[实业产业] 虚拟现实：虚拟现实技术的本质特征

markq

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发表于 2012-2-8 09:56:31 |只看该作者 |倒序浏览

交互性和投入是任何虚拟现实系统的两个实质性特性，根据投入程度的不同，虚拟现实可以分为桌面虚拟现实、增强型虚拟现实、投入型虚拟现实；或者叫桌面虚拟现实系统和高级虚拟现实系统。
桌面虚拟现实就是使用个人计算机即PC机或PC工作站去产生仿真，桌面虚拟现实系统要求参与者使用位置跟踪器和另外一个手控输入设备，如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器，使得他虽然坐在监视器前，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。然而参与者是不完全投入，因为他即使戴上立体眼镜，仍然会受到周围现实环境的干扰。
在桌面虚拟现实系统中，计算机的屏幕是参观者观察虚拟境界的一个窗口，在一些专业软件的帮助下，参与者可以在仿真过程中设计各种环境。使用的硬件设备主要专业立体眼镜和一些交互设备（如数据手套和空间跟踪球等）。立体眼镜用来观看计算机屏幕中的虚拟三维场景的立体效果，它所带来的立体视觉能使参与着产生一定程度的投入感。交互设备用来驾驭虚拟境界。有时为了增强桌面虚拟现实系统的投入效果，在桌面虚拟现实系统中还会借助于专业的三枪投影机（RGB），达到增大屏幕范围和团体观看的目的。

桌面虚拟现实系统虽然缺乏头盔显示器的投入效果，但是其应用仍然比较普遍，因为它的成本相对要地得多，而且它也具备了投入型虚拟现实系统的技术要求。作为开发者来说，从经费使用谨慎性的角度考虑，桌面虚拟现实往往被认为是从事虚拟现实研究工作的必经阶段。所以桌面虚拟现实系统比较适合于刚刚介入虚拟现实研究的单位和个人。
投入型虚拟现实（亦称高级虚拟现实）主要依赖于各种虚拟现实硬件设备，如：头盔显示器、舱型模拟器、投影虚拟现实设备和其他的一些手控交互设备等。在投入型虚拟现实系统中，参与者戴上头盔显示器后，外部世界就被有效的屏蔽在视线以外，因而其仿真经历要比桌面虚拟现实更可信、更真实。远程存在是投入的一个很重要的方面，它使得在某一固定地点的操作员可以实时的投入到另一个地点所发生的事件或过程中去。
投入型虚拟现实系统中除了戴头盔显示器实现完全投入之外，还有一种完全投入系统——洞穴虚拟现实系统（CAVE）。除了使用头盔显示器之外它是参与者从听觉到视觉都能投入到虚拟环境中去。洞穴虚拟现实系统（CAVE）是芝加哥依利诺依斯大学的一项研究课题，它将图形投影在10X10X10英尺立方体内的后投影屏幕上，最多可以有十个人完全投入到一个CAVE虚拟境界中，其中一个人是向导，他他利用虚拟现实交互设备控制该虚拟境界。这种通过投影实现CAVE虚拟现实系统让参与者从一个屏幕上可以看到他本身在虚拟现实中的形象，为此使用了一种叫兰屏的特殊效果。面对着兰屏的摄象机捕捉参与者的形象，计算机将这类形象与兰屏分离开，并实时的将他们放入一个虚拟境界中。一台投影机将参与者的形象和虚拟境界本身一起投射到观看的屏幕上。这类类系统还可识别参与者的手势，例如来回拍一个虚拟的球，而且只要通过指点就可以改变他们在虚拟境界中的位置。
在投入式虚拟现实系统中，座舱是一种最为古老的虚拟现实模拟器，它不属于完全投入的范畴。当参与者进入座舱后就可以通过座舱的窗口观看一个虚拟境界。该窗口有一个或多个计算机显示器或视频监视器组成，用来显示虚拟场景。一架飞机、一艘潜艇、一辆小汽车、或一辆新式坦克，都可以是该座舱环境，这种座舱给参与者提供的投入程度类似于头盔显示器。
最后一种投入形式是远程存在，就是一种远程控制形式，当在某处的操作员操作一个虚拟现实系统时其结果却在很远的另一个地方发生，这种类型的投入需要一个立体显示器和两太摄象机以生成三维图像，这种图像使得操作员有一种深度的感觉。因而在观看虚拟境界时更清晰。有时候操作员可以戴一个头盔显示器，它与远地平台上的摄象机想连接，输入设备中的位置跟踪器可以控制摄象机的方向、运动甚至自动操纵臂或机械手。自动操纵臂可以将离反馈给操作员，使得他可以精确的定位和操纵该自动操纵臂。在某些环境中，还可以通过远地平台上话筒收集声音，以提供听觉信息。