虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用

文/高鵬

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要以信息技術(shù)為核心，可以將人們的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)等融為一體的沉浸交互式虛擬環(huán)境，用戶在這個(gè)三維環(huán)境中可以與物體展開(kāi)交互，為用戶帶來(lái)更加真實(shí)的體驗(yàn)感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)仿真手段代替生活中比較危險(xiǎn)的、難以達(dá)到的場(chǎng)景，給人以如臨其境般的感受。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種環(huán)境仿真技術(shù)，它是隨著計(jì)算機(jī)仿真、圖像處理、傳感器技術(shù)等發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)下，隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為什么的生活帶來(lái)翻天覆地的變化，并在一些特有領(lǐng)域中發(fā)揮其重要價(jià)值。在二十世紀(jì)中期，有聲模擬的出現(xiàn)標(biāo)志著虛擬技術(shù)開(kāi)始形成，而到了二十世紀(jì)末期，在有聲模式的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了新型的仿真技術(shù)以及傳感技術(shù)，這為模擬技術(shù)的發(fā)展提供了新思路，也標(biāo)志著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸成熟化。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是通過(guò)環(huán)境模擬、人機(jī)交互以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進(jìn)行衡量的，核心技術(shù)是環(huán)境模擬，可以利用人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)來(lái)增強(qiáng)人們的體驗(yàn)的真實(shí)性；網(wǎng)絡(luò)通信可以實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器部件連接的主要手段；人機(jī)交互通過(guò)一些硬件設(shè)施來(lái)保證環(huán)境模擬效果，需要相應(yīng)的設(shè)備以及硬件支持，如虛擬頭盔等。

2 環(huán)境模擬

2.1 虛擬視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)

我們?nèi)搜壑饕抢靡暰W(wǎng)膜成像的原理，并通過(guò)視覺(jué)神經(jīng)的配合來(lái)觀看三維圖像。我們?cè)谂搜鄢上裨砗螅枰M人眼來(lái)進(jìn)行視覺(jué)構(gòu)建，就如同觀看3D 電影那樣，當(dāng)我們佩戴3D 眼鏡后，會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕上的圖像信息由2D 變成3D 效果，這是3D 眼鏡具有一定的圖像處理效果，將圖像傳遞到人們視覺(jué)神經(jīng)，由視覺(jué)神經(jīng)輸出并形成三維圖像，給人以身臨其境的感受。要想保證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以準(zhǔn)確的傳遞到人們視覺(jué)神經(jīng)中，就需要利用CRT 顯示器、頭盔顯示器等技術(shù)來(lái)保證增強(qiáng)畫(huà)面立體感。雖然這種方式呈現(xiàn)出的三維圖像會(huì)存在一定的缺陷，如成像不自然、增加人眼疲勞感等。

聽(tīng)覺(jué)模擬技術(shù)與音頻技術(shù)有著密不可分的關(guān)聯(lián)。聽(tīng)覺(jué)模擬重點(diǎn)在聲音模擬的準(zhǔn)確性以及聲源方位性，它們都是聽(tīng)覺(jué)模擬中關(guān)鍵的技術(shù)手段，因?yàn)槁?tīng)覺(jué)信息往往不會(huì)單獨(dú)存在，它需要其它感官信息的配合，尤其是在某個(gè)特定的環(huán)境場(chǎng)景中都需要保證聲音高度真實(shí)，這也會(huì)對(duì)人們虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感受帶來(lái)直接影響。

2.2 虛擬觸覺(jué)

虛擬觸覺(jué)也是虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的重要組成部分，對(duì)人們的物理反應(yīng)帶來(lái)直接的影響，也是身體聯(lián)動(dòng)的最直接方式之一。而要想達(dá)到聯(lián)動(dòng)效果，就需要保證人體能感知到信息從而做出相應(yīng)的反應(yīng)，一般來(lái)說(shuō)，人的感知力是非常敏感的，一般的裝置也難以滿足人們感知的需求，這也為我國(guó)虛擬觸覺(jué)裝置帶來(lái)一定考驗(yàn)，因?yàn)橛|覺(jué)系統(tǒng)好壞會(huì)影響最終的虛擬現(xiàn)實(shí)效果，因此，人們正積極開(kāi)展器官聯(lián)動(dòng)的方式來(lái)促進(jìn)觸覺(jué)感知，并取得一定成效，但多需要視覺(jué)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

當(dāng)下，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域中都以開(kāi)展對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，并取得良好的應(yīng)用效果，雖然此項(xiàng)技術(shù)還尚未完全發(fā)展成熟，但基本規(guī)模已經(jīng)相對(duì)完善，下面將對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)軍事、醫(yī)療以及教育領(lǐng)域中應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單概述。

3.1 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)作為信息化的技術(shù)手段，傳統(tǒng)的訓(xùn)練方式無(wú)法還原戰(zhàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，而通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，則可以很好地去解決這個(gè)問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)軍事裝備實(shí)際情況來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，在這種環(huán)境下，士兵會(huì)利用相應(yīng)的硬件設(shè)施來(lái)融入到虛擬環(huán)境中，并通過(guò)模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、武器裝備以及作戰(zhàn)人員的方給人以身臨其境的感受，也便于士兵做出相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)。除此之外，作戰(zhàn)模擬也需要戰(zhàn)隊(duì)成員間相互配合，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以很好地實(shí)現(xiàn)這一要求，利用網(wǎng)絡(luò)信息傳遞來(lái)保證士兵間的良好溝通，為了提高作戰(zhàn)真實(shí)性，對(duì)于在模擬作戰(zhàn)中死亡的士兵還會(huì)中斷其與隊(duì)友的聯(lián)系，使作戰(zhàn)場(chǎng)景更加豐富，對(duì)作戰(zhàn)人員也帶來(lái)一定的考驗(yàn)。

3.2 訓(xùn)練場(chǎng)模擬應(yīng)用

除了戰(zhàn)場(chǎng)模擬外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以應(yīng)用到訓(xùn)練場(chǎng)模擬中來(lái)，由于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景很難滿足單兵訓(xùn)練的需要，且很容易受到外部環(huán)境的影響，從而大大降低了訓(xùn)練效果。而通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以建立各種現(xiàn)實(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練場(chǎng)景，如暴雨、沙塵、負(fù)傷等，滿足不同場(chǎng)合訓(xùn)練需要。同時(shí)還可以利用立體頭盔、數(shù)據(jù)服等設(shè)備來(lái)增強(qiáng)模擬效果，對(duì)士兵心理素質(zhì)以及作戰(zhàn)水平帶來(lái)一定考驗(yàn)。與傳統(tǒng)實(shí)地訓(xùn)練相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高士兵的作戰(zhàn)效率，場(chǎng)景體驗(yàn)感強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)單，相信隨著科技水平的提升，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在訓(xùn)練場(chǎng)景模擬中的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越先進(jìn)，也必將會(huì)成為今后軍事訓(xùn)練的重要手段。

3.3 教育領(lǐng)域應(yīng)用

我國(guó)教育領(lǐng)域也積極開(kāi)展了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)教學(xué)模擬以及虛擬校園構(gòu)建等方式，模擬一些無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作場(chǎng)景，來(lái)提高教學(xué)有效性，增強(qiáng)學(xué)生的感官體驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。如在地理課堂、生物課堂教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法只能通過(guò)視頻課件、圖片等方式來(lái)為學(xué)生展示板塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及洋流運(yùn)動(dòng)等相關(guān)內(nèi)容，這種方式雖然可以將一些地理課程直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，并且利用立體頭盔等一些傳感設(shè)備來(lái)促進(jìn)學(xué)生與課程間的交融，從而大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也能夠使教學(xué)質(zhì)量得到保證。此外，像一些需要做實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，如物理、化學(xué)等學(xué)科要想完整的將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容展示出來(lái)，需要一定的教學(xué)設(shè)備以及教學(xué)條件，同時(shí)一些具有危險(xiǎn)性的操作是教師無(wú)法展示的，而通過(guò)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在虛擬環(huán)境中建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，給學(xué)生帶來(lái)更真實(shí)的學(xué)習(xí)感受，但這種方法通常只適用于課堂教學(xué)，在一些科研領(lǐng)域中還需要展開(kāi)進(jìn)一步探究。

3.4 虛擬校園構(gòu)建

虛擬校園構(gòu)建也是當(dāng)下較為重要的課題，學(xué)校的主要職能是教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的虛擬環(huán)境，也就是虛擬校園，在虛擬校園中結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)條件展開(kāi)合理的課程設(shè)置，還可以通過(guò)教務(wù)處理的方式來(lái)提高教學(xué)有效性。如此學(xué)生便可以利用遠(yuǎn)程方式來(lái)訪問(wèn)虛擬學(xué)校，并選擇自己所感興趣的活動(dòng)，從而大大提高教育效率，還能夠減少不必要的教育支出，但這種手段不能代替正常教學(xué)活動(dòng)，如果過(guò)于依賴(lài)反而會(huì)影響學(xué)生之間的交流，應(yīng)展開(kāi)合理使用。

3.5 交通運(yùn)輸應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)交通的仿真，可以建立可視化的交通場(chǎng)景再現(xiàn)，分析在不同交通環(huán)境下可能出現(xiàn)的交通行為，從而找出合理的解決方法，對(duì)當(dāng)下我國(guó)交通運(yùn)輸設(shè)計(jì)、管理等方案展開(kāi)合理測(cè)評(píng)，并進(jìn)行積極改正，虛擬現(xiàn)實(shí)交通需要通過(guò)建立仿真場(chǎng)景、交通仿真以及人機(jī)交互等方式來(lái)展開(kāi)的。同時(shí)，需要結(jié)合不同對(duì)象來(lái)對(duì)仿真環(huán)境進(jìn)行具體分類(lèi)，如軌道交通仿真、航空交通仿真以及行人仿真等等，

其目的是為了給行人提供更安全、便利的交通環(huán)境，通過(guò)行人的感知來(lái)做出相應(yīng)的改進(jìn)，使交通設(shè)計(jì)朝著更加人性化的方向發(fā)展。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)前景展望

盡管當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用，并取得良好的應(yīng)用效果，但這種技術(shù)也存在一定的缺陷，還沒(méi)有正式的融入到人們?nèi)粘Ｉ钪?，具體體現(xiàn)在：首先體驗(yàn)效果方面存在問(wèn)題?，F(xiàn)階段我國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無(wú)法有效的開(kāi)展生態(tài)立體化的環(huán)境模擬，在與人進(jìn)行交互的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)慢、靈敏性差的缺陷，一些敏感項(xiàng)目主要集中在游戲體驗(yàn)中；其次研究?jī)?nèi)容過(guò)于于單一。綜上所述，目前我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的研究多集中在視覺(jué)環(huán)境模擬上，在其他感官方面的研究還稍顯不足，雖然人們多更關(guān)注自己的視覺(jué)感官體驗(yàn)，但如果只重視覺(jué)感官體驗(yàn)而忽視其它感官體驗(yàn)，用戶的整體感受會(huì)大大下降，對(duì)最終的模擬效果也會(huì)帶來(lái)影響；再次體驗(yàn)感不足。在已有的虛擬環(huán)境條件下，體驗(yàn)人員無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間去感受虛擬場(chǎng)景，有著一定的疲勞作用，給人身體帶來(lái)一定的不適，還需進(jìn)一步改進(jìn)；最后技術(shù)的復(fù)雜性以及市場(chǎng)化問(wèn)題。當(dāng)下我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不論從內(nèi)部代碼還是平臺(tái)開(kāi)發(fā)對(duì)技術(shù)要求較高，且程序復(fù)雜，這也是阻礙虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入人們生活中的關(guān)鍵因素，希望可以不斷的改進(jìn)、簡(jiǎn)化步驟。此外，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及設(shè)備較貴，且用戶體驗(yàn)感一般，這也限制了其今后的發(fā)展空間，要想對(duì)其進(jìn)行市場(chǎng)化推廣，首先要解決成本方面的問(wèn)題，但不論哪種限制因素，都不可否認(rèn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的先進(jìn)性，相信隨著科技水平的提升，今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一定會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間，智能時(shí)代的到來(lái)它也將對(duì)人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)積極的改變。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)有著無(wú)線潛力的高新技術(shù)領(lǐng)域，雖然當(dāng)下虛擬技術(shù)在我國(guó)軍事、教育、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中都取得了良好的應(yīng)用效果，但仍存在一定的不足之處，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一定會(huì)蔓延到各個(gè)領(lǐng)域，融入到人們的生活中來(lái)，為人們提供更多的便利。