虛擬現(xiàn)實(shí)得以實(shí)現(xiàn)，需要建模、實(shí)時三維圖形生成、立體顯示、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

    虛擬現(xiàn)實(shí)的概念在半個世紀(jì)前就被提出，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)多年來一直高大上，只聞其名不聞其聲。近些年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的價格趨于低廉，才終于使這個昔日“王謝堂前燕”，終于逐漸具備了飛入尋常百姓家的潛力。

 

    為了更親密地?fù)肀н@項(xiàng)新技術(shù)，我們就來詳細(xì)了解一下虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)是怎么構(gòu)成的，它背后又有哪些炫酷的技術(shù)在支撐。

 

    虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)其模型表示如圖1。用戶通過傳感裝置直接對虛擬環(huán)境進(jìn)行操作，并得到實(shí)時三維顯示和其它反饋信息(如觸覺、力覺反饋等)。當(dāng)系統(tǒng)與外部世界通過傳感裝置構(gòu)成反饋閉環(huán)時，在用戶的控制下，用戶與虛擬環(huán)境間的交互可以對外部世界產(chǎn)生作用(如遙操作等)。

 

    虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的模型

 

    虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由以下六個模塊構(gòu)成，如圖2。

 

    虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

    這六個模塊在不同環(huán)節(jié)發(fā)揮著各自的重要作用。檢測模塊能檢測用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。反饋模塊接收到來自傳感器模塊的信息后，為用戶提供實(shí)時反饋。傳感器模塊，一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶?？刂颇K對傳感器進(jìn)行控制，使其對用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用?！　〗ＤK會獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對應(yīng)的虛擬環(huán)境。

    要使這個完備的系統(tǒng)發(fā)揮最佳作用，虛擬現(xiàn)實(shí)需要這幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)支撐：

    首先，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容。動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)(有規(guī)則的環(huán)境)，而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術(shù)，兩者的有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。

    其次，需要有實(shí)時三維圖形生成技術(shù)。三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，其關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時”生成。為了達(dá)到實(shí)時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15楨/秒，最好是高于30楨/秒。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術(shù)的研究內(nèi)容。

    第三，要具備立體顯示和傳感器技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要，例如，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn)；虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。

 

    第四，需配備應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度地提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強(qiáng)度、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

    最后，系統(tǒng)集成技術(shù)也在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。由于虛擬現(xiàn)實(shí)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術(shù)等等。

    虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物，是一個充滿活力，具有巨大應(yīng)用前景，同時又具有高難度的科技領(lǐng)域，仍存在許多有待解決與突破的問題。但不管怎樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)畢竟開辟了富有發(fā)展?jié)摿Φ男骂I(lǐng)域，它會隨著時間的推移日臻完善，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越廣泛，發(fā)揮的作用也將會越來越大。