论文部分内容阅读
[摘要] 简介了虚拟现实系统(VR)，并按其交互性(Interactivity)和沉浸感(Immersion)的不同，把VR分为以下几类：桌面式VR系统(Deskt0pVR)，增强式VR系统(AugmentedVR)、沉浸式VR系统(ImmersiveVR)和分布式VR系统(DistributedVR，DVR).
[关键词] 虚拟现实；Virtual Reality
“VirtualReality”中文可直译为“虚拟现实”。在虚拟现实技术出现前，计算机技术、通信技术、影视技术、仿真技术、测量技术等已为我们提供了分析世界、观察世界的有力工具，但人类基本上都是借助这些工具的屏幕、仪表，以及绘图仪和音响器，根据它们所输出、显示和报告的结果，去分析和观察客观世界的。基于这些输出结果，再根据已具有的知识，进而利用想象力，去外推探索未知世界。我国著名的科学家钱学森曾建议把该技术译为“灵境技术”，由它所构成的信息处理环境称为“灵境”。一个典型的虚拟现实系统主要包括：虚拟世界、计算机、虚拟现实软件、输入设各和输出设备5大组成部分。其中，虚拟世界是可交互的虚拟环境，涉及模型构筑、动力学特征、物理约束、照明及碰撞检测等：计算机环境涉及处理器配置、实时操作系统等：虚拟现实软件负责提供实时构造和参与虚拟世界的能力，涉及建模、物理仿真等；输入和输出设备则用于观察和操纵虚拟世界，涉及跟踪系统、图像显示、声音交互、触觉反馈等。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术出现了多样化的发展趋势，它包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。VR技术的根本目标就是要达到真实体验和基于自然技能的人机交互，因此，能够达到或者部分达到这样目标的系统就可以被称为虚拟现实系统。交互性(Interactivity)和沉浸感(Immersion)是虚拟现实的两个实质性特征，虚拟现实系统按其交互和浸入程度的不同，可以分为以下几类：
一、桌面式VR系统(Desktop VR)
桌面式VR系统仅使用个人计算机来产生三维空问的交互场景。它把计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的一个窗口，也被称为窗口虚拟现实系统。参与者需要使用手拿输入设备或位置跟踪器。来驾驭演虚拟环境和操纵虚拟场景中的备种物体。在桌面VR系统中，参与者虽然坐在监视器前面，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虑拟环境：可以通过交互操作，使虚拟环境的物体平移和旋转，从各个方向观看物体；也可以以在虚拟环境中浏览。但参与者并没有完全沉浸，他仍然会受到周围现实环境的干扰。Desktop VR对硬件设备的要求很低，有的简单型的则只需要台式的计算机即可完成，顶多再加上空间追踪装置等辅助设备。
二、增强式VR系统(Augmented VR)
增强式VR系统(也称为叠加式VR系统)。系统该允许用户对现实世界进行观察的同时，通过穿透型头戴式显示器将计算机虚拟图像叠加在现实世界之上，为操作员提供与他所看到的现实环境有关的、存储在计算机中的信息，从而增强操作员对真实环境的感受，因此又被称为补充现实系统。与其他各类VR系统相比，补充现实式的虚拟现实不仅是利用VR技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。在增强式虚拟现实系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借自身的感觉索能感知到的深层次的信息。增强式系统最常见的是：一个眼睛看到显示屏上的虚拟世界：另一个看到的则是真实的世界。
三、沉浸式VR系统(Immersive VR)
沉浸式VR系统是一种较高级的VR系统。利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，并能利用这些交互设备操作和驾驭虚拟环境，产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。它是一种较为先进的虚拟现实系统，使得用户有一种身临其境的认同感。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。其原理是：首先把用户的各种感觉封闭起来，然后再提供一个与原来不同的感官世界。为了实现用户产生从头到脚的全方位立体沉浸，就要多种设备与多种相关软件的交互作用。
四、分布式VR系统(Distributed VR，DVR)
分布式VR系统是指基于网络的虚拟环境。它在沉浸式VR系统的基础上，将位于不同物理信置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。VR系统之所以运行在分布式环境，一方面是它可以允分利用分布式计算机系统提供的强大计算能力；另一方面是因为有些应用本身具有分布特性。例如许多VR应用要求若干人能同时参与同一个虚拟环境，即协同工作的。这些人既可能在同一个地方，也可能在世界上各个不同的地方，彼此间只通过远距离网络联系在一起。前面所述的那些VR技术虽然可以便动态的虚拟环境构构如生，但它们都无法解决资源共享的问题，应用DVR系统就可以满足这类需求。
[关键词] 虚拟现实；Virtual Reality
“VirtualReality”中文可直译为“虚拟现实”。在虚拟现实技术出现前，计算机技术、通信技术、影视技术、仿真技术、测量技术等已为我们提供了分析世界、观察世界的有力工具，但人类基本上都是借助这些工具的屏幕、仪表，以及绘图仪和音响器，根据它们所输出、显示和报告的结果，去分析和观察客观世界的。基于这些输出结果，再根据已具有的知识，进而利用想象力，去外推探索未知世界。我国著名的科学家钱学森曾建议把该技术译为“灵境技术”，由它所构成的信息处理环境称为“灵境”。一个典型的虚拟现实系统主要包括：虚拟世界、计算机、虚拟现实软件、输入设各和输出设备5大组成部分。其中，虚拟世界是可交互的虚拟环境，涉及模型构筑、动力学特征、物理约束、照明及碰撞检测等：计算机环境涉及处理器配置、实时操作系统等：虚拟现实软件负责提供实时构造和参与虚拟世界的能力，涉及建模、物理仿真等；输入和输出设备则用于观察和操纵虚拟世界，涉及跟踪系统、图像显示、声音交互、触觉反馈等。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术出现了多样化的发展趋势，它包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。VR技术的根本目标就是要达到真实体验和基于自然技能的人机交互，因此，能够达到或者部分达到这样目标的系统就可以被称为虚拟现实系统。交互性(Interactivity)和沉浸感(Immersion)是虚拟现实的两个实质性特征，虚拟现实系统按其交互和浸入程度的不同，可以分为以下几类：
一、桌面式VR系统(Desktop VR)
桌面式VR系统仅使用个人计算机来产生三维空问的交互场景。它把计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的一个窗口，也被称为窗口虚拟现实系统。参与者需要使用手拿输入设备或位置跟踪器。来驾驭演虚拟环境和操纵虚拟场景中的备种物体。在桌面VR系统中，参与者虽然坐在监视器前面，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虑拟环境：可以通过交互操作，使虚拟环境的物体平移和旋转，从各个方向观看物体；也可以以在虚拟环境中浏览。但参与者并没有完全沉浸，他仍然会受到周围现实环境的干扰。Desktop VR对硬件设备的要求很低，有的简单型的则只需要台式的计算机即可完成，顶多再加上空间追踪装置等辅助设备。
二、增强式VR系统(Augmented VR)
增强式VR系统(也称为叠加式VR系统)。系统该允许用户对现实世界进行观察的同时，通过穿透型头戴式显示器将计算机虚拟图像叠加在现实世界之上，为操作员提供与他所看到的现实环境有关的、存储在计算机中的信息，从而增强操作员对真实环境的感受，因此又被称为补充现实系统。与其他各类VR系统相比，补充现实式的虚拟现实不仅是利用VR技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。在增强式虚拟现实系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借自身的感觉索能感知到的深层次的信息。增强式系统最常见的是：一个眼睛看到显示屏上的虚拟世界：另一个看到的则是真实的世界。
三、沉浸式VR系统(Immersive VR)
沉浸式VR系统是一种较高级的VR系统。利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，并能利用这些交互设备操作和驾驭虚拟环境，产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。它是一种较为先进的虚拟现实系统，使得用户有一种身临其境的认同感。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。其原理是：首先把用户的各种感觉封闭起来，然后再提供一个与原来不同的感官世界。为了实现用户产生从头到脚的全方位立体沉浸，就要多种设备与多种相关软件的交互作用。
四、分布式VR系统(Distributed VR，DVR)
分布式VR系统是指基于网络的虚拟环境。它在沉浸式VR系统的基础上，将位于不同物理信置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。VR系统之所以运行在分布式环境，一方面是它可以允分利用分布式计算机系统提供的强大计算能力；另一方面是因为有些应用本身具有分布特性。例如许多VR应用要求若干人能同时参与同一个虚拟环境，即协同工作的。这些人既可能在同一个地方，也可能在世界上各个不同的地方，彼此间只通过远距离网络联系在一起。前面所述的那些VR技术虽然可以便动态的虚拟环境构构如生，但它们都无法解决资源共享的问题，应用DVR系统就可以满足这类需求。