认识虚拟现实技术：信息技术应用概论

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是通过先进的传感设备，由计算机产生一种集视觉、听觉、触觉等感觉于一体的沉浸交互式虚拟环境。而这个环境能够使用户感觉自己身处另外一个世界，并能在这个虚拟世界中与虚拟环境交互。整个社会对VR 的研究和开发源于20 世纪60 年代，VR技术是仿真技术与计算机图形学人机接口技术、图像处理与模式识别、多媒体技术、传感技术、网络技术、人工智能等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。

1）虚拟现实技术的特征

①多感知性：指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉和感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。

②存在感：指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。

③交互性：指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

④自主性：指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。

2）虚拟现实技术的关键技术

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉／力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

（1）实时三维计算机图形技术

相较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型，又有足够的时间，人们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。

（2）广角立体显示技术(www.xing528.com)

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

（3）用户（头、眼）的跟踪

在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。

跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

（4）感觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

（5）语音输入输出技术

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。如连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰唆。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。