虛擬現(xiàn)實(shí)-VR分析一、概述

虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計(jì)算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)。1.1解說虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）

虛擬現(xiàn)實(shí)，（VirtualReality），簡稱VR技術(shù)，是指利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。圖片示例1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征多感知性

所謂多感知性就是說除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的感知功能。存在感

又稱臨場感、浸沒感(Immersion)，它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。交互性

交互性是指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視場中的物體也隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。自主性

是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。例如，當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、或翻倒、或從桌面落到地面等。二、虛擬現(xiàn)實(shí)基本設(shè)備

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本設(shè)備是指與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的硬件產(chǎn)品，是虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案中用到的硬件設(shè)備，大致可以分為四類。它們分別是（1）建模設(shè)備（如3D掃描儀）；（2）三維視覺顯示設(shè)備（如3D展示系統(tǒng)、大型投影系統(tǒng)（如VR-PlatformCAVE）、頭戴式立體顯示器等）；（3）聲音設(shè)備（如三維的聲音系統(tǒng)以及非傳統(tǒng)意義的立體聲）以及（4）交互設(shè)備（包括位置追蹤儀、數(shù)據(jù)手套、3D輸入設(shè)備（三維鼠標(biāo)）、動(dòng)作捕捉設(shè)備、眼動(dòng)儀、力反饋設(shè)備以及其他交互設(shè)備）。3D掃描儀3D展示系統(tǒng)CAVE沉浸式系統(tǒng)頭戴式立體顯示器等聲音設(shè)備位置追蹤儀數(shù)據(jù)手套三維鼠標(biāo)動(dòng)作捕捉設(shè)備眼動(dòng)儀力反饋設(shè)備三、關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。下面對這些技術(shù)分別加以說明。實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形

相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當(dāng)重要，同時(shí)對圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當(dāng)困難。顯示

人看周圍的世界時(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場的改變是通過鼠標(biāo)或鍵盤來實(shí)現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，感覺更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對于三維空間來說，它們都不太適合。在三維空間中因?yàn)橛辛鶄€(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在，已經(jīng)有一些設(shè)備可以提供六個(gè)自由度，如三維數(shù)字化儀和三維鼠標(biāo)等。另外一些性能比較優(yōu)異的設(shè)備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感?，F(xiàn)實(shí)生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽到的聲音的方向就會(huì)改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。感覺反饋

在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來模擬觸覺。語音

在VR系統(tǒng)中，語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽懂人的語言，并能與人實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人的語音是相當(dāng)困難的，因?yàn)檎Z音信號(hào)和自然語言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說同一詞會(huì)有所不同，就是同一人發(fā)音也會(huì)受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語言作為計(jì)算機(jī)輸入目前有兩個(gè)問題，首先是效率問題，為便于計(jì)算機(jī)理解，輸入的語音可能會(huì)相當(dāng)啰嗦。其次是正確性問題，計(jì)算機(jī)理解語音的方法是對比匹配，而沒有人的智能。四、虛擬現(xiàn)實(shí)目前應(yīng)用領(lǐng)域

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，游戲、娛樂、醫(yī)學(xué)、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、Web3D、道路橋梁、地理、教育中、演播室、水文地質(zhì)、維修、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)、傳播制造、汽車仿真、軌道交通、能源領(lǐng)域、生物力學(xué)、康復(fù)訓(xùn)練、數(shù)字地球等。五、特殊實(shí)用案例列舉 2015年01月30號(hào)，一場別開生面的現(xiàn)場測試——2015年全國1%人口抽樣調(diào)查專項(xiàng)試點(diǎn)調(diào)查表測試，在國家統(tǒng)計(jì)局機(jī)關(guān)大樓統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)管理司統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測試實(shí)驗(yàn)室舉行。

國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測試實(shí)驗(yàn)室是目前國內(nèi)第一個(gè)用于統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測試的國家實(shí)驗(yàn)室，它充分借鑒德國等國家的成功做法，利用實(shí)驗(yàn)室的可控環(huán)境，借助視線追蹤、攝像監(jiān)控等專用設(shè)備，全程觀察記錄試填人員的眼睛注視位置、移動(dòng)軌跡以及微表情，并通過行為分析等軟件生成熱點(diǎn)圖、柱狀圖等眼動(dòng)和行為分析結(jié)果。這些結(jié)果為專家們研究分析統(tǒng)計(jì)調(diào)查表填報(bào)可行性，優(yōu)化和改進(jìn)統(tǒng)計(jì)調(diào)查表設(shè)計(jì)提供了更加精準(zhǔn)、直觀和量化的依據(jù)。

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案例中借助視線追蹤借助的是眼動(dòng)儀，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本設(shè)備之一。眼動(dòng)測試系統(tǒng)，由精密的視線測量儀器及安裝有專業(yè)眼動(dòng)分析軟件的工作站組成?？梢詫?shí)時(shí)準(zhǔn)確地測量人們在看廣告、包裝或界面設(shè)計(jì)時(shí)眼睛的注視點(diǎn)及所看的路徑?？山y(tǒng)計(jì)多人的眼動(dòng)熱點(diǎn)圖，并統(tǒng)計(jì)指定興趣區(qū)域的注視時(shí)間、注視次數(shù)、首次進(jìn)入時(shí)間等數(shù)據(jù)。六、存在問題與發(fā)展展望存在問題：沒有真正進(jìn)入虛擬世界的方法；如何“輸入”也是一大困擾；缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn);容易讓人感到疲勞;看起來還是有點(diǎn)蠢。發(fā)展展望：

1.大數(shù)據(jù)行業(yè)。未來的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，必然是會(huì)讓整個(gè)地球全部數(shù)字化、虛擬化。如果沒有大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。那就好比在造空中樓閣。

2.3D、全息技術(shù)。這決定了未來增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)