漫谈虚拟现实（Virtual Reality）

孙享卉

第一部分：虚拟现实的基本元件

VR是一种概念，并非只是一个programming language。我尝试将我所知道的写出来，如有不准确的地方，请各位高手补充。

我们可以想象当置身在一个虚拟空间里，虚拟的桌子上有一个虚拟小皮球，而当我们触碰到这些小球的时候，我们应该会有什么样的感觉？一般上，VR包括了几个主要的部分：

一，虚拟场景（virtual environment）

一个虚拟场景可以由非常简单的3D物件（3D object）比如小皮球，到非常复杂的3D实况场景（3D scene）。图1中是一个基本的小球场景，这个场景的主要构成部分是小球，策划者可以通过简单的绘图软件勾画出这些小球，然后在通过VR软件（比如VRML，WTK）将这些小球引用（load）在虚拟场景中。而比较复杂的场景如实况场景（图2），则需要通过比较长时间的绘制来建构。

（1）小球场景


（2）实况场景



二，输入系统/装备（input device）

回想一下，现在我们有了一个场景，我们在场景中放置了一张桌子，桌子上还放置了一个小球。现在，我们要去触碰这个小球，并让小球的表面产生因为我们的手指触碰产生出一个凹陷的地方，我们该如何做到？

我们需要将我们手指的位置“告诉”电脑，让电脑计算出我们的手指位置是否已经触碰（collision detection）那个小球。有几种方法可以让我们“告诉”电脑它所需要的资料。传统上，我们用键盘输入那些数据，不过这个方法不仅非常耗时间，也与我们现实中的经验不符合。现实生活中，我们只要将我们的手指放在我们所看到的那个球的表面就可以了，而不需要一个一个数据去输入。VR通过一些比较比拟现实的装备，让我们达到了这点，而不再需要一个一个数据输入。其中一个装备是感应器手套（VR hand glove）（图3）。感应器手套上装有感应器，能够测量出我们手指的姿势（比如是平掌或是握拳状）。此外，为了测量我们在虚拟空间的“定点”（coordinate），我们还需要3D定点感应器（图4）。通过这些装备，我们就能够“告诉”电脑，我们现在实在虚拟场景中的哪一个部分，而我们的手指，又是摆放在哪里了。电脑就会将这些数据直接计算出我们是否已经触碰了小皮球。

（3)手套感应器


（4）3维定点感应器



三，资讯回访装置（information feedback system）

人类有五官，眼看，耳听，身触，鼻嗅，口尝。VR是虚拟现实的技术，因为不可或缺的需要建构出一个与现实环境相似的场景。然而，现在的技术还没有办法达到鼻嗅和口尝的境界（除了少数通过刺激脑神经的方法可能达到，不过这些领域还不成熟，所以在此不谈）。在多媒体的世界里，人类眼看的所接触到的资讯是最多的，而VR的visual display可以通过几种方式来进行。最普遍的是在电脑荧光屏上显示，我们称之为desktop VR。不过desktop VR的局限性是参与者不会有太大的“身历其境”的感觉，因为参与者始终需要通过电脑荧光屏去和虚拟世界进行“交流”。除了desktop monitor之外，还有一种头戴式的显示器（head mounted display，HMD）（图5，图6）

（5）头戴式感应器（HMD）


（6）头戴式感应器（HMD）



除了desktop monitor和HMD以外，还有一种更加先进的是通过投影器将虚拟场景投射在一个银幕中，而参与者则佩戴上3D眼镜（图7），一个好的3D眼镜能够发出和电脑刷屏一样的频率，使到人的眼睛对三维的物体产生出深度（depth）的分辨能力，而能够让原本平面的图像制造出深远（far and deep）的效果（图8）。

（7）Crystal eyes， 3D眼镜


（8）戴上3D眼镜后，能够在投射荧幕上看到深度。


除了视觉回访（visual cues feedback）之外，还有一个成为研究热门的是触觉回访（haptic）。想象我们刚刚的小球，当我们的手指挤压小球的表面时，小球会产生一个凹陷，而相对的，我们的手指会感觉到小球的那股反作用力（reaction force），我们又是通过什么方法，让一个虚拟的物件能够对我们的手指产生与现实相同的反作用力的呢？

目前，比较常用的是一些模拟作用力装置（haptic device）（图9），手套的机械装置能够在数学模型（mathematical model）计算出那个虚拟小球会产生的反作用力后，在相关的手指部位进行力学模拟（force mapping）。因此，我们的手指就会被这些机械装置所牵动，而让我们手指的神经末梢有被挤压的感觉，就像是受到小球的反作用力一样。

（9）Haptic



总的来说，这里只是简单的介绍一个比较基本的VR装置，关于VR的用途，她的好处等等，还有很多需要考究。以下是其中两种VR的应用：

（10）驾驶模拟系统－VR driving simulator


（11）虚拟会议室－VR conference room


+ 50分
- tecsun

[ 本帖最后由 tecsun 于 3-4-2006 05:27 PM 编辑 ]

keechew

好贴~获益良多。

正好需要这些资料，谢谢你咯~