隨著科技的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)世界日益與現(xiàn)實(shí)世界重疊。而虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)將現(xiàn)實(shí)徹底地、立體地虛擬化,人們將身在“太虛幻境”中,親自感受物質(zhì)生活外的虛擬時空。
虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)是一門新興的綜合信息技術(shù),融合了數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)等多方面信息技術(shù)。它通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)構(gòu)成三維數(shù)字模型,產(chǎn)生逼真的虛擬環(huán)境,在視覺上給用戶一種立體的虛擬環(huán)境。與通常的CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))系統(tǒng)所產(chǎn)生的三維模型不同,它不是一個靜態(tài)的世界,而是一個互動的環(huán)境。
虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)主要有以下四個特征:
第一, 強(qiáng)烈的臨場感。用戶在模擬環(huán)境中,能夠感到虛擬世界是真實(shí)存在的。
第二, 友好的交互性。交互性是指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。例如,用戶用手直接抓取環(huán)境中的物體時,手里會有握著東西的感覺,并可以感覺到物體的重量,視場中的物體也隨著手的移動而移動。
第三, 多感知性。除了具有一般計(jì)算機(jī)的視覺感知外,還具備聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。
第四,虛擬現(xiàn)實(shí)世界的自主性。也就是說虛擬環(huán)境中的物體會依據(jù)物理定律進(jìn)行動作。
技術(shù)基礎(chǔ)
具體講,虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)就是使用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技,生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境,用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生與親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。那么,這種虛擬的真實(shí)世界是如何形成的呢?首先,需要生成虛擬實(shí)體,虛擬實(shí)體主要是針對用戶的生理感覺而言;其次,用戶通過人生理的自然技能同這個環(huán)境進(jìn)行交互;最后,利用傳感器完成人和虛擬環(huán)境的交互。
從系統(tǒng)上看,虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)包括檢測模塊、反饋模塊、傳感器模塊、控制模塊以及建模模塊等。在該系統(tǒng)中,主要采用了動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)。
動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。使用動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)可以獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù),并利用獲得的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。采用CAD技術(shù)或非接觸式的視覺建模技術(shù)獲取三維數(shù)據(jù),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。該技術(shù)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)。
實(shí)時三維圖形生成技術(shù)。三維圖形生成技術(shù)的關(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,在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下,要保證圖形刷新率不低于15幀/秒,最好是高于30幀/秒。
立體顯示和傳感器技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力主要依靠立體顯示和傳感器技術(shù)?,F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要,虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍都有待提高。用戶通過傳感裝置可以直接對虛擬環(huán)境進(jìn)行操作,并得到實(shí)時的三維顯示和反饋信息(如觸覺、力覺反饋等)。空間跟蹤,主要是通過HMD(頭盔顯示器)、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等交互設(shè)備上的空間傳感器,確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在虛擬環(huán)境中的位置和方向。聲音跟蹤,利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。視覺跟蹤,使用從視頻攝像機(jī)到平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影,計(jì)算被跟蹤對象的位置和方向。
隨著科技的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)世界日益與現(xiàn)實(shí)世界重疊。而虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)將現(xiàn)實(shí)徹底地、立體地虛擬化,人們將身在“太虛幻境”中,親自感受物質(zhì)生活外的虛擬時空。
系統(tǒng)集成技術(shù)。由于虛擬現(xiàn)實(shí)中包括了大量的感知信息和模型,因此系統(tǒng)的集成技術(shù)變得至關(guān)重要。集成技術(shù)包括信息同步技術(shù)、模型標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型和識別技術(shù)等。