虚拟现实:想象世界的建造者

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  虚拟现实技术被视为当前全球科技界公认的一大“风口”。在今年年初的美国拉斯韦加斯国际消费电子产品展上,无人机和虚拟现实技术大放异彩。2016年内,一些厂商将纷纷推出以虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)、可穿戴设备等新技术为主的新产品,包括Facebook旗下Oculus Rift、三星Gear VR、索尼PlayStation VR以及HTC Vive等虚拟现实头盔。作为热门科技产业,虚拟现实吸引了科技爱好者的极大兴趣,而VR技术也成为时下最能逼真塑造科幻版世界的前沿科技。专家预测,2016年将成为国内虚拟现实产业爆发的元年。
  梦境制造者
  ——虚拟现实技术
  虚拟现实,这样高大上的名字,似乎只能在科幻大片或者世界顶级科技展中才可以看到。至今仍有很多人认为虚拟现实技术还是处于想象阶段的未来技术,其实不然,虚拟现实技术如今已经发展得相当成熟,如虚拟现实眼镜、虚拟现实头盔,还有游乐场里经常见到的虚拟现实体验馆等,虚拟现实技术已经实实在在地出现在人们的生活里。一定有人会问,虚拟现实技术是不是只是一种娱乐技术?答案当然是否定的。虚拟现实技术在医学、军事航天、室内设计、工业设计、房产开发、文物古迹保护等领域都有广泛的应用。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中,是一种多元信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的仿真系统,是观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉、力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等各种前沿科学技术交叉发展的产物。它的主要特点是多感知性、存在感、交互性、自主性。虽然近年来虚拟现实技术发展非常迅速,但还是有一些不成熟的方面,如佩戴虚拟现实设备很容易让人产生疲劳,操作不当会对人的眼睛等感觉器官造成伤害。科学在发展,技术在进步,由于虚拟现实技术有着巨大的市场潜力,很多高科技公司都投入到虚拟现实技术及其设备的研发当中,过不了多久,这位“梦境制造大师”肯定会为我们创造出更多神奇的虚拟世界和最舒适炫酷的体验。
  购物新体验
  ——虚拟购物
  随着网络技术的不断成熟,电子商务也在悄然兴起,它的出现和发展使得人们的日常生活和工作方式发生了巨大变化。然而,传统的电子商务购物平台在购物体验方面却显得不够直观,顾客只能在商家的网页上看到固定的文本介绍和商品的静止图片,这些信息非常有限,顾客无法根据自己的要求从任意角度去观察物品,有时这些信息根本无法全面地展示一件商品,既缺少了顾客与商品的交互性,又从另一方面限制了电子商务的发展。
  虚拟购物的出现恰恰弥补了这一缺陷。虚拟购物系统在Windows环境下,运用VRML语言编写,建立模型和脚本处理,部分复杂模型导入3DSMAX模型、HTML页面消息处理,工具采用VrmlPad编辑器,系统功能组成模块包括:登陆模块、漫游模块、商品信息模块、展示牌模块、广告牌模块、音频播放模块。通过这些功能模块实现了一种新颖的购物方式,将虚拟现实技术应用在电子商务领域,构建了一种接近现实场景的虚拟购物商店。顾客在这种虚拟的环境中如身临其境,好像进入了一个真实的购物中心,在这里人们可以随意选择自己喜爱的商品,更可以360度观察商品,带来一种直观、全面的购物体验。
  在现代社会经济科技高速发展的大背景下,互联网已经融入社会的各个领域中,给人们的生活与工作带来了极大的便利。与此同时,人们对网络的依赖也越来越强烈,网络正在不知不觉中改变着人们的生活状态和生活方式。作为新型购物方式与时尚生活方式之一的虚拟购物,也正随着互联网的普及而发展,成为赛博空间中又一重要领域,受到了包括经济学家和社会学家在内的广大学者以及社会不同群体的关注。
  虚拟现实技术的游戏世界
  时至今日,虚拟现实技术在游戏领域的应用,从最初的文字游戏,到二维游戏、三维游戏,再到网络三维游戏,游戏在保持其交互性和实时性的同时,逼真度和沉浸感也正在一步步地提高和加强。可以说,电脑游戏自产生以来,一直都在朝着虚拟现实的方向发展,虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。
  那么,电子游戏领域中虚拟现实究竟运用了哪些特殊的技术呢?最普遍的便是体感交互技术,它实现了玩家利用身体或周围物体的移动来操纵应用,从而可以完全摆脱传统的鼠标键盘和复杂的动作捕捉设备。用户通过利用自己的身体或自己周围物体的移动来操纵应用,对虚拟现实应用来说,大大降低了使用门槛,扩大了虚拟现实应用的范围,增加了虚拟现实表现的真实感,带来了一次全新的革命。
  在这样的体感游戏中,所用到捕捉人体动作的方式也有多种,常见的就是使用一个或多个摄像头来捕捉用户的姿势,或利用用户移动来控制屏幕上的任务。在计算机系统中,一般装有相应的软件对摄像头捕捉的图像进行深度图像处理和骨架跟踪,可以利用多达15个捕捉节点识别到人体关节点位置信息来追踪人体的动作,并将这些动作反馈到计算机中进行交互;有时还可以通过佩戴有特殊色彩的辅助装置来增强检测效果;也可以通过检测用户手中安装有各类传感器和无线发射装置的手持设备,接受手持设备的信号来识别人体动作,并将其转换成游戏软件中所需的控制命令来更好地控制游戏中的虚拟世界。
  其次,为了增强游戏过程中的沉浸性与真实感,立体显示技术与三维虚拟声音生成技术以及触觉反馈技术,都是虚拟现实技术在游戏中的几项重要运用。
  视觉效果是电子游戏机最重要的功能之一,因而显示技术尤其是立体显示技术,是电子游戏机的重要支撑技术。为了增强游戏过程中的沉浸性,当前虚拟现实游戏机通常采用的显示器,有台式立体显示器和头盔式显示器两种。台式立体显示器的显示屏幕上,会以一定的频率交替来显示生成的左右眼视图,游戏过程中用户需要佩戴立体眼镜,使左右眼只能看到屏幕上对应的相应视图,最终在人眼视觉系统中形成立体成像。   在刘慈欣的科幻小说《三体》中,科学家汪淼穿上虚拟现实装备进入三体游戏世界的情境,想必给不少读者留下深刻印象,这种游戏过程中的沉浸体验正是借助VR头盔得以实现。头盔式显示器是虚拟现实系统普遍采用的一种立体显示设备,它通常安装在头部,在头盔显示器的屏幕上显示图像。VR头盔通常由两个显示器分别向两个眼睛提供图像,两个图像存在微小差别,类似于“双眼视差”。由于头盔上安装有头部位置跟踪装置,该装置还可以检测用户头部的位置,然后将其传送给计算机装置,计算机能够根据用户头部的运动实时显示,改变用户视野的三维视线范围。VR头盔的应用使电子游戏机的“沉浸性”得到了增强,并丰富了电子游戏机的表现力。
  对于电子游戏而言,声音输出与图像显示一样重要,三维虚拟声音与人们熟悉的立体声音不同,三维虚拟声音能使用户感受到声音是来自围绕双耳的一个球形中的任何地方,即声音可能出现在头部的上方、前方或后方。三维虚拟声音的应用使用户能够准确地判断出声源的精确位置,符合人们在真实环境中的听觉方式,增强了游戏的真实感。
  最后,触觉反馈也是一项重要的被运用在游戏中的虚拟现实技术。触觉反馈是指在人机交互的过程中,计算机对操作者的输入做出响应,并通过触觉反馈设备,作用于操作者的游戏过程。
  当虚拟现实遇上传统医疗
  自虚拟现实技术诞生以来,研究人员一直在探求其在医疗领域内的运用。2003年,虚拟现实技术在世界范围内价值近430亿美元,较2002年增长了9.8%,其中,医学和生物技术领域通过虚拟现实技术创造了87亿美元。随着技术的发展,最初的计算机辅助手术系统已经发展到可以针对不同的外科手术进行辅助规划,由原来的导航、观摩形式,发展成为可操作、可交互的虚拟仿真系统。
  在手术培训方面,虚拟现实系统可提供理想的培训平台,受训医生可观察高精度三维人体图像,并通过力反馈设备模拟触觉,让受训者在切割组织时感受到器械的压力,感觉就像在真实的人体上手术一样。
  而在临床诊断方面,利用三维重建及虚拟现实技术已经开发出许多虚拟内窥镜的软件,可以使医生的视线在病人体内甚至毛细血管中自由航行。这种动态的现实显示对临床诊断具有无比宝贵的价值。
  虚拟现实利用特定的交互工具,如感传手套和数字头盔,模拟真实操作中的虚拟环境,用户在操作过程中有身临其境的感觉,可以广泛地应用于手术培训、手术预演、临床诊断、远程干预、医学教学等各个环节,为医疗技术的发展带来极大的便利。
  虚拟现实,数不尽的应用领域
  你听说过虚拟军事吗?它就是虚拟技术在军事领域的应用。虚拟军事就是指利用虚拟仿真技术进行模拟战局、战略、战术的方法。利用虚拟现实技术,根据侦察情况资料合成出战场全景图,让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况,以便判断敌情,定下作战策略。虚拟现实技术可以在很大程度上解决真实作战训练中的费用过高、危险、受真实环境限制等许多实际问题,所以倍受各国军方的青睐。
  如今,美军在研发和利用该技术中一直处于领先地位,与此同时,我国也在虚拟现实技术的军事研究与开发上,未曾停下前进的脚步。
  虚拟现实技术在室内设计方面的应用,概括来讲,就是它利用3D全景、环境建模等多项技术,以视觉形式反映了设计者的思想。比如装修房屋之前,你首先要做的事情是对房屋的结构、外形做细致的构思,为了使之量化,你还需设计许多图纸。当虚拟现实技术来临后,人们就可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境,使以往传统的设计模式提升到数字化——即看即所得的完美境界。此刻,设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间,并可以任意变换自己在房间中的位置,去观察设计的效果,直到满意为止。这么一来,就大大提高了设计和规划的质量与效率。
  虚拟校园也是虚拟现实技术在教育领域中最早的具体应用。简单的虚拟校园环境供游客浏览,基于教学、教务、校园生活,功能相对完整的三维可视化虚拟校园以学生为中心,加入一系列人性化的功能,来方便学生学习校园生活。
  此外,虚拟现实技术在城市规划、建筑设计、航空航天、工业设计、人工智能、旅游服务、文物古迹保护等诸多方面都大有发展空间。
  经过半个多世纪的演进和积累,虚拟现实正处在抵达技术临界点的前夜,在全球范围内也正在掀起VR商业化普及化的浪潮。2016年被称为VR产业爆发元年,在可见的未来,VR技术在消费、旅游、医疗、体育等各个领域的运用将会越来越广泛,与普通人的关系也会越来越紧密。
  据科普中国
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