浅谈VR技术
VR的英文全称是Virtual Reality,中文意思是虚拟现实,也有的翻译为虚拟实境.最早的VR装置在1966年由美国人发明.VR的创意来源于飞行训练.最早的飞行模拟器,只是用摄影机沿着缩小的地表模型移动,让飞行员有飞行感.尽管十分粗糙,但是在技术上却可以用电脑绘制出"真实"的世界,提高模拟的真实度与训练效果.随后又进一步加入了追踪驾驶员的头部动作,同时将模拟的环境作相应的调整.1980年,VR技术进入汇总阶段,利用两个摄影机独立拍摄出两只眼睛观看同一景物时的差异,做出了有深度感的立体影像,并与上述技术一起合成了一个由电脑产生的互动世界.在此以后,又有其它公司发行了相关的其它器械,用以在虚拟环境中读取身体动作和其它资料,并回馈给使用者.至此,一个完整的VR世界诞生了.
美国NASA开发的虚拟现实系统
尼葛洛庞帝在<数字化生存>中曾这样向人们描述过:"<侏罗纪公园>可以让你体验到虚拟现实的惊人效果.但是和同名电影及书不同的是,在虚拟现实的侏罗纪公园并没有一条故事主线.……模拟的恐龙动起来以后,你走入它们中间,这不是电视,也不必跟一尘不染的迪斯尼乐园一样.这里没有拥挤的人群,没有长长的队伍,也没有爆米花的香味,有的只是恐龙的粪便.你就好像走进了史前的丛林中,这里甚至可以显得比任何真正的丛林都更加危险……在虚拟现实中,你可以张开双臂,拥抱银河,在人类的血液中游泳,或造访仙境中的爱丽丝."
这如诗的语言描写了一副多么美丽的画卷.这个星球上最富想象力的人,从"夸父追日","嫦娥奔月"到<星球大战>,岁月悠悠,人类的想象在天地间自由驰骋,为自己营造着一个又一个的美丽梦幻.但是,这些梦境从前只能存在于人们的头脑之中.随着电影的出现,我们看到了"白雪公主"那银色的世界,看到了孙悟空"大闹天宫".技术为人类的想象插上了腾飞的翅膀.
今天,随着电脑技术的突飞猛进,"虚拟现实"技术出现了."虚拟现实"允许我们去我们永远不能去的地方,"做"我们没有办法做的事.虚拟现实技术能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真实的事物还要逼真.由于虚拟的景象都是经由电脑处理而产生的,并非真实的情境,因此就有无须受实物大小或发生地点的限制.未来的大人和孩子都可以用这种方式工作,娱乐.正像字母表和印刷出版改变了人们的思维方式一样,虚拟现实将改变我们对公众,自身,空间和时间的看法.虚拟现实技术必将为我们创造出一个崭新的世界来.
什么是虚拟现实
上个世纪90年代,SGI公司位于美国总部的虚拟现实中心Visionarium正式对外开放.Visionarium向人们展示了SGI计算机系统如何帮助教育家和科学家开展工作或研究,如何帮助企业家把产品和项目以实时的,栩栩如生的方式推向市场.
Visionarium的设施可以让参与者实时地与三维环境交互,由于采用最先进的计算机图形/声音系统和科学的体系结构,每个人都会有真实的亲身经历感受.不仅可以观看它,还可以绕着它移动,也可以驱动它慢慢或飞快地穿过虚拟的场景,完全与现实世界一样.
Visionarium一景
SGI主席兼首席执行长官Edward R.Mc Cracken说:"Visionarium不仅包含了虚拟现实的各个方面,而且还可以超越现实.这是一种可感受计算,通过这种计算,客户可以在产品制造之前就知道其产品会像什么样,听起来感觉如何.……我们已经从可视化计算转向了可感受计算."
具体说来,虚拟现实是一种由计算机营造的三维模拟环境.在这个环境里,用户可以操纵机器,与机器相互影响,并完全沉浸于其中.因此,从这个定义上看:"虚拟"是从计算机的"虚拟记忆"这个概念派生出来的.虚拟现实向我们提供了一个与我们现实生活极为相似的虚幻世界.
人类的行动在很大程度上依赖于视觉活动,人们对空间和三维形象的反应要比平面二维形象强烈.通过虚拟现实中产生的三维形象,人们可以更好地看清样品,更好地了解各方面的关系及其发展趋势.虚拟现实向人们展示的空间远远超出了静止图象的范围.在虚拟现实中,人们可以以实时操纵并影响眼前出现的"现实",可以站在任何角度观察物体.虚拟现实令人沉醉,它会带人走进一个形象化的世界.
虚拟现实不仅仅是一组设计,而且还是一个表达和交流的媒体.虚拟现实是创造,体验并令参与者尽情享受的那种实实在在而又精彩纷呈的计算机世界的一种手段.头盔显示器,数字手套和其它传感设备只是帮助我们感受这个虚幻世界的工具.
虚拟现实还有其它一些叫法,如人造现实,扩充现实以及远距离存在等.不过,虚拟现实似乎得到了人们的普遍认可.
对于什么是虚拟现实这个问题,目前还存在着争论.大多数人认为,虚拟现实通常是指以仿真的方式给用户创造了一个反映实体对象变化及相互作用的三维世界,并通过头盔显示器,数据手套等辅助传感设备,提供一个观察并与该虚拟世界交互的三维界面,使用户可以直接参与和探索仿真对象在所处环境中的作用与变化.身临其境和交互作用是其主要特点.
深入"虚拟现实"空间
虚拟现实技术早在1968年就已诞生.后来,美国国家航空航天局以及国防部为太空探索和军事应用开发了一些价格昂贵的虚拟现实原型机.虚拟现实特别适合用在坦克潜水艇操纵训练上,因为在"真实的"战争中,同样必须通过望远镜或潜望镜来观察外面的景象.
直到今天,当我们拥有了足够强大足够低廉的电脑时,才可能把虚拟现实技术当作满足消费者需要的一种媒介.
飞行模拟,是最复杂和使用时间最久的虚拟现实应用."波音747"飞行模拟器,从外部看,它们是盒状,细长腿的机械动物,就和<星球大战>电影中的一样.在其内部,飞机座舱视频显示器提供复杂的数据.坐在控制盘前,可以看到计算机产生的彩色视频图象.在模拟器"起飞"时,会看到清晰可辨的机场和它周围的事物.对机场的模拟会显示出诸如飞机跑道上的一辆加油车和远处的群山等景物.会听到并不存在的机翼四周风的呼啸声,起落架缩回的沉闷金属声.模拟器下的六个液压系统翘起来并晃动飞机座舱,这一切会使人感到,仿佛真的正在驾驶一架波音747在蓝天白云中翱翔.
飞行模拟装置是当前运用最广泛的VR模拟装置
当人投入到计算机系统所营造的虚拟环境中时,再也不是一个旁观者,它的一举一动都会得到系统及时的回馈.飞行模拟器很好地体现了在"虚拟现实"空间中,"身临其境"的主管感受和"人机交互"的巨大魅力,这也正是其主要特色.
虚拟现实背后的构想是,通过眼睛接收到在真实情境中才能接收到的信息,使人产生"身临其境"的感觉,更重要的一点是,所看到的形象会随着视点的变化即时改变,这就更增强了现场的动感.当然,这一环境不单跟视觉有关,它运用听觉,触觉等多种感官体验.各种感官构成的整体的确大于部分之和.
事实上,听觉是最易被哄骗的感觉.在现实生活中,人的两只耳朵听到的声音略有不同,这是因为它们所处的位置和所朝的方向不同.人下意识地利用这种不同来分辨声音是从何而来.软件通过计算出某一特定声音被每只耳朵所听到的部分重现这一效果.
眼睛要比耳朵难以哄骗.我们对真实空间的感觉来自于各种视觉线索,例如物体的相对体积,亮度以及在不同角度上的运动情况.其中最强烈的线索来自于双眼透视,由于左右眼看到的形象并不相同,双眼同时使用时就会产生特别强有力的效果.虚拟现实的典型道具是一个头盔,上面有两个护目镜般的显示器,每只眼睛对应一个显示器.每个显示器都显现出稍微不同的透视影像,与身临其境时情景完全一样.当人转动头部的时候,影响会通过伺服系统的反馈进行更新.
虚拟现实是利用人类知觉能力和操纵能力的一种方法.通过将人工数据定型到虚拟现实中,计算机科学中的"用户"成为"发现者和行动者".发现者和行动者可以通过视觉,触觉和操作找出数据的重要特性,而不是通过思考分析数据.
游戏化生存
位于美国俄亥俄州的空军基地正在试验遥控战斗机的一景.国外媒体将这种VR技术应用于军事领域的做法称为"现代战争的电子游戏化"
虚拟现实能为我们营造出超现实的游戏空间.我们可以在火星上漫步,可以在金星上拓荒,可以自由地进出太阳系,可以在银河中征战.苏轼老夫子曾发出:"不知天上宫阙,今昔是何年"的慨叹,想"我欲乘风归去,"却"又恐琼楼玉宇,高处不胜寒".当我们在月宫中怡然畅饮桂花酒,不知他又作何感想.
虚拟现实的游戏情境,不是<银河飞将>,<壮志凌云>所能比拟的,它所给我们的极大震撼,从电子模拟战训练出的美国空军在伊拉克上空的目中无人中可窥见一斑.
VR技术最先应用的领域之一就是战斗模拟.它不仅用于飞机模拟,还用于舰船,坦克通信及步兵演习.随着网络VR技术的出现,美军得以在被称作"防御模拟互联网"的全球范围内实施SimNet坦克战斗计划.最先广泛应用的场合是海湾战争.SimNet几乎可以使每场战斗或战役在实战之前在VR中进行模拟演练.海湾战争现已变成了大规模模拟影像,可用于测试军官或士兵的实战技能.任何战争都将在实战之前进行模拟演练.模拟演练将有可能达到完全的拟真度.也许有一天实战会完全使模拟战争的重演.
SimNet坦克模拟训练营
VR已经在娱乐领域得到了应用.在全球一些大城市的娱乐中心,VR娱乐节目随处可见.不久的将来,几乎所有的录像厅都将会变成VR中心.所有的游戏都将是三维的人机对话,这将多么令人陶醉.
今后,随着这类娱乐中心的不断发展,VR游戏将会扩大到家庭.由于受到计算机的限制及VR设备高价格的制约,目前的VR技术还没有普及,但国不料多久,先进的VR娱乐节目将会进入家庭.在独立的娱乐系统面世的同时,最为重要的家庭VR系统也许会进入因特网,这样人类远程操纵VR的潜能将得以开发.
想象一下,沉浸在冒险游戏的三维世界里,在这个游戏里,玩家可以和其他同伴互相影响.它可以成为一个由真人在其中扮演角色的故事.想象一下,现在眼前正在放映一部由自己影响剧情和剧中人物的电影.这类娱乐节目在过去被视为是个人行为,而将来它们将被视为一种新的社会化行为,它将引导人们在"真实"世界建立更好的人际关系.
除了在军事,娱乐领域的应用之外,虚拟现实技术在艺术,通信,商业,设计,教育,工程,医学等许多领域都有着非常广阔的应用前景.
技术的进步给我们的生活带来翻天覆地的变化,但有时也会使人茫然不知所措.要制造虚拟世界,无疑需要加深我们对现实世界的理解.也许VR的最大贡献便是帮助我们更好地理解我们所处的现实世界.
上个世纪之初,就像卓别林的电影<摩登时代>里描述的那样,工人是生产线的"玩偶".而今天,操纵着数控机床,数控加工中心的工人,用电脑进行工程设计的工程师,用电脑管理生产的管理人员所从事的再也不是简单乏味的工作了.随着VR技术的成熟,工作和游戏的界线将进一步淡化.将来的职业玩家也许会像今天的职业运动员一样多.
然而,不可否认工作和游戏还是有所区别的.VR可以使工作有游戏的趣味性,让笑声伴你学习.但是,我们决不能用游戏的态度对待工作,学习和生活.游戏是生活的模拟,延伸,而工作意味着责任.
虚拟现实技术给生活增添了游戏的色彩(这也正是"游戏化生存"的含义),让清晰的风吹去它夹带的泥沙,让阳关抹去它不和谐的色彩,为世界画上绚丽的一笔.