關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

李飛

摘 要：作為一項(xiàng)尖端科技，虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)信息圖形處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像仿真技術(shù)、人工智能、傳感處理技術(shù)、顯示處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等多種技術(shù)的最新科學(xué)發(fā)展應(yīng)用成果，是一種由智能計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的高質(zhì)量技術(shù)信息模擬系統(tǒng)。它和其它很多現(xiàn)代信息通訊技術(shù)一樣，當(dāng)很多專家還未把它的基本理論和信息技術(shù)成果探討得十分清楚時(shí)，它已逐漸滲透到社會(huì)科學(xué)、技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、文化、娛樂(lè)的各個(gè)領(lǐng)域，并因此受到極大的社會(huì)關(guān)注。鑒于此，本文就發(fā)展虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)深入探討，以期為社會(huì)相關(guān)行業(yè)工作人員起到一些參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)分析

一、概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中文通常稱之為虛擬現(xiàn)實(shí)VR，又稱之為虛擬靈境技術(shù)，是20世紀(jì)90年代以來(lái)我國(guó)逐步興起的一種新型的較現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是指基于虛擬人的計(jì)算公式直接計(jì)算現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景世界信息的一種沉浸型交互虛擬環(huán)境，具體而言就是通過(guò)整合各種數(shù)字信息來(lái)獲得逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)，生成一體化的特定現(xiàn)實(shí)世界信息范圍的虛擬環(huán)境。充分利用一些科學(xué)信息技術(shù)和一些虛擬電子設(shè)備，在實(shí)際當(dāng)中的環(huán)境和其中的每個(gè)虛擬對(duì)象之間可以進(jìn)行某種相互作用，從而可以使整個(gè)人類體會(huì)生成虛擬環(huán)境的某種體感和形成視覺(jué)上的體驗(yàn)。由于其獨(dú)特的虛擬多媒體視覺(jué)感知性、沉浸感、相互性及專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新自主性，虛擬實(shí)境強(qiáng)化現(xiàn)實(shí)影視電影成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于太空航天、軍事、醫(yī)療、教育、甚至涉及電子游戲機(jī)等諸多領(lǐng)域。通過(guò)充分利用并研究設(shè)計(jì)集成這種新型具有比較高性能的多維虛擬計(jì)算機(jī)軟硬件并同時(shí)能夠使之與各類先進(jìn)的各種信息技術(shù)傳感器相相互動(dòng)和聯(lián)接。人們才真正有可能做到自己創(chuàng)建一個(gè)使信息技術(shù)活動(dòng)參與者和人能夠同時(shí)具有身臨其境的各種視覺(jué)感受沉浸感和完善的各種人機(jī)之間交互作用互動(dòng)控制能力，并能同時(shí)得到技術(shù)幫助和提供易于同時(shí)啟發(fā)其他者進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思的最合適的全人機(jī)和個(gè)性化的多維化和虛擬化的信息技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)空間，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)比較完備的多維虛擬化和多維現(xiàn)實(shí)化的信息應(yīng)用系統(tǒng)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為了近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)科技界高度關(guān)注的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，它的迅速興起，為人機(jī)交互應(yīng)用界面的不斷發(fā)展應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了新的科學(xué)研究應(yīng)用領(lǐng)域，為各類科學(xué)工程的進(jìn)行大規(guī)模測(cè)量數(shù)據(jù)采集可視化分析提供了新的數(shù)據(jù)描述分析方法。目前，虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)頭套、藝術(shù)教育、生物力學(xué)、工業(yè)仿真等眾多專業(yè)領(lǐng)域。

2.1 跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套

在目前傳統(tǒng)的各種現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)頭部運(yùn)動(dòng)圖形處理操作技術(shù)中，視場(chǎng)的頭部運(yùn)動(dòng)視覺(jué)改變通常來(lái)說(shuō)是完全可以通過(guò)用戶移動(dòng)它的鼠標(biāo)或者特別是它在鍵盤(pán)上的移動(dòng)來(lái)直接進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，用戶的鼠標(biāo)頭部運(yùn)動(dòng)視覺(jué)以及感知系統(tǒng)和它的視場(chǎng)運(yùn)動(dòng)頭部視覺(jué)以及感知圖形處理操作系統(tǒng)之間幾乎是可以完全分離的。而如果利用它的頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)來(lái)直接改變一個(gè)圖像的運(yùn)動(dòng)視角，用戶的頭部視覺(jué)感知系統(tǒng)和它的運(yùn)動(dòng)視覺(jué)感知處理系統(tǒng)之間就完全可以直接聯(lián)系在一起來(lái)，感覺(jué)更逼真。另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅僅是可以通過(guò)利用雙目立體運(yùn)動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)去準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境，而且它還可以通過(guò)利用頭部的立體運(yùn)動(dòng)視覺(jué)去準(zhǔn)確觀察周圍環(huán)境。

2.2 藝術(shù)教育中的應(yīng)用

作為藝術(shù)顯示和傳輸藝術(shù)信息的一種媒體，虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在未來(lái)當(dāng)代藝術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域所需要具有的潛在藝術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力也是絕對(duì)不可能被低估的。VR所需要具有的臨場(chǎng)視覺(jué)參與感與交互感受能力也是可以將一種靜態(tài)的美學(xué)藝術(shù)（即比如現(xiàn)代油畫(huà)、雕刻等）直接轉(zhuǎn)化而成為一種動(dòng)態(tài)的，可以間接使藝術(shù)觀賞者更好地直接欣賞到創(chuàng)作者的美學(xué)思想觀和藝術(shù)。另外，VR還提高了舞蹈藝術(shù)演員表現(xiàn)動(dòng)作能力，通過(guò)一種動(dòng)作圖像捕捉技術(shù)系統(tǒng)可以采集藝術(shù)演員的各種舞蹈節(jié)奏動(dòng)作和肢體表情，在使用電腦軟件輔助藝術(shù)編排下它還可以自動(dòng)預(yù)演藝術(shù)演出現(xiàn)場(chǎng)效果，提高藝術(shù)編排演出效率。

2.3 生物力學(xué)方面的應(yīng)用

生物力學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是應(yīng)用力學(xué)過(guò)程原理和實(shí)驗(yàn)方法并同時(shí)結(jié)合各種虛擬力學(xué)現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)造生物體過(guò)程中的各種力學(xué)過(guò)程原理現(xiàn)象進(jìn)行綜合虛擬現(xiàn)實(shí)分析與力學(xué)仿真技術(shù)研究。利用這種虛擬圖像仿真技術(shù)進(jìn)行研究和虛擬表現(xiàn)專業(yè)生物運(yùn)動(dòng)力學(xué)，不但可以大大提高專業(yè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中物體的圖像真實(shí)感，滿足專業(yè)運(yùn)動(dòng)物體生物力學(xué)研究專家的綜合計(jì)算能力要求，還可以大大幅度節(jié)約技術(shù)研發(fā)工作成本，降低技術(shù)數(shù)據(jù)采集分析工作難度，提高技術(shù)研發(fā)工作效率。這一創(chuàng)新技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于整形外科護(hù)理醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)護(hù)理醫(yī)學(xué)、康復(fù)護(hù)理醫(yī)學(xué)、人體工學(xué)、創(chuàng)傷與術(shù)后防護(hù)與醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。

2.4 工業(yè)仿真中的應(yīng)用

當(dāng)今世界由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生了翻天覆地的變化。現(xiàn)階段的整個(gè)現(xiàn)代中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)體的發(fā)展不再僅僅只是一場(chǎng)短期大規(guī)模的現(xiàn)代人海戰(zhàn)術(shù)，需要的是更先進(jìn)的現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)化和信息化等技術(shù)，特別是現(xiàn)代工業(yè)信息虛擬化和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)信息化等技術(shù)的廣泛應(yīng)用正對(duì)整個(gè)現(xiàn)代中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)體的發(fā)展思維方式觀念進(jìn)行著一場(chǎng)前所未有的巨大的新革命。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已經(jīng)被世界上一些大型的高科技化企業(yè)廣泛地作為研究對(duì)象并應(yīng)用于各行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)逐步提高大型企業(yè)技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率，加強(qiáng)大型企業(yè)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理以及綜合應(yīng)用能力，減少大型企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策過(guò)程中的技術(shù)失誤，降低大型企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)管理成本等都起著重要的指導(dǎo)作用。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

基于以上介紹，虛擬現(xiàn)實(shí)在很多應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際應(yīng)用推廣方向上已經(jīng)解決了不少實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，取得了較好的實(shí)際應(yīng)用推廣效果。為了更好滿足這些新技術(shù)需求，近年來(lái)，虛擬化和現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的在技術(shù)上的研究也已經(jīng)取得了快速的發(fā)展，表現(xiàn)出一些新的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 計(jì)算平臺(tái)的普適化

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)備制造工程技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算控制平臺(tái)已經(jīng)逐步發(fā)展為了許多種類型。虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的繪制研究技術(shù)工作主要重點(diǎn)集中在繪制標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)產(chǎn)品、繪制技術(shù)體系中的結(jié)構(gòu)和一些適合用于移動(dòng)穿戴設(shè)備的物體模型表示和圖像繪制技術(shù)方面;

3.2 場(chǎng)景數(shù)據(jù)的規(guī)模化

在大型幾何應(yīng)用中，各種大型幾何數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量往往非常龐大。針對(duì)一些包含這種模型大數(shù)據(jù)量三維圖像模型復(fù)雜繪制場(chǎng)景的三維實(shí)時(shí)與逼真圖像表現(xiàn)，是目前國(guó)內(nèi)研究三維繪制場(chǎng)景方法的一個(gè)研究熱點(diǎn);

3.3 環(huán)境信息的綜合化

對(duì)于自然環(huán)境的建模，傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境建模系統(tǒng)往往僅需要綜合考慮自然地形的紋理和幾何特征數(shù)據(jù)，對(duì)于大氣和空間電磁等的環(huán)境特征信息的開(kāi)采，用比較簡(jiǎn)化的方式進(jìn)行處理，如地形紋理等的表現(xiàn)和方法。為了更真實(shí)地使其表現(xiàn)出虛擬環(huán)境的效果，還可能需要綜合考慮不同環(huán)境類型的幾何特征數(shù)據(jù)，如地理、大氣、海洋、空間電磁和生化等，并綜合使用不同的環(huán)境表現(xiàn)方式對(duì)其進(jìn)行環(huán)境表現(xiàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

雖然目前虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)技術(shù)在應(yīng)用中已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展和效果，在虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)研究方面也已經(jīng)取得了較大的突破和進(jìn)展，并且不斷探索解決虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中新可能出現(xiàn)的實(shí)際關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，但是從國(guó)內(nèi)外有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)上可以分析，該技術(shù)研究領(lǐng)域仍然存在一些亟待解決的關(guān)鍵研究技術(shù)問(wèn)題，其中主要包括虛擬環(huán)境及其應(yīng)用對(duì)象的建模、繪制的方法、人機(jī)交互的方式、虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建的方法等諸多關(guān)鍵技術(shù)方面。

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