虚拟现实究竟是什么—— 虚拟实现全解析

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虚拟现实究竟是什么？
         —— 虚拟实现全解析


虚拟现实究竟是什么？它是希奇古怪的边缘技术，还是现代化的可视化技术？它是否有市场？虚拟现实（VR）是现在可行？还是将来可行？



　　简单地说，VR是一种虚拟的可交替更迭的三维环境，人们可以进入该环境，也可以通过计算机的各种媒体与之交互。在这种三维视听空间中的感受与置身于现实世界差不多，因此VR实质上是一种超越视觉计算的感受计算



　　VR的特点是：人们可以实时参与、实时交互。



　　各种VR系统的基础是：高级的三维图形技术、问题求解工具及各种通信媒体。



　　VR实际上也是一种用户界面工具，用户不仅可以观察数据，而且可以与数据交互。例如用手（通过传感器或跟踪装置）或其他三维工具来操纵数据。这里“数据”两个字泛指可用计算机存储、操纵的信息。



　　VR具有从外到内或从内到外观察数据空间的特征，而可视化计算只允许用户从计算机的监视器从外到内观察数据空间、缺乏临场感和触摸感。



　　一、关键技术



　　下面列出VR中的关键技术：



　　1．硬件技术：



　　·计算机图形系统—这是运行应用软件的核心系统，可以实时地进行视觉仿真；



　　·显示器—用来实时地显示虚拟环境中计算机渲染对象的输出装置；



　　·位置／方向跟踪器 — 当信息输入到应用程序时，用来跟踪头部、手、工具的位置及方向的装置；



　　·三维（六维）输入装置 — 使用户能与应用程序或虚拟空间中的对象进行交互的用户界面工具；



　　·立体声发生器 — 用来产生立体声的装置，它可以拓宽视觉系统的功能，使人的感觉更逼真。



　　2．软件技术：



　　·造型 — 用来定义虚拟环境（包括物理及行为特征）的工具；



　　·视觉仿真 — 对虚拟环境作实时渲染的软件；



　　·对象控制 — 用来控制对象状态以及虚拟环境交互的软件框架；



　　·音频空间化 — 根据三维虚拟环境产生声源的工具，可以放到与用户在真实空间相对应的位置；



　　·连网 — 为了管理用户与对象，通过网络在共享的虚拟环境中进行交互的工具。



　　以上没有把VR技术所用的工具全部包括在内，但它们是核心的硬件和软件，任何VR系统都必须包括这些部件。



　　为了清楚地说明各种技术的作用，最好定义一个通用的VR系统，该系统把所有这些技术有机地结合在一起。这种体系结构可以用于任何需要VR界面的应用领域，这样就不必考虑应用中的细节。







　　二、临场参与感



　　为了领会VR的概念，人们必须能置身于虚拟空间，以便直接与环境交互，而不是键盘、鼠标和监视器构成的抽象界面。为了逼真地投入到虚拟环境中，需要一种身临其境的显示器。这可以通过各种方式实现。我们可以通过台式立体镜或投影显示器建立虚拟环境的一个窗口。虚拟空间并不环绕我们。尽管如此，但它作为一个“逼真的”三维环境，仿佛在我们周围。



　　1．座舱



　　置身在一个座舱内，它有一个向外可以看到虚拟空间的屏幕。在该环境中向周围观察，就要转动座舱到感兴趣的方向。它不需要在头上直接戴一个头盔显示器和转动头部，用户在舱内可不戴各种显示器或交互装置，身上没有负担地和虚拟空间交互。



　　人们只要进入舱内就可以进入虚拟环境。这基本上是一种无临场感的方法。



　　2．CAVE



　　计算机辅助虚拟现实环境（CAVE）是一种具有低临场感的VR环境。这是一个每边为十英尺，能产生临场感的立方体空间，CAVE的各个墙是后投影的屏幕，利用立体投影仪把图像投射到左、中、右三个墙面上，天花板和地面也用同样方法投射。这五个面就能构成由计算机生成的虚拟空间，在CAVE中可以容纳若干人。



　　3．全方位监视器和头盔显示器



　　各种显示技术都是为了向人们提供临场参与感。装有电枢的电磁式显示器可以产生较好的临场感，而且不给用户身上带来负担，使用户只要抓住显示器两旁的操纵杆，就可以环视虚拟空间（这种操作与人们用潜望镜观察相似），当你准备返回现实世界做其他事情时，只要把显示器推开就行。有两家公司专门从事这类显示器的生产，一家是fakespace，它首先研制出一种双筒全方位监视器boom，供nasa用于“遥在“（telepresence）研究。另一种光学解决方案由leep公司创造，并为fakespace及leep两家公司采用。



　　当我们讨论临场感的概念或者一般地涉及vr时，大多数人首先想到的一种技术是头盔显示器（hmd），hmd使用户能自由地环顾周围的虚拟空间。



　　已经出现一种新的1英寸彩色crt，它可提供1280×960的高分辨率、高亮度和对比度。这种显示器是由tektronix公司研制的。命名为μcolor，它是一种在单色crt前端装有快门的lcd袖珍显示器。







　　三、目标、方向及位置跟踪



　　为了使计算机产生的图像能随头部运动而变化，因此必须跟踪头部的位置和方向。跟踪装置把这种信息送入应用软件。以确定眼睛位置及视线方向，以便渲染显示器的下一帧图像。读出位置、方向及更新图像的速度必须足够快，否则用户会产生不舒服的感觉。



　　跟踪技术这主要有磁学的、声学的、电磁的及光学的。每种技术各有优缺点。不论选择何种技术，用户都会受到某些限制。用来评价跟踪装置的主要指标是：等待时间、位置精度／分辨率、取样率、运行约束、用户至传感器的距离、环境隔离。







　　四、虚拟音频



　　在虚拟现实时，一般不能仅依靠一种感觉，错综复杂的临场感通常需要用到立体声。为此需要设置静态及动态声源，并创建一个动态的声学环境。在VR应用中，这个问题甚至比实时处理数据更重要，因为当进入的信息流影响数据库状态时，用声音来提醒用户注意至关重要。







　　五、用户／对象在虚拟环境中交互



　　选定适当的显示器及跟踪技术后，用户就可置身于虚拟环境中，但是与环境交互时情况则不同。



　　我们熟悉的标准用户界面往往会破坏具有临场感的空间。在虚拟现实中，一般不用键盘鼠标，对系统发布命令需要采用其他的输入装置和技术。在虚拟空间中进行交互最有力且最难实现的是声音识别问题。在现实生活中，我们经常用我们的手和声音来交互。在VR中绝大多数问题集中在传统的物理领域。例如，开发装有传感器的手套，用户可以抓取虚拟空间内的虚拟物体。由virtualtechnologies公司研制的数据手套cybarglove就属于一种交互工具，还有一种6维装置，它的外貌颇像一个可自由活动的鼠标，可提供按钮、6维跟踪，甚至可提供某些触觉反馈。







　　六、得到反馈



　　在虚拟空间中，用户戴上数据手套，通过实时操作软件可以伸手抓取或操纵虚拟物体。实时仿真软件可以探测到被仿真的手的表面与物体接触。然后把信息反馈到应用软件，以确定被抓住的物体是什么？它应做什么动作。研究人员利用音频信号可以知道这次抓取是否成功。但是没有对该物体的物理感觉。要从压力大小来判断物体是什么相当困难。







　　七、各种VR系统



　　VR系统具有使人置身于信息环境中的能力，为人们提供了一个更加直观、更加自然的方式与数据交互。因而使人们在开发一个产品或创建某项工程中具有更大的自由。



　VR系统有以下三种：



　　1．“可穿戴的”VR系统



　　通过头盔显示器、吊臂、数据手套、数据衣服直接从传感器得到VR环境中输入／输出数据，可以获得上佳的临场感。利用动感增强感受，可以在VR环境中自由走动，做各种动作。



　　2．桌面VR系统



　　利用立体眼镜、3d控制器使监视器作为交互的窗口，这种系统的价格相对来说比较便宜，组成比较灵活，还可以通过虚拟现实造型语言（VRMLl）连网。可用于科学数据及金融数据可视化场合。



　　3．投影VR系统



　　可以观察大范围利用投影生成的虚拟环境，如cave、i′desk、i′workbench、gvr－120、vrwall等。这种大范围的虚拟环境可以多人参与，促进协同工作，如驾驶航天飞机。在培训、建筑设计评价、艺术／教育中使用。







　　八、VR的应用领域



　　今天VR可用于以下领域：·数字化原型；·人机工程测试；·医疗及手术仿真；·科学技术可视化；·军事任务规划及战场可视化；·金融可视化；·动作表演；·预演生产线的运行状况；·检查产品的内部布置是否合理。

tc

我看看就走，你们聊！

C.R.CAN

再看一看，再顶楼主

奇

呵呵，很好，方便罗。

奇

楼主收集的可真全哦

晃晃

再看一看，再顶楼主

tc

很经典，很实用，学习了!

晃晃

顶!学习了!阅!

C.R.CAN

其实楼主所说的这些，俺支很少用！

奇

佩服，好多阿 ，哈哈