少全球知名的厂商和研究机构都会在大会上对最新的研究成果进行发布,因此SIGGRAPH大会也被称为计算机图形界的奥斯卡。今年的SIGGRAPH年会将于8月在加拿大温哥华举行。6月10日,英国《新科学家》杂志网站对即将在年会上亮相的5种技术进行了介绍,让我们一起先睹为快。

  用耳朵感受熊熊烈火

  火是虚拟世界中最常见也是最不可或缺的,无论是引人入胜的网络游戏还是实用的消防安全教育系统,熊熊的烈火总是随处可见。而火好画,声难调由于涉及低频和高频声音的复杂组合,火焰的声音被公认为是最难人工合成的声音之一。

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

  由美国康奈尔大学的杰夫·查德维克和同事开发出的声音模拟系统就能很好地解决这一问题。该系统能够根据火焰的燃烧程度和运动幅度,对其声音做出真实的模拟。在具体技术上,查德维克采用了一种合成声音组合技术:低频上通过大量的计算来还原火焰运动时的独特声音,高频则主要通过录音剪辑来弥补细节,两者合成在一起就能产生较为真实的声音效果。在实验中,无论是喷火的巨龙、吹灭的蜡烛还是舞动的火把,这些声音都得到了逼真的再现。

  但查德威克对此还并不满意,他说:“我们的目标是制造出身临其境的视觉和听觉环境。大部分用户更喜欢在虚拟环境中体验那些他们从未见过、听过的事物,如果仅凭录制的声音是远远不够的。下一步,我们将努力完善这项技术,使其更贴近用户的真实感受”。

  椅子上体验飞驰的赛车

  借助一把普通的椅子就能在赛车游戏中感受到转弯和加速的感觉,这并非痴人说梦,美国迪斯尼研究中心匹兹堡实验室的伊万·普匹莱夫和他的团队设计的这款装备就能实现你的梦想。

  这套被普匹莱夫称作“环绕触觉”的游戏系统,在外观上看起来就如同一个软垫,使用时将其套在椅子的靠背上并与游戏机或电脑相连即可。通过安装在上面的网格状震动装置,你在赛车游戏中看到和听到的景象都会在其上获得体感回馈。在3D模式下进行游戏时,无论是转弯时的抖动还是刹车时的骤停都会变得更加真实自然,你会感觉到如同真正在驾驶一辆飞驰的赛车一般。

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

  普匹莱夫称,除了能让玩家感受到较为强烈的冲击和振动外,通过人体错觉原理,该系统还能让人感觉到更为微弱的触觉,这会使游戏体验更为逼真。除了家用外,该系统还可以安装到游乐园和电影院中,为参与者和观众提供更加身临其境的真实感。

  动作捕捉让小丑鱼更逼真

  看过《海底总动员》的朋友们一定对可爱的小丑鱼尼莫印象深刻,但其后期制作人员的辛苦却不是每个人都能想得到的。抛开其中台词较多的近十个主要角色不说,其中一个小丑鱼尼莫游过一大片粉色水母的场景就让人大伤脑筋。据制作人员称,这些水母的数量总共有7.7万个,为了让整个画面看起来更加真实自然,他们不但要让水母的姿态随着水流的速度不断改变,还需使不同位置的水母保持不同的移动速度和漂浮方向。无论是对技术人员还是艺术家来说,这都是一项艰巨的任务。

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

  日前,由美国佐治亚理工学院的格雷格·特克和他的同事所开发出的一套计算机模型就能在解决类似问题上派上大用场。

  通过该模型,只需借助一种类似于乐高玩具的分段式动物模型,计算机就能自动模拟出流畅和逼真的水生动物动画。此外,该系统还会考虑到水的流速、流向以及动物在水中前进时所产生的波纹,从而让整个动画更趋自然逼真。据研究人员称,除了制作动画外,这套系统还可以用于水下机器人的研制。

  模拟系统让动画自己出声

  为配合电子游戏中复杂的视频特效,美国康奈尔大学的郑昌西(音)和他的同事开发出了一套系统,能够准确重现物体在碰撞时产生的撞击声。

  在实验中,研究人员对一段视频中的声音进行了模拟。视频中有12颗金属球从高处依次沿轨道滚落,在通过一段复杂的路径后,最后在重力的作用下使一个金属制成的兔子模型跌落到了一个购物车中。模拟如此复杂的声音对此前的技术而言非常困难,即便能够完成也需要耗费大量的人力物力。而借助新的模拟系统,在动画播放的同时就可以得到逼真的声音效果。

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

  郑说,这只是该技术所完成的第一步。目前这套系统在声音传输上只考虑到了每个单独物体的声音而并没有将声音的散射考虑在内。该团队正在开发一种更为强大的算法,如果实验成功,例如勺子掉入碗中这样的声音会被电脑模拟得更加自然。

  怀孕的感觉男人同样可以体验

  无论性别和年龄,可能很多人都曾想象过怀孕是什么样的感觉,在虚拟现实技术的帮助下,即便是这样天马行空的想法也能立马得到实现。

  日前,日本北陆先端科学技术大学(JAIST)的研究人员开发出了一套能够让使用者体验怀孕感受的虚拟现实系统。通过这套可穿戴式设备,即便是男性也能亲身感受到怀孕时胎儿的重量、温度、运动以及心跳等特征。

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

虚拟现实技术盛宴—国际图形和交互技术大会

  为了模拟胎儿的温度和体重,系统包含一个充满了温水的水袋;胎儿蹬踹等动作由其中可自如缩放的45个气球来模拟;摆动的模拟则通过一种网格状振动装置来实现;为了模拟与胎儿的交流,该系统还内置有速度感应器和触摸传感器,可对使用者的动作进行实时回馈。

  当这套装置与计算机相连接后,软件会显示出胎儿实时的三维模型和怀孕期间的注意事项。通过计算机,使用者既可逐日逐月地慢慢体会十月怀胎的辛苦过程,也可以让整个过程浓缩到两分钟。

  研究小组称,希望这套系统能够帮助人们更好地理解女人怀孕期间的感受,并为育龄期女性提供更形象直观的教育。

 

标签:虚拟现实技术交互技术计算机图形SIGGRAPH
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