虚拟现实技术基础

秦庆卓

(东北大学 辽宁 沈阳 110000)

虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统；最后，它具有超强的仿真系统，真正实现了人机交互，使人在操作过程中，可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱

VR“3I”特征：

沉浸感(Immersion)：视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。

交互性(Interaction)：人机交互、人与自然的交互。

想象性(Imagination)：体现设计者思想。

一、沉浸感(Immersion)

沉浸感，是人对计算机系统创造和显示出来的虚拟环境的感觉和认识，是虚拟现实技术的核心概念之一。这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”,从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉,这就是虚拟现实技术的沉浸感(Immersion)或临场参与感。

在公元前5世纪，一位名叫希罗多德的古希腊历史学家，写了一个关于古时遭受了可怕的饥荒的吕底亚人他们的游戏起源和发明的故事。为了抵饥饿感，他们打算让市民们在第一天吃食物，这样第二天他们就可以深深的沉浸于扔骰子的游戏中，如此这样，他们将不会感受到饥饿并且不想吃任何食物。他们打算一直这样直到饥荒结束。这不仅是骰子游戏的起源，而且提到了他们因为沉迷游戏而忘记去吃饭，所以沉浸式的体验被列入为游戏的目标。

沉浸感，作为一个概念，也同样适用于令人感兴趣的参与中，比如追随、参与、出席和认知的吸收中。

二、交互性(Interaction)

交互性，是一个比较广泛的概念，运用不同的领域其含义是不同的。交互性主要运用于计算机及多媒体领域。虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的，它不是一个静态的世界，而是一个开放、互动的环境，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响，这是VR的第二个特征，即交互性(Interaction)。

操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。早期的人机交互设施是键盘显示器。操作员通过键盘打入命令，操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。打入的命令可以有不同方式，但每一条命令的解释是清楚的，。

三、想象性(Imagination)

虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想，比如当在盖一座现代化的大厦之前，你首先要做的事是对这座大厦的结构、外形做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量与效率。这是VR所具有的第三类特征，即想象性(Imagination)。

四、VR硬件及交互设备

一个典型的虚拟现实系统由空间数据采集系统、人体数据捕捉系统、三维显示设备、三维控制设备以及和计算机系统构成。空间数据采集系统、人体数据捕捉系统为虚拟环境建立空间模型；三维显示设备、三维控制设备同属于三维交互设备，设计和制造出性能优越的三维交互设备是虚拟现实技术的关键。

五、虚拟现实技术应用

实战演习训练系统

机械设计制造