計算機虛擬現實關鍵技術淺析

羅術通 呂偉力

摘? 要：虛擬現實作為新時代發展的產物，能夠幫助信息技術更好的發展，同時也是信息技術一種延伸。目前人們生活、工作中，虛擬現實技術都在發揮著作用，并且逐漸被人們接受、使用。隨著社會的發展，虛擬現實技術已經形成全新的信息產業。該文主要先說明虛擬現實的概念，然后說出虛擬現實關鍵技術以及實現基礎，最后說明虛擬現實關鍵技術實現形式。

關鍵詞：計算機? 虛擬現實? 關鍵技術

中圖分類號：TP391 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0024-02

虛擬現實作為人類發展過程中出現的一種先進技術，有著非常高的綜合性，是由多種技術綜合到一起所形成的，能夠通過計算機模擬衍生出一種真實環境，從而構建出一個虛擬世界，用戶在這個世界中能夠感受到日常生活場景，也可以接觸到虛擬場景，其所構建的世界并不是現實中能夠看到的，但是通過交互體驗，人們能夠獲得最真實的感受。因此，虛擬現實技術自身需要具有自主性、交互性等多種特點，如果要想提升虛擬現實關鍵技術，就必須要抓住其中的重點問題，并且加以解決。

1? 虛擬現實的概念

虛擬現實又被稱之為VR，是近些年來隨著計算機信息技術不斷發展所出現的一種全新產物，在當代發展中開始逐漸被人們認知，人們在厭倦電子設備的情況下，虛擬現實技術因為其具有非常好的用戶體驗性，已經逐漸被人們用于各方面，受到人們的關注，人們可以通過視覺、聽覺來實現人機交互。虛擬現實的主要原理就是通過仿真技術來模擬生活場景、虛擬場景，能夠讓人們產生一種身臨其境的感覺，并且根據虛擬世界中的變化采取相應的應對，具有非常好的互動體驗[1]。

2? 虛擬現實關鍵技術

虛擬現實技術由兩部分組成，分別是實物虛化技術和虛物實化技術，將這兩種完美結合，才能夠讓人們有種真實的體驗。

2.1 實物虛化技術

實物虛化技術作為虛擬現實技術基礎，將現實環境中的信息轉化到計算機中，將其構建成虛擬環境[2]。

2.1.1 模型構建

如果想要保證虛擬現實技術能夠順利進行，第一步就需要構建虛擬環境，這就需要利用計算機技術進行建模，在建模過程中可以分為兩種，分別是真實場景和虛擬場景，當構建真實場景時所采集的數據需要準確，如果是構建虛擬場景，就需要以真實場景作為參考進行構建，先根據想要構建的環境獲取所需要的數據，然后根據收集到數據構建相應的模型，這也是虛擬現實形成的基礎[3]。在構建虛擬環境時，需要注意其空間、元素等多個方面，從而形成三維效果圖，在這過程中可以利用遙感技術能夠加入相對應的照片，這樣能讓虛擬場景看上去更加真實，還需要在這過程中保留現實生活中一些物理元素，比如材料、力度等，更加真實地展現所需要的場景，讓人們在運動或者是接觸時，能夠真實感覺到，還可以加入一些難以控制的元素，比如天氣、環境等，能夠讓人們在使用虛擬現實技術時更加具有體驗感。

2.1.2 空間跟蹤

在我們生活中已經存在很多虛擬現實體驗，比如說在VR游戲中，人們只需要帶上專門配置的頭盔等儀器，就能夠實現人機交互，完成游戲所要求的動作，這些設備就是信息傳感器，能夠將現實和虛擬進行有效聯系。儀器中系統主要可以分為光學和機械等多種類型，儀器大多數是由發射器、接收器和其他零件所構成，人們在佩戴儀器時，就能夠通過儀器控制虛擬世界中物體或者進行運動。以VR手套為例，人們在現實生活中去拿一件東西非常容易，但是在虛擬世界中如果操控鼠標就會變得復雜，使用VR手套就能夠模擬現實取東西的狀態，顯得更加真實，在這過程中手套就需要充分了解用戶自身數據，從而方便用戶在虛擬世界中進行運動[4]。

2.1.3 視聽追蹤

人最基礎的感官就是視覺和聽覺，那么在虛擬現實技術中，就需要將視頻攝像機轉移到平面陣列中，跟蹤光就會投射在平面上，所出現的影像會隨著時間的變化而變化，這也就是視聽跟蹤系統的計算原理，這樣才能夠準確地確定對象的位置。在虛擬世界中，精確度非常關鍵，這直接影響到用戶體驗，在研究視聽追蹤時還需要在這過程中考慮到操作范圍，大多數視聽追蹤技術都是用單一傳感器，效果有待加強，雖然使用多傳感器會提升虛擬技術精準度，但是同時也會增加系統難度，而且成本較高[5]。

2.2 虛物實化技術

人們在生活中能夠感受到身邊事物的變化，當計算機構建虛擬世界時，為了保證人們能夠獲得更加真實的體驗，就需要在虛擬現實中加入真實場景，借助相應儀器，將場景反饋給用戶。

2.2.1 視覺感知

將實物虛化后，人們能夠在虛擬現實中感受到物體的顏色、變化，給予用戶非常逼真的體驗，這些都是通過視覺感知所體現出來的，除去常見的頭盔裝置外，還有VR眼鏡、投影等多種設備，而且在這其中不僅有直視型，還有投影式等多種類型，用戶可以根據自身的需求自行選擇[6]。立體顯示技術也是虛擬現實技術中常見的一種技術，人們在觀看事物時，兩眼所看到的是具有視差的兩幅畫面，需要傳遞給大腦，然后進行反饋，人們才能夠獲得真實的視覺體驗，在虛擬現實中也同樣如此，立體現實技術能夠將所呈現的影像經過處理后反饋給用戶，增加用戶體驗性。

2.2.2 聽覺體驗

在虛擬世界中，如果要想真正地進入到其中，還需要加入聽覺，這樣才能讓用戶感覺更加逼真，聲音可以很好地彌補視覺上的不足。特別是在一些必須需要聽覺的虛擬世界上，聲音非常重要，比如一些恐怖游戲，聲音渲染氣氛要比視覺重要的多。在制作聲音效果時，人們主要是通過ITD進行定位，能夠準確地計算聲音到達兩耳的時間差，但是這種辦法有一定的缺點，無法進行單耳定位，因此現階段大多數使用的是相關傳遞函數，用這個來描述聲音的傳播。其中一種較為常見的聲音計算法叫HRTF，利用濾波原理來模擬耳廓音效，并且能夠進行單耳定位[7]。

2.2.3 觸覺感知

除了以上兩種還需要加入觸覺，這樣才能夠讓用戶沉浸其中，而且能夠體驗出虛擬現實的特點。比如在進行虛擬駕駛時，人們轉動方向盤可以感受到左右的晃動。觸覺感官涉及較多，比如在沙漠中行走，會感覺到吃力，在觸碰到某物體時會有對應的反饋。如果虛擬現實技術缺少觸覺感知，那么人們在觸摸物體時就感覺不到相應的效果。現階段，在虛擬現實技術中增加觸覺比較常見的方法有氣壓式、神經肌肉模擬等多種方法。

3? 虛擬現實關鍵技術實現基礎

3.1 意圖捕捉

這一環節主要是為了讓計算機能夠充分了解用戶想法，從而完成相應的操作，能夠理解用戶所輸入的信息。雖然這方面研究已經取得一部分進展，意圖捕捉技術水平有所提升，但是現階段，這方面技術支持還不夠成熟，很多地方存在問題。

3.2 人物捕捉

這部分主要包括人物感知和用戶呈現，比如人物的外貌、五官等，為此提供一些相關的信息，由相關的應用程序所采集的數據所構成。這一部分是虛擬現實技術中接觸最少，經驗最少的部分，目前還不能夠滿足人們的要求[8]。

3.3 環境捕捉和渲染

主要指的是感知和表現周圍環境的技術，目前在研究的公司有Next VR、Go Pro、Matterport，這種技術正在研究階段，也是虛擬現實技術其中重要的組成部分。環境渲染是在環境捕捉基礎上，為用戶創造更加真實的場景，用于虛擬世界中各種物體的渲染。

3.4 設計水平

虛擬現實關鍵技術具有一定的可用性，主要目的就是為了能讓用戶完整地表達出自己的想法和意向，并且能夠根據操作完成相應的動作。還具有一定的敘事性，為用戶提供相應的線索、信息，給予用戶很好的體驗，能夠激發用戶的興趣。

4? 虛擬現實關鍵技術的實現形式

4.1 動態環境建模技術

這種技術主要的目的就是為了能夠滿足現實的需要，根據相關數據在虛擬世界中模擬相應的場景，將其獲得的數據可以通過CAD技術和建模技術完成，兩者合作能夠獲得更完整的相關數據。

4.2 即時3D圖形生成技術

3D圖形生成技術發展較為迅速，而且人們所掌握的經驗也較為豐富，主要是能夠實時地根據要求形成相應的圖形。針對這種情況，人們在研究過程中就需要保證該技術的圖形刷新率需要保證在30幀/s，在保證圖形完整、質量合格的基礎上，讓刷新速度變快是該技術的主要研究目的。

4.3 三維顯示和傳感器技術

虛擬現實和用戶之間的聯系主要是通過傳感器和顯示屏進行，但是現階段虛擬現實技術的發展并沒有達到相應技術的要求。比如，頭盔反饋圖像過慢、顯示器分辨率沒有達到要求、設計沒有考慮全面等，設備的傳輸范圍和靈敏度都需要進行調整。

4.4 程序研發工具

虛擬現實技術的目的是能夠為人們提供一個良好的環境，激發人們的創作能力和豐富人們的想象力，適當運用相應的技術，就能夠提升計算機生產效率，保證程序應用的質量。所以，開發虛擬現實系統就成為構建虛擬世界的重要部分。

5? 結語

總體來說，隨著信息技術不斷的應用，虛擬現實正在改變著人們的觀念，讓人們對于空間、時間有了一個重新的認知。虛擬現實技術所應用的范圍越來越廣，不僅在影視中，更出現在游戲、科研、醫療等領域。雖然受到技術的限制，虛擬現實技術還沒有發展成熟，但是隨著人們的不斷研究，在未來發展中虛擬現實必然會成為人們生活中的一部分，并且對人類的發展有著非常重要的影響。

參考文獻

[1] 李波.計算機虛擬現實關鍵技術分析[J].網絡安全技術與應用，2019（6）：84-85.

[2] 任肖屹.計算機虛擬仿真技術分析及其應用[J].數字通信世界，2019（5）：79.

[3] 宗興寰.淺議計算機虛擬現實技術發展及應用[J].現代信息科技，2019，3（4）：91-93.

[4] 洪學銀.基于計算機虛擬現實關鍵技術分析[J].計算機產品與流通，2018（12）：3.

[5] 劉晉鋼.計算機虛擬現實技術在計算機教學中的運用[J].數字技術與應用，2018，36（10）：218-219.

[6] 肖祥.計算機虛擬現實技術在計算機教學中的應用研究[J].湖南郵電職業技術學院學報，2018，17（3）：38-40.

[7] 石嵐，席睿波.計算機虛擬技術在城市景觀規劃設計中的應用與開發研究[J].自動化與儀器儀表，2018（6）：59-61.

[8] 郭士琪.計算機虛擬現實關鍵技術研究[J].電腦迷，2017（7）：11.