計(jì)算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的應(yīng)用

江麗麗

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院徐州221011）

計(jì)算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的應(yīng)用

江麗麗

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院徐州221011）

早期的計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)和字，現(xiàn)在多媒體計(jì)算機(jī)能夠綜合處理聲、文、圖信息，使多種信息建立邏輯連接集成為一個(gè)系統(tǒng)，并具有交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中一項(xiàng)發(fā)展最快的多學(xué)科綜合技術(shù)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。本文綜述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念及原理。

虛擬現(xiàn)實(shí) 概念 原理

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀

2016年被譽(yù)為是V R行業(yè)真正的元年，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）即虛擬現(xiàn)實(shí)，是利用仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，人機(jī)界面技術(shù)，多媒體技術(shù)，傳感器技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等產(chǎn)品，是一個(gè)集計(jì)算機(jī)最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的人機(jī)交互的新手段。VR眼鏡是一個(gè)跨時(shí)代的產(chǎn)品，不僅為每個(gè)愛(ài)好者帶來(lái)驚喜和快樂(lè)的體驗(yàn)，更因?yàn)閷?duì)它誕生與前景的未知而深深著迷。虛擬現(xiàn)實(shí)具有廣泛的應(yīng)用，重點(diǎn)研究心理學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、電子學(xué)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合技術(shù)，研究醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，虛擬化是通過(guò)組合或分割現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源（CPU，存儲(chǔ)器，磁盤(pán)空間等）來(lái)呈現(xiàn)作為一個(gè)或多個(gè)操作環(huán)境呈現(xiàn)的資源，從而提供比原始資源配置更好的性能的技術(shù)。虛擬化是將物理資源轉(zhuǎn)化為邏輯上可管理的資源，以破物理結(jié)構(gòu)之間的障礙。未來(lái)，所有資源都是透明的，虛擬世界運(yùn)行在各種物理平臺(tái)上，資源管理將以邏輯方式進(jìn)行，充分實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)分配，虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)它的理想工具。虛擬化環(huán)境需要協(xié)調(diào)多種技術(shù)：服務(wù)器和操作系統(tǒng)虛擬化，存儲(chǔ)虛擬化，以及系統(tǒng)管理，資源管理和軟件提交，與非擬化環(huán)境一致的應(yīng)用程序環(huán)境。由于虛擬化，企業(yè)不再需要耗資巨大建立數(shù)據(jù)中心，就以進(jìn)行異地備份，這對(duì)用戶(hù)非常有吸引力。

二、實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段

虛擬化的終極體驗(yàn)是真實(shí)感，所謂真實(shí)感繪制是指計(jì)算機(jī)再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景過(guò)程。真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)對(duì)象的物理屬性，即物體的形狀，光學(xué)屬性，表面紋理和粗糙度以及物體之間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系。所謂實(shí)時(shí)繪制是指當(dāng)用戶(hù)觀點(diǎn)改變時(shí)，他看到場(chǎng)景需要更新，保證圖形顯示更新速度必須跟上觀察速度，否則會(huì)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，消除滯后現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)必須每秒產(chǎn)生10-20幀的圖像。傳統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)渲染算法追求圖形的高質(zhì)量和真實(shí)性，而不是嚴(yán)格要求每幀的渲染速度。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)3D渲染需要實(shí)時(shí)圖形生成，可用時(shí)間有限的計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在目前的計(jì)算機(jī)圖形級(jí)別上，只要有足夠的時(shí)間來(lái)計(jì)算，就可以生成準(zhǔn)確的像照片般的計(jì)算機(jī)圖像。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所需的實(shí)時(shí)圖形，由于時(shí)間限制，我們必須減少虛擬環(huán)境的幾何復(fù)雜性和圖像質(zhì)量，使用其他技術(shù)如紋理映射，環(huán)境映射，抗鋸齒以提高虛擬環(huán)境的保真度。下面來(lái)簡(jiǎn)單敘述上述幾種方法：

1、紋理映射是將紋理圖像帖子簡(jiǎn)單物體的幾何表面，以近似描述物體表面的紋理細(xì)節(jié)，加強(qiáng)真實(shí)性。貼上圖像實(shí)際上是個(gè)映射過(guò)程。紋理映射是一種簡(jiǎn)單、有效改善真實(shí)性的措施。它以有限的計(jì)算量，大大改善顯示逼真性。實(shí)質(zhì)上，它用二維的平面圖像代替三維模型的局部。

2、環(huán)境映照，具體來(lái)講，一個(gè)點(diǎn)的環(huán)境映照可通過(guò)取這個(gè)點(diǎn)為視點(diǎn)，將周?chē)鷪?chǎng)景的投影變形到一個(gè)中間面上來(lái)得到的，中間面可取球面、立方體、圓柱體等。這樣，當(dāng)通過(guò)此點(diǎn)沿任何方面視線(xiàn)方向觀察場(chǎng)景時(shí)，環(huán)境映照都可以提供場(chǎng)景的完全、準(zhǔn)確的視圖。

3、反走樣，就是在繪制過(guò)程中的一個(gè)走樣問(wèn)題，防止圖形的失真。

關(guān)于真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)，具體有以下幾種技術(shù)：基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)（3D剪切、可見(jiàn)消隱、細(xì)節(jié)層次模型），基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。基于圖像的繪制技術(shù)（Image Based Rendering，IBR），完全摒棄了傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列已知的圖像中生成未知視角的圖像。基于圖像的繪制技術(shù)是基于一些預(yù)先生成的場(chǎng)景畫(huà)面，對(duì)接近與視點(diǎn)或視線(xiàn)方向的畫(huà)面進(jìn)行交換、插值與變形，從而快速得到當(dāng)前視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫(huà)面。

三、三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，聽(tīng)覺(jué)信息僅次于視覺(jué)信息的第二傳感信道，向人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)提供聲音顯示的聽(tīng)覺(jué)通道，而且還創(chuàng)建了一個(gè)虛擬世界，是重要的組成部分。為了提供現(xiàn)實(shí)主義，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)加入視覺(jué)平行于三維虛擬聲音，可以增強(qiáng)虛擬世界以增強(qiáng)沉浸和交互性，而且還可以減少大腦的視覺(jué)依賴(lài)性，減少感覺(jué)視覺(jué)信息浸沒(méi)。

三維虛擬聲音與立體聲音不同，立體聲音有左右聲道之分，聽(tīng)者感覺(jué)聲音是來(lái)自與某一個(gè)平面，而三維虛擬聲音，聽(tīng)者感覺(jué)到的聲音是來(lái)自圍繞聽(tīng)者雙耳的一個(gè)球形中的任何地方，即聲音可能出現(xiàn)在頭的上方、后方或者前方。三維虛擬聲音系統(tǒng)中最核心的技術(shù)是三維虛擬聲音定位技術(shù)，他的主要特征有全向三維定位特性（3D steering）、三維實(shí)時(shí)跟蹤特性（3D Real-Time Localization）、沉浸感與交互性。

三維虛擬聲音技術(shù)系統(tǒng)中包含語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音合成技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別（ASR）是指將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為由計(jì)算機(jī)程序識(shí)別的字符信息，從而識(shí)別語(yǔ)音指令和文本內(nèi)容的技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別通常包括參數(shù)提取，參考模式建立，模式識(shí)別和其他過(guò)程。語(yǔ)音合成技術(shù)（Text to Speech，TTS）是指用人工的方法生成語(yǔ)音的技術(shù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)合成語(yǔ)音時(shí)，如何能做到聽(tīng)話(huà)人能理解其意圖并感知其情感，一般的“語(yǔ)音”要求是可以理解的，清晰的，自然的，表達(dá)的。

四、總結(jié)

正如其它新興科學(xué)技術(shù)一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。隨著虛擬我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，雖然這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的，應(yīng)用前景也是很廣闊的，但仍存在著許多尚未解決的理論問(wèn)題和尚未客服的技術(shù)保障。客觀而論，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所取得的成就，絕大部分還僅僅限于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力，僅僅是剛剛開(kāi)始涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的集合作用問(wèn)題。只有當(dāng)真正開(kāi)始涉及并找到對(duì)這些問(wèn)題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí)，人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底地克服了。

[1]曲文堯.杜玉霞.共同發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程.2013年12期.

[2]郭芳銘.李俊.楊剛.王煒.欣詠.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子顯微鏡操作模擬中的應(yīng)用[J].電子顯微學(xué)報(bào).2014年03期.

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[4]林敬亭.范文潔.工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程教學(xué)改革研究[J].福建電腦.2015年04期.

[5]劉俊芳.虛擬場(chǎng)景生成及優(yōu)化技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué).2011年.

The Application of Computer Technology in Virtual Reality(VR)Technology

Jiang Lili
（Jiangsu College of Safety Technology Xuzhou 221011）

Early computers can only deal with numbers and words，multimedia computers can now deal with sound，text，map information，a variety of information to establish a logical connection integrated into a system，and interactive. Virtual reality technology is one of the fastest growing multidisciplinary technologies in the computer field，and has been widely used in many fields.This paper reviews the concept and principle of virtual reality technology.

Virtual Reality(VR) Concept Principle

TP37

A

161031-7406

江麗麗（1981～）女，漢，江蘇興化人，專(zhuān)業(yè)帶頭人，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。