解析虛擬現實
虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR），是(shi)(shi)一種基于可(ke)計算(suan)信息(xi)的沉浸式交互環(huan)(huan)(huan)境(jing)，具體(ti)地說，就是(shi)(shi)采(cai)用(yong)以(yi)計算(suan)機技(ji)術(shu)為核心的現代高科技(ji)生成逼真(zhen)的視、聽、觸(chu)覺一體(ti)化的定范(fan)圍的虛擬環(huan)(huan)(huan)境(jing)，用(yong)戶(hu)借(jie)助必(bi)要的設備以(yi)自然的方式與(yu)虛擬環(huan)(huan)(huan)境(jing)中的對象進行交互作(zuo)用(yong)、相互影響(xiang)，從而產生親臨等(deng)同真(zhen)實環(huan)(huan)(huan)境(jing)的感受和(he)體(ti)驗。
VR思想的(de)起源(yuan)可(ke)追溯(su)到1965年(nian)(nian)(nian)Ivan Sutherland在IFIP會議上的(de)《終(zhong)很的(de)顯示》報告，而(er)Virtual Reality一詞(ci)是80年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)初美國VPL公司的(de)創建人之一Jaron Lanier提出來的(de)。VR系(xi)統(tong)在若(ruo)干域的(de)成功(gong)應用，導(dao)致了它在90年(nian)(nian)(nian)代(dai)(dai)的(de)興(xing)起。虛擬現實是高(gao)度發展的(de)計(ji)算(suan)機技術(shu)(shu)在各種域的(de)應用過(guo)程中的(de)結晶和(he)反(fan)映，不僅包括圖形學、圖像(xiang)處(chu)理(li)、模式(shi)識別(bie)、網絡技術(shu)(shu)、并行處(chu)理(li)技術(shu)(shu)、人工智能等高(gao)性能計(ji)算(suan)技術(shu)(shu)，而(er)且涉及(ji)數(shu)學、物理(li)、通信，甚(shen)至與氣象、地理(li)、美學、心理(li)學和(he)社(she)會學等相關。
在虛擬環境中“作戰”
總的來說，實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術是VR技術的3個主要方面。實物虛化是現實世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應等關鍵技術，這些技術使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環境對用戶操作的檢測和操作數據的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術：（1）基本模型構建技術。它是應用計算機技術生成虛擬世界的基礎，它將真實世界的對象物體在相應的3D虛擬世界中重構，并根據系統需求保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時情況會有所不同，或對氣象數據進行建模生成虛擬環境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。（2）空間跟蹤技術。主要是通過頭盔顯示器、數據手套、數據衣等常用的交互設備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在3D虛擬環境中的位置和方向。（3）聲音跟蹤技術：利用不同聲源的聲音到達某一定地點的時間差、相位差、聲壓差等進行虛擬環境的聲音跟蹤。（4）視覺跟蹤與視點感應技術。使用從視頻攝像機到X-Y平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。
虛(xu)(xu)物實化(hua)是(shi)指確保用(yong)戶從(cong)虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)環境(jing)中(zhong)獲取(qu)同(tong)真實環境(jing)中(zhong)一樣或相似的(de)視(shi)(shi)覺(jue)、聽覺(jue)、力覺(jue)和觸覺(jue)等感(gan)(gan)官認知的(de)關(guan)鍵技術。能否讓參與(yu)者(zhe)產(chan)(chan)生沉浸感(gan)(gan)的(de)關(guan)鍵因(yin)素除了視(shi)(shi)覺(jue)和聽覺(jue)感(gan)(gan)知外(wai)，還有(you)用(yong)戶能否在操(cao)縱(zong)虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)物體的(de)同(tong)時，感(gan)(gan)受(shou)到(dao)虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)物體的(de)反作(zuo)用(yong)力，從(cong)而產(chan)(chan)生觸覺(jue)和力覺(jue)感(gan)(gan)知。力覺(jue)感(gan)(gan)知主(zhu)(zhu)要由計算(suan)機通過(guo)力反饋(kui)手套、力反饋(kui)操(cao)縱(zong)桿對手指產(chan)(chan)生運動(dong)阻(zu)尼從(cong)而使用(yong)戶感(gan)(gan)受(shou)到(dao)作(zuo)用(yong)力的(de)方向和大小。觸覺(jue)反饋(kui)主(zhu)(zhu)要是(shi)基于(yu)視(shi)(shi)覺(jue)、氣(qi)壓(ya)感(gan)(gan)、振動(dong)觸感(gan)(gan)、電子觸感(gan)(gan)和神(shen)經、肌(ji)肉模擬(ni)(ni)等方法來實現的(de)。
高(gao)性(xing)能計算處理技(ji)(ji)術(shu)(shu)主(zhu)要包括數(shu)(shu)據(ju)轉換和數(shu)(shu)據(ju)預處理技(ji)(ji)術(shu)(shu)；實時(shi)、逼真圖(tu)形圖(tu)像生(sheng)成與顯示技(ji)(ji)術(shu)(shu)；多種聲(sheng)音(yin)的(de)合成與聲(sheng)音(yin)空間化技(ji)(ji)術(shu)(shu)；多維信息數(shu)(shu)據(ju)的(de)融合、數(shu)(shu)據(ju)壓縮以及(ji)數(shu)(shu)據(ju)庫的(de)生(sheng)成；包括命令識別、語音(yin)識別，以及(ji)手勢和人(ren)的(de)面部(bu)表情信息的(de)檢測等在(zai)內的(de)模(mo)(mo)式識別；分布(bu)式與并行計算，以及(ji)高(gao)速、大規模(mo)(mo)的(de)遠程網絡技(ji)(ji)術(shu)(shu)。
然而(er)(er)，不能(neng)(neng)(neng)(neng)把虛(xu)擬現(xian)實和(he)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬仿(fang)真(zhen)(zhen)混(hun)淆，兩(liang)者是(shi)有一定區(qu)別的(de)。概括地說，虛(xu)擬現(xian)實是(shi)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬仿(fang)真(zhen)(zhen)在(zai)高性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)計(ji)算(suan)機系統和(he)信息處理環(huan)境下(xia)的(de)發展(zhan)和(he)技術拓展(zhan)。我們(men)可以舉一個煙(yan)塵干(gan)(gan)擾下(xia)能(neng)(neng)(neng)(neng)見度(du)(du)計(ji)算(suan)的(de)例子(zi)來(lai)說明(ming)這個問題。在(zai)構建(jian)分布式(shi)虛(xu)擬環(huan)境基(ji)礎信息平臺應用過程中，經常會有由燃燒源產生(sheng)(sheng)的(de)連續變化的(de)煙(yan)塵干(gan)(gan)擾環(huan)境能(neng)(neng)(neng)(neng)見度(du)(du)的(de)計(ji)算(suan)，從而(er)(er)影響環(huan)境的(de)視覺(jue)效(xiao)果、仿(fang)真(zhen)(zhen)實體(ti)的(de)運行和(he)決策。 某些仿(fang)真(zhen)(zhen)平臺和(he)圖(tu)(tu)(tu)形圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)生(sheng)(sheng)成系統也研(yan)究煙(yan)塵干(gan)(gan)擾下(xia)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)見度(du)(du)計(ji)算(suan)，仿(fang)真(zhen)(zhen)平臺強調煙(yan)塵的(de)準(zhun)確物理模(mo)(mo)(mo)(mo)型、干(gan)(gan)擾后(hou)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)見度(du)(du)準(zhun)確計(ji)算(suan)以及對仿(fang)真(zhen)(zhen)實體(ti)的(de)影響程度(du)(du)；圖(tu)(tu)(tu)形圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)生(sheng)(sheng)成系統著重(zhong)于建(jian)立(li)細(xi)致的(de)幾何模(mo)(mo)(mo)(mo)型，估算(suan)光(guang)線穿過煙(yan)塵后(hou)的(de)衰減。 而(er)(er)虛(xu)擬環(huan)境中煙(yan)塵干(gan)(gan)擾下(xia)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)見度(du)(du)計(ji)算(suan)，不但要考(kao)慮煙(yan)塵的(de)物理性(xing)，遵循煙(yan)塵運動的(de)客觀規律，計(ji)算(suan)影響仿(fang)真(zhen)(zhen)結果的(de)相關數據，而(er)(er)且要生(sheng)(sheng)成用戶能(neng)(neng)(neng)(neng)通過視覺(jue)感(gan)知的(de)逼真(zhen)(zhen)圖(tu)(tu)(tu)形效(xiao)果，使用戶在(zai)實時運行的(de)虛(xu)擬現(xian)實系統中產生(sheng)(sheng)親臨等同真(zhen)(zhen)實環(huan)境的(de)感(gan)受和(he)體(ti)驗。
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