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研究虛擬現實技術的現實意義?

虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR;又譯作靈境、幻真)是近年來出現的高新技術。VR是壹 項綜合集成技術,涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等領域,它用計 算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺,使人作為參與者通過適當裝置,自然地對虛擬世 界進行體驗和交互作用。VR主要有三方面的含義:第壹,虛擬現實是借助於計算機生成逼真 的實體,“實體”是對於人的感覺(視、聽、觸、嗅)而言的;第二,用戶可以通過人的自然 技能與這個環境交互,自然技能是指人的頭部轉動、眼動、手勢等其他人體的動作;第三, 虛擬現實往往要借助於壹些三維設備和傳感設備來完成交互操作。近年來,VR已逐漸從實驗 室的研究項目走向實際應用。目前在軍事、航天、建築設計、旅遊、醫療和文化娛樂及教育 方面得到不少應用。在國內,有關VR的項目已經列入計劃,VR的研究和應用正在全面展開。

“虛擬現實技術”對全球大多數企業來說都是壹個新名詞,但由於“虛擬現實技術”的巨大應用價值,已為寶馬、GE(通用)、Boeing(波音)、Sukhoi(蘇霍伊)等全球500強中的大型工業企業廣泛應用於設計、營銷、培訓、客戶服務等諸多領域。

虛擬現實技術的應用前景

VR技術的應用極為廣泛,Helsel與Doherty在1993年對全世界範圍內已經進行的805項VR研究項目作了統計,結果表明:目前在娛樂、教育及藝術方面的應用占據主流,達21.4%,其次是軍事與航空達12.7%,醫學方面達6.13%,機器人方面占6.21%,商業方面占4.96%,另外在可視化計算、制造業等方面也有相當的比重。下面簡要介紹其部分應用。

(1)醫學

VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中,可以建立虛擬的人體模型,借助於跟蹤球、HMD、感覺手套,學生可以很容易了解人體內部各器官結構,這比現有的采用教科書的方式要有效得多。

Pieper及Satara等研究者在90年代初基於兩個SGI工作站建立了壹個虛擬外科手術訓練器,用於腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術臺與手術燈,虛擬的外科工具(如手術刀、註射器、手術鉗等),虛擬的人體模型與器官等。借助於HMD及感覺手套,使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統有待進壹步改進,如需提高環境的真實感,增加網絡功能,使其能同時培訓多個使用者,或可在外地專家的指導下工作等。

另外,在遠距離遙控外科手術,復雜手術的計劃安排,手術過程的信息指導,手術後果預測及改善殘疾人生恬狀況,乃至新型藥物的研制等方面,VR技術都有十分重要的意義。

(2)娛樂、藝術與教育

豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻遊戲工具。由於在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高,故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。如Chicago(芝加哥)開放了世界上第壹臺大型可供多人使用的VR娛樂系統,其主題是關於3025年的壹場未來戰爭;英國開發的稱為“Virtuality”的VR遊戲系統,配有HMD,大大增強了真實感;1992年的壹臺稱為“Legeal Qust”的系統由於增加了人工智能功能,使計算機具備了自學習功能,大大增強了趣味性及難度,使該系統獲該年度VR產品獎。另外在家庭娛樂方面VR也顯示出了很好的前景。

作為傳輸顯示信息的媒體,VR在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可低估。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態的藝術(如油畫、雕刻等)轉化為動態的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術。另外,VR提高了藝術表現能力,如壹個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器,手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

對藝術的潛在應用價值同樣適用於教育,如在解釋壹些復雜的系統抽象的概念如量子物理等方面,VR是非常有力的工具,Lofin等人在1993年建立了壹個“虛擬的物理實驗室”,用於解釋某些物理概念,如位置與速度,力量與位移等。

(3)軍事與航天工業

模擬與練壹直是軍事與航天工業中的壹個重要課題,這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起壹直致力於研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統,以提供坦克協同訓1練,該系統可聯結200多臺模擬器。另外利用VR技術,可模擬零重力環境,以代替現在非標準的水下訓練宇航員的方法。

(4)管理工程

VR在管理工程方面也顯示出了無與倫比的優越性。如設計壹新型建築物時,可以在建築物動工之前用VR技術顯示壹下;當財政發生危機時,可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數據以尋找對策等等。

以上僅列出虛擬現實的部分應用前景,可以預見,在不久的將來,虛擬現實技術將會影響甚至改變我們的觀念與習慣,並將深入到人們的日常工作與生活。

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