2024-10-10
虛擬實際（Virtual Reality，簡稱VR），是一種根據可核算信息的沉溺式交互環境，詳細地說，就是選用以核算機技能為中心的現代高科技生成傳神的視、聽、觸覺一體化的特定規模的虛擬環境，用戶借助必要的設備以天然的方法與虛擬環境中的目標進行交互作用、相互影響，然后發生親臨同等實在環境的感觸和體會。
VR思維的來源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP會議上的《終極的顯示》報告，而Virtual Reality一詞是80年代初美國VPL公司的創建人之一Jaron Lanier提出來的。VR體系在若干范疇的成功運用，導致了它在90年代的興起。虛擬實際是高度展開的核算機技能在各種范疇的運用過程中的結晶和反映，不只包含圖形學、圖畫處理、模式辨認、網絡技能、并行處理技能、人工智能等高性能核算技能，并且觸及數學、物理、通訊，乃至與氣候、地理、美學、心理學和社會學等相關。
總的來說，什物虛化、虛物實化和高性能的核算處理技能是VR技能的3個首要方面。什物虛化是實際國際空間向多維信息化空間的一種映射，首要包含根本模型構建、空間盯梢、聲響定位、視覺盯梢和角度感應等關鍵技能，這些技能使得實在感虛擬國際的生成、虛擬環境對用戶操作的檢測和操作數據的獲取成為可能。它詳細根據以下幾種技能：（1）根本模型構建技能。它是運用核算機技能生成虛擬國際的根底，它將實在國際的目標物體在相應的3D虛擬國際中重構，并根據體系需求保存部分物理特點。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行進時狀況會有所不同，或對氣候數據進行建模生成虛擬環境的氣候狀況（陰天、晴天、雨、霧）等等。（2）空間盯梢技能。首要是經過頭盔顯示器、數據手套、數據衣等常用的交互設備上的空間傳感器，確認用戶的頭、手、軀體或其他操作物在3D虛擬環境中的位置和方向。（3）聲響盯梢技能：利用不同聲源的聲響到達某一特定地址的時間差、相位差、聲壓差等進行虛擬環境的聲響盯梢。（4）視覺盯梢與角度感應技能。運用從視頻攝像機到X-Y平面陣列、周圍光或者盯梢光在圖畫投影平面不一起間和不同位置上的投影，核算被盯梢目標的位置和方向。
虛物實化是指確保用戶從虛擬環境中獲取同實在環境中一樣或類似的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認知的關鍵技能。能否讓參加者發生沉溺感的關鍵因素除了視覺和聽覺感知外，還有用戶能否在操縱虛擬物體的一起，感觸到虛擬物體的反作用力，然后發生觸覺和力覺感知。力覺感知首要由核算機經過力反饋手套、力反饋操縱桿對手指發生運動阻尼然后運用戶感觸到作用力的方向和巨細。觸覺反饋首要是根據視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經、肌肉模仿等辦法來完成的。
高性能核算處理技能首要包含數據轉化和數據預處理技能；實時、傳神圖形圖畫生成與顯示技能；多種聲響的合成與聲響空間化技能；多維信息數據的融合、數據壓縮以及數據庫的生成；包含指令辨認、語音辨認，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內的模式辨認；分布式與并行核算，以及高速、大規模的遠程網絡技能。
但是，不能把虛擬實際和模仿仿真混淆，兩者是有必定差異的。概括地說，虛擬實際是模仿仿真在高性能核算機體系和信息處理環境下的展開和技能拓展。咱們能夠舉一個煙塵攪擾下能見度核算的例子來說明這個問題。在構建分布式虛擬環境根底信息渠道運用過程中，常常會有由焚燒源發生的接連改變的煙塵攪擾環境能見度的核算，然后影響環境的視覺作用、仿實在體的運轉和決策。 某些仿真渠道和圖形圖畫生成體系也研討煙塵攪擾下的能見度核算，仿真渠道強調煙塵的準確物理模型、攪擾后的能見度準確核算以及對仿實在體的影響程度；圖形圖畫生成體系著重于樹立細致的幾許模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 而虛擬環境中煙塵攪擾下的能見度核算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規律，核算影響仿真成果的相關數據，并且要生成用戶能經過視覺感知的傳神圖形作用，運用戶在實時運轉的虛擬實際體系中發生親臨同等實在環境的感觸和體會。
2、分布式虛擬實際技能
分布式虛擬實際能夠看作是根據網絡的虛擬實際體系，是可供多用戶一起異地參加的分布式虛擬環境，處于不同地理位置的用戶如同進入到同一個實在環境中，經過姿勢、聲響或文字等“在一起”進行交流、學習、練習、娛樂，乃至協同完結同一件雜亂產品的規劃或進行同一使命的演練。
目前，分布式虛擬實際的研討根據兩類網絡渠道。一是在Internet上，可追溯到前期根據文本的多參加者游戲MUD，還有根據VRML標準的遠程虛擬購物等。虛擬實際建模語言是一種能夠發布3D網頁的跨渠道語言，可提供一種更天然的體會方法，包含交互性、動態作用、延續性以及用戶的參加探索。
另一類則是在高速專用網上，如選用ATM技能的美國軍方的國防仿真互聯網。早的分布式虛擬戰場環境則是1983年美國陸軍擬定的虛擬環境研討方案，這一方案將渙散在不同地址的地上坦克、車輛仿真器經過核算機網絡聯合在一起，進行各種雜亂使命的練習和作戰演練。從1994年開始，美國陸軍與美國大西洋司令部聯合展開了戰役綜合演練場的研討，建成了一個包含海陸空多軍種、有3700多個仿實在體參加的地域規模掩蓋500公里×750公里的軍事演練環境。
3、我國的虛擬實際現況
VR技能是一項出資大、具有高難度的科技范疇，和一些發達國家比較，我國還有必定的差距，但已引起我國政府有關部門和科學家們的高度重視。“九五”攻關方案、國家863方案、國家天然科學基金會等都把VR技能的研討列入了資助規模。我國軍方對VR技能的展開重視較早，并且支撐研討開發的力度也越來越大。
咱們國內的一些院校和科研單位，陸續展開了VR技能的研討，并且可喜的是，現已完成或正在研制的虛擬實際體系也有不少。像北京航空航天大學核算機系虛擬實際與可視化新技能研討室集成的分布式虛擬環境；浙江大學心理學國家重點實驗室開發的虛擬故宮、CAD&CG國家重點實驗室開宣布桌面虛擬修建環境實時周游體系；清華大學核算機系對虛擬實際和臨場感方面進行了研討，例如球面屏幕顯示和圖畫隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感實驗等方面都具有不少共同的辦法；別的，西安交通大學、哈爾濱工業大學、國防科技大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所、上海交通大學等單位也進行了不同范疇、不同方面的VR技能研討工作，并取得了一批研討成果。
下面是北京航空航天大學虛擬實際與可視化技能研討室的專家對他們的VR研討成果所做的簡單介紹。
北航核算機系虛擬實際與可視化新技能研討室在國家863方案支撐下，作為集成單位，與國防科技大學、浙江大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所和解放軍測繪學院等單位一起樹立了一個用于虛擬實際技能研討和運用的分布式虛擬環境根底信息渠道，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個專用核算機網絡以及支撐分布式虛擬環境研討與運用的各種標準、開發工具和根底信息數據（如三維傳神地勢）組成。根據DVENET，一個分布式虛擬戰場環境被成功開宣布來。目前，運用DVENET，能夠完成包含遠程的數十個武器虛擬渠道在同一塊傳神地勢下進行協同作業或對抗演練。參演人員（即用戶）能夠經過不同的交互方法操控實在的或虛擬的武器仿真渠道在虛擬戰場環境中進行異地協同與對抗戰術演練。整體上說，DVENET的技能水平已接近美國的STOW。
除了DVENET以外，VR技能還向民用范疇推廣。“虛擬珠峰飛翔周游體系”就是給中國科學技能館研制的，用戶能夠駕駛虛擬直升機飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體會VR的魅力；咱們還給房地產公司開發了室內外周游體系，用戶能夠在虛擬房屋中周游審視，以決議是否訂貨這種擬建房產。
總的來說，虛擬實際是一個充滿活力、具有巨大運用遠景的高新技能范疇，但仍存在許多有待處理與打破的問題。為了進步VR體系的交互性、傳神性和沉溺感，在新型傳感和感知機理、幾許與物理建模新辦法、高性能核算，特別是高速圖形圖畫處理，以及人工智能、心理學、社會學等方面都有許多具有挑戰性的問題有待處理。但是咱們深信在這一高新技能范疇我國肯定會有所作為的。隨著技術的不斷發展，它們將在更多領域發揮更大的作用，為人們的生活和工作帶來更多的便利和創新。
