虛擬現實技術是什麼 虛擬現實關鍵技術詳解

  摘要:最近大熱備受關注的VR技術到底是什麼?虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的電腦倣真系統它利用電腦產生一種模擬環境是一種多源資訊融合的互動式的三維動態視景和實體行為的系統倣真使用戶沉浸到該環境中。

  【VR技術】虛擬現實技術是什麼 虛擬現實的關鍵技術

  VR技術 是什麼

  虛擬現實技術是倣真技術的一個重要方向是倣真技術與電腦圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網路技術等多種技術的集合是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術 (VR) 豐要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設各等方面。模擬環境是由電腦產生的、即時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的 VR 應該具有一切人所具有的感知。除電腦圖形技術所產生的視覺感知外,還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知,甚至還包括嗅覺和味覺等,也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動,眼睛、手勢、或其他人體行為動作,由電腦來處理與參與者的動作相適應的數據,並對用戶的輸入作出即時響應,並分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維互動設備。

  虛擬現實的關鍵技術

  虛擬現實是多種技術的綜合,包括即時三維電腦圖形技術,廣角(寬視野)立體顯示技術,對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術,以及觸覺 / 力覺反饋、立體聲、網路傳輸、語音輸入輸出技術等。下面對這些技術分別加以說明。

  即時三維電腦圖形

  相比較而言,利用電腦模型產生圖形圖像並不是太難的事情。如果有足夠準確的模型,又有足夠的時間,我們就可以產生不同光照條件下各種物體的精確圖像,但是這裡的關鍵是即時。例如在飛行模擬系統中,圖像的刷新相當重要,同時對圖像品質的要求也很高,再加上非常複雜的虛擬環境,問題就變得相當困難。

  顯示

  人看周圍的世界時,由於兩只眼睛的位置不同,得到的圖像略有不同,這些圖像在腦子媬藻X起來,就形成了一個關於周圍世界的整體景象,這個景象中包括了距離遠近的資訊。當然,距離資訊也可以透過其他方法穫得,例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

  在 VR 系統中,雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的,顯示在不同的顯示器上。有的系統採用單個顯示器,但用戶帶上特殊的眼鏡後,一只眼睛只能看到奇數幀圖像,另一只眼睛只能看到偶數幀圖像,奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。

  用戶(頭、眼)的跟蹤:在人造環境中,每個物體相對於系統的坐標系都有一個位置與姿態,而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭(眼)的方向來確定的。

  跟蹤頭部運動的虛擬現實頭套:在傳統的電腦圖形技術中,視場的改變是透過滑鼠或鍵盤來實現的,用戶的視覺系統和運動感知系統是分離的,而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角,用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來,感覺更逼真。另一個優點是,用戶不僅可以透過雙目立體視覺去認識環境,而且可以透過頭部的運動去觀察環境。

  在用戶與電腦的互動中,鍵盤和滑鼠是目前最常用的工具,但對於三度空間來說,它們都不太適合。在三度空間中因為有六個自由度,我們很難找出比較直觀的辦法把滑鼠的平面運動映射成三度空間的任意運動。現在,已經有一些設備可以提供六個自由度,如 3Space 數字化儀和 SpaceBall 空間球等。另外一些性能比較優異的設備是數據手套和數據衣。

  聲音

  人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上,我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向,因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現的,所以會有一種方向感。現實生活堙A當頭部轉動時,聽到的聲音的方向就會改變。但目前在 VR 系統中,聲音的方向與用戶頭部的運動無關。

  感覺反饋

  在一個 VR 系統中,用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它,但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺,並有可能穿過虛擬杯子的“表面”,而這在現實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內層裝設一些可以振動的觸點來模擬觸覺。

  語音

  在 VR 系統中,語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環境能聽懂人的語言,並能與人即時互動。而讓電腦識別人的語音是相當困難的,因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和複雜性。例如,連續語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓,同一詞、同一字的發音受前後詞、字的影響,不僅不同人說同一詞會有所不同,就是同一人發音也會受到心理、生理和環境的影響而有所不同。

  使用人的自然語言作為電腦輸入目前有兩個問題,首先是效率問題,為便於電腦理解,輸入的語音可能會相當嗦。其次是正確性問題, 電腦 理解語音的方法是對比匹配,而沒有人的智能。

  虛擬現實技術特點

  VR 藝術是伴隨著“虛擬現即時代”的來臨應運而生的一種新興而獨立的藝術門類,在《虛擬現實藝術:形而上的終極再創造》一文中,關於 VR 藝術有如下的定義:“以虛擬現實( VR )、增強現實( AR )等人工智能技術作為媒介手段加以運用的藝術形式,我們稱之為虛擬現實藝術,簡稱 VR 藝術。該藝術形式的主要特點是超文本性和互動性。”

  “作為現代科技前沿的綜合體現, VR 藝術是透過人機介面對複雜數據進行可視化操作與互動的一種新的藝術語言形式,它吸引藝術家的重要之處,在於藝術思維與科技工具的密切交融和二者深層滲透所產生的全新的認知體驗。與傳統視窗操作下的新媒體藝術相比,互動性和擴展的人機對話,是 VR 藝術呈現其獨特優勢的關鍵所在。從整體意義上說, VR 藝術是以新型人機對話為基礎的互動性的藝術形式,其最大優勢在於建構作品與參與者的對話,透過對話揭示意義產生的過程。

  藝術家透過對 VR 、 AR 等技術的應用,可以採用更為自然的人機互動手段控制作品的形式,塑造出更具沉浸感的藝術環境和現實情況下不能實現的夢想,並賦予創造的過程以新的含義。如具有 VR 性質的互動裝置系統可以設定觀眾穿越多重感官的互動通道以及穿越裝置的過程,藝術家可以藉助軟體和硬體的順暢配合來促進參與者與作品之間的溝通與反饋,創造良好的參與性和可操控性;也可以透過視頻介面進行動作捕捉,儲存訪問者的行為片段,以保持參與者的意識增強性為基礎,同步放映增強效果和重新塑造、處理過的影像;透過增強現實、混合現實等形式,將數字世界和真實世界結合在一起,觀眾可以透過自身動作控制投影的文本,如數據手套可以提供力的反饋,可移動的場景、 360 度旋轉的球體空間不僅增強了作品的沉浸感,而且可以使觀眾進入作品的內部,操縱它、觀察它的過程,甚至賦予觀眾參與再創造的機會。”

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