什么是虚拟现实？_技术学园

⒊ 研制高性能的计算机

　　VR的构想性是辅助人类进行创造性思维的基础。因此，高效的计算机信息处理技术是直接影响VR系统性能优劣之关键。高性能计算机是构建VR系统的“基石”，是对多维信息进行处理的“加工厂”，是实现各种软硬设备的集成及控制人机协调一致的“工作平台”。未来VR技术的发展必将会对计算机的性能提出更高的要求，主要是网络技术、信息压缩与数据融合、系统集成技术等3个方面。

（1）网络技术

　　进入20世纪90年代，随着网络技术尤其是异步传输模式（ATM）等高速网络技术的迅速发展，人类将进入一个全新的时代，即以网络为中心的计算时代，网络计算机是一个具有高度智能、并负责向网上用户提供诸种服务的巨型计算机。从计算机技术的角度分析未来的VR系统的特点，它将是一个交互、分布、实时和多维化信息的处理系统。故一个能简便地进行交互存取的分布式多维化信息网络便成为实现VR系统之关键技术。随着VR技术在网络上的推广与应用，数以亿万计的人们进入未来的网络，世界将变得愈来愈小，而人类的感知与认知能力将变得愈来愈强。由此可见，网络技术必将对VR系统产生更为深远的影响。

（2）信息压缩与数据融合技术

　　为使VR系统能实时地处理大量的多维化信息，一方面应尽量提高计算机的处理速度；另一方面亦应研究出更高效的信息压缩与数据融合的算法和技术。在VR系统中所进行观测活动状况下的图像处理，是基于交互作用的图像处理。故VR系统对图像处理便提出了更高的要求，不能将全部负担都压在计算机的硬件性能上，而应把研究新型、高效的数据压缩算法及研制专用数据压缩芯片、数据融合新技术与新算法作为关键技术予以突破。

（3）系统集成技术

　　在VR系统中存在由各种传感器所输出的数字和模拟信息，它们有的用声、图、文的形式表示；也有用视觉、听觉、力感、触感、味觉、嗅觉的方式表达。同时，在VR系统中还存在着虚拟和真实的环境，在该环境中有虚拟的对象和真实的人。这些信息中有实时与非实时、瞬变与缓变、可确定与不可确定、相互支持与互补或相互制约与矛盾等。如何将这些多维化信息、来自虚拟和真实对象的信息进行综合集成，使之协调一致，这是一项十分重要的关键技术，主要是靠VR系统中的核心，即虚拟环境生成器来完成。集成的目的旨在建立一个最优化结构、自适应、高性能、颇具竞争力的实时、互操作的大系统。
总之，要发展VR技术，必须做好关键工作：

　　①在方法上，大力开展VR建模、人机实时交互、VR生成与逼真感、虚拟现实与真实现实的一致性、多传感器数据/信息融合、系统设计分析及用户心理学等方面的研究。

　　②在设备上，大力增强三维传感、交互设备及立体显示设备的研制。

　　③在应用上，大力增强研究VR系统开发平台及分布式VR技术。

三、结束语

　　VR属于一种特殊设计的信息数据库，它可将数据库数据转换成可视化的三维视觉显示图像。利用这些数据描述二维或三维的图形与图像，构成三维的虚拟世界。VR并不是一幅图像、画面或一种声音，而是一种“体验”，对从未体验过的人而言，可将其解释为把人置身于一个全由计算机虚构的世界中去的一种手段。VR是信息科学领域中的新兴技术，它具有广泛深入研究的内涵和宽阔的应用前景，目前正引起多个学科领域的众多学者高度关注。

　　随着计算机技术，尤其是多媒体及可视化技术的迅猛发展，攻防对抗系统仿真是分布式交互仿真的重要应用领域及发展方向之一。攻防对抗虚拟现实中的人工干预技术也必须得到长足的发展。通过计算机的文字、图形、图像、声音、视频及动画等多媒体的输入输出，将使攻防对抗虚拟现实中的人工干预更为逼真、形象、自然，产生身临其境的效果。如可通过动画的方式与VR进程同步展示战场的推演态势，通过语言、文字等形式提示参与者进行人工干预；参与者可借助语言形式向计算机发布命令，亦可通过触摸屏模拟发射按钮的操作过程，对计算机进行人工干预等。由此可见，多媒体与VR的集成技术在攻防对抗中的广泛应用，亦是人工干预技术的发展方向。

　　随着多媒体技术的发展，多媒体技术与人-机界面相关技术的有机结合，必将日趋生动地改变着人-机界面环境和人的工作方式，它也必将对VR系统的应用及其整体效能产生深刻的影响。虚拟现实技术是人类智慧高度集中的具体体现，进入虚拟现实环境将会使人类的智慧得到更高的升华。

虚拟现实技术

　　虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔显示器（用来显示立体图象的头式显示器）或者配戴液晶眼镜或三维眼镜，手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术潜在的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。

　　虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。据外刊报道，美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习，就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成，使之更加符合21世纪的作战要求，还节约演习经费近20亿美元。

　　那么，什么是虚拟现实技术呢？简单地说，就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。它与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。比如，计算机虚拟的环境是一座楼房，内有各种设备、物品，操作者会如同身临其境一样，可以通过各种传感装置在屋内行走查看、开门关门、搬动物品；对房屋设计上的不满意之处，还可随意改动。显然，利用这种虚拟现实技术进行建筑、机械、兵器等设计修改，实施技术操作训练和军事演习活动要容易得多，也便宜得多。

　　虚拟现实技术一经应用，就向人们展示了诱人的前景，因而受到各国军界的青睐。从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面：一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等，为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。以增强其临场感觉，提高训练质量。二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服，戴上头盔显示器和数据手套，通过操作传感装置选择不同的战场背景，输入不同的处置方案，体味不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受力。如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习，建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实的”战场之上。

　　当然，虚拟现实还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异，容易引起头痛、眩晕等。

　　但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善，在军事领域的应用将会越来越广泛，发挥的作用也将会越来越大。


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