虛擬現實技術基礎

秦慶卓

(東北大學 遼寧 沈陽 110000)

虛擬現實技術受到了越來越多人的認可，用戶可以在虛擬現實世界體驗到最真實的感受，其模擬環境的真實性與現實世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺；同時，虛擬現實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統；最后，它具有超強的仿真系統，真正實現了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環境最真實的反饋。正是虛擬現實技術的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛

VR“3I”特征：

沉浸感(Immersion)：視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺。

交互性(Interaction)：人機交互、人與自然的交互。

想象性(Imagination)：體現設計者思想。

一、沉浸感(Immersion)

沉浸感，是人對計算機系統創造和顯示出來的虛擬環境的感覺和認識，是虛擬現實技術的核心概念之一。這種虛擬的環境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，編制到計算機中去產生逼真的“虛擬環境”,從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺,這就是虛擬現實技術的沉浸感(Immersion)或臨場參與感。

在公元前5世紀，一位名叫希羅多德的古希臘歷史學家，寫了一個關于古時遭受了可怕的饑荒的呂底亞人他們的游戲起源和發明的故事。為了抵饑餓感，他們打算讓市民們在第一天吃食物，這樣第二天他們就可以深深的沉浸于扔骰子的游戲中，如此這樣，他們將不會感受到饑餓并且不想吃任何食物。他們打算一直這樣直到饑荒結束。這不僅是骰子游戲的起源，而且提到了他們因為沉迷游戲而忘記去吃飯，所以沉浸式的體驗被列入為游戲的目標。

沉浸感，作為一個概念，也同樣適用于令人感興趣的參與中，比如追隨、參與、出席和認知的吸收中。

二、交互性(Interaction)

交互性，是一個比較廣泛的概念，運用不同的領域其含義是不同的。交互性主要運用于計算機及多媒體領域。虛擬現實與通常CAD系統所產生的模型以及傳統的三維動畫是不一樣的，它不是一個靜態的世界，而是一個開放、互動的環境，虛擬現實環境可以通過控制與監視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個特征，即交互性(Interaction)。

操作系統的人機交互功能是決定計算機系統“友善性”的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設備和相應的軟件來完成。可供人機交互使用的設備主要有鍵盤顯示、鼠標、各種模式識別設備等。與這些設備相應的軟件就是操作系統提供人機交互功能的部分。人機交互部分的主要作用是控制有關設備的運行和理解并執行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。早期的人機交互設施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統接到命令后立即執行并將結果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，。

三、想象性(Imagination)

虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，比如當在蓋一座現代化的大廈之前，你首先要做的事是對這座大廈的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人讀懂，虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統沙盤的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規劃的質量與效率。這是VR所具有的第三類特征，即想象性(Imagination)。

四、VR硬件及交互設備

一個典型的虛擬現實系統由空間數據采集系統、人體數據捕捉系統、三維顯示設備、三維控制設備以及和計算機系統構成。空間數據采集系統、人體數據捕捉系統為虛擬環境建立空間模型；三維顯示設備、三維控制設備同屬于三維交互設備，設計和制造出性能優越的三維交互設備是虛擬現實技術的關鍵。

五、虛擬現實技術應用

實戰演習訓練系統

機械設計制造