David.Ko

虛擬與現(xiàn)實兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個詞放在一起，似乎沒有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。虛擬現(xiàn)實的明確定義不太好說，按最早提出虛擬現(xiàn)實概念的學(xué)者J.Laniar的說法，虛擬現(xiàn)實，又稱假想現(xiàn)實，意味著“用電子計算機合成的人工世界”。從此可以清楚地看到，這個領(lǐng)域與計算機有著不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現(xiàn)實的基本前提。

生成虛擬現(xiàn)實需要解決以下三個主要問題：

①以假亂真的存在技術(shù)。即，怎樣合成對觀察者的感官器官來說與實際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實環(huán)境一樣的視覺，觸覺，嗅覺等。

②相互作用。觀察者怎樣積極和能動地操作虛擬現(xiàn)實，以實現(xiàn)不同的視點景象和更高層次的感覺信息。實際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等。

③自律性現(xiàn)實。感覺者如何在不意識到自己動作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實感。

為了成功地開發(fā)這三大技術(shù)，虛擬現(xiàn)實必須處理好如下圖所示的各個要素之間的相互關(guān)系。在這里，觀察者、傳感器、計算機仿真系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構(gòu)成了一個相互作用的閉環(huán)流程。

今天，虛擬現(xiàn)實已經(jīng)發(fā)展成一門涉及計算機圖形學(xué)、精密傳感機構(gòu)、人機接口及實時圖像處理等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。虛擬現(xiàn)實技術(shù)分虛擬實景（境）技術(shù)（如虛擬游覽故宮博物館）與虛擬虛景（境）技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實環(huán)境生成、虛擬設(shè)計的波音777飛機等）兩大類。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非常廣泛，幾乎到了無所不包、無孔不入的地步，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)戰(zhàn)場環(huán)境，虛擬現(xiàn)實作戰(zhàn)指揮模擬，飛機、船舶、車輛虛擬現(xiàn)實駕駛訓(xùn)練，飛機、導(dǎo)彈、輪船與轎車的虛擬制造（含系統(tǒng)的虛擬設(shè)計），虛擬現(xiàn)實建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實手術(shù)培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實游戲，虛擬現(xiàn)實影視藝術(shù)等等方面的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的形成都有強烈的市場需求和技術(shù)驅(qū)動。

權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞?，勞和逸將真正結(jié)合起來，人們在享受環(huán)境中工作，在工作過程中得到享受；而且虛擬現(xiàn)實技術(shù)與美術(shù)、音樂等文化藝術(shù)的結(jié)合，將誕生人類的第九藝術(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在PC機上實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為可能。所以，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)的運行趨勢為單機桌面和互聯(lián)網(wǎng)兩種主要方式，因此，它對計算機硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也有很大的刺激作用。

在喧鬧都市的辦公室中忙碌了一天的人們，多么希望自己能一步跨入一個熱帶天堂。幻想一片一望無邊的海灘，挽起褲腿站在水邊，任憑海浪輕撫腳面，椰林隨風(fēng)清唱，海鷗自由翱翔，太陽在天際徐徐落下，余暉把海面染紅。這種想象能使許多人忘卻疲勞，他們在心中創(chuàng)造了一個使自己心曠神怡的幻境。但是如果那景象三維立體、細(xì)致入微，如果你能看到自己用手拾起一片貝殼，這個幻境就會變得活靈活現(xiàn)，你就會認(rèn)為自己實際已去過了那個海島。現(xiàn)在，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“休息機”可以為人們提供這種跨越空間的手段。

一個住宅小區(qū)的藍(lán)圖剛剛繪制完成，能否在動工之前，先讓未來的住戶們到自己的單元里面轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，對環(huán)境設(shè)施、房屋結(jié)構(gòu)、門窗位置以及裝修提出自己的意見？答案是肯定的：虛擬現(xiàn)實可以帶你走入未來。右圖就是美國麻省理工學(xué)院為國際空間站設(shè)計的虛擬顯示頭盔，宇航員可以在那里進行模擬訓(xùn)練。

虛擬現(xiàn)實（簡稱VR），又稱靈境技術(shù)，是以浸沒感、交互性和構(gòu)思為基本特征的計算機高級人機界面。他綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。VR技術(shù)具有超越現(xiàn)實的虛擬性。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心設(shè)備仍然是計算機。它的一個主要功能是生成虛擬境界的圖形，故此又稱為圖形工作站。目前在此領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的是SGI、SUN等生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的專用工作站，但近來基于Intel奔騰Ⅲ（Ⅳ代）代芯片的和圖形加速卡的微機圖形工作站性能價格比優(yōu)異，有可能異軍突起。圖像顯示設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現(xiàn)實世界的同時，提供高分辨率、大視場角的虛擬場景，并帶有立體聲耳機，可以使人產(chǎn)生強烈的浸沒感。其他外設(shè)主要用于實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實的交互功能，包括數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、運動跟蹤器、力反饋裝置、語音識別與合成系統(tǒng)等等。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。它始于軍事和航空航天領(lǐng)域的需求，但近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用已大步走進工業(yè)、建筑設(shè)計、教育培訓(xùn)、文化娛樂等方面。它正在改變著我們的生活。