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探索虚拟现实背后那些炫酷的虚拟现实技术


2015年10月26日 09:15 1311 科普中国 (0)
      虚拟现实得以实现,需要建模、实时三维图形生成、立体显示、系统集成等关键技术的支撑。
      虚拟现实的概念在半个世纪前就被提出,但是虚拟现实技术多年来一直高大上,只闻其名不闻其声。近些年,随着信息技术的发展,虚拟现实技术的价格趋于低廉,才终于使这个昔日“王谢堂前燕”,终于逐渐具备了飞入寻常百姓家的潜力。
 
    为了更亲密地拥抱虚拟现实技术,我们就来详细了解一下虚拟现实的系统是怎么构成的,它背后又有哪些炫酷的技术在支撑。
虚拟现实技术   
   虚拟现实系统其模型表示如图1。用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作,并得到实时三维显示和其它反馈信息(如触觉、力觉反馈等)。当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时,在用户的控制下,用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界产生作用(如遥操作等)。
 
虚拟现实要运用哪些技术

    图1 虚拟现实系统的模型

 
    虚拟现实系统主要由以下六个模块构成,如图2。
虚拟现实要运用哪些技术   
图2 虚拟现实系统的构成
 
      这六个模块在不同环节发挥着各自的重要作用。检测模块能检测用户的操作命令,并通过传感器模块作用于虚拟环境。反馈模块接收到来自传感器模块的信息后,为用户提供实时反馈。传感器模块,一方面接受来自用户的操作命令,并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。控制模块对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。建模模块会获取现实世界组成部分的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境。
      要使这个完备的系统发挥最佳作用,虚拟现实需要这几个方面的关键技术支撑:
      首先,动态环境建模技术虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术(有规则的环境),而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术,两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。
      其次,需要有实时三维图形生成技术。三维图形的生成技术已经较为成熟,其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒,最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下,如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。
      第三,要具备立体显示和传感器技术。虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要,例如,数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点;虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高,因此有必要开发新的三维显示技术。
虚拟现实要运用哪些技术原理   
      第四,需配备应用系统开发工具。虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的,必须研究虚拟现实的开发工具。例如,虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
 
      最后,系统集成技术也在系统中发挥着重要作用。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型,因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。
      虚拟现实技术是许多相关学科领域交叉、集成的产物,是一个充满活力,具有巨大应用前景,同时又具有高难度的科技领域,仍存在许多有待解决与突破的问题。但不管怎样,虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域,它会随着时间的推移日臻完善,在各个领域的应用将会越来越广泛,发挥的作用也将会越来越大。
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