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细品VR技术下的“新世界”
勿扰心安 发布于 2019/12/20 浏览 119 点赞 0 收藏 0

了解VR

VR是指虚拟现实,指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

虚拟现实被认为是多媒体最高级别的应用。它是计算机技术、计算机图形、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、立体显示技术、传感与测量技术、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及IT智能技术等多种高新技术集成之结晶。

VR特性

沉浸

是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中,使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力,用户在虚拟场景中有“身临其境”之感。

交互

是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。用户进入虚拟环境后,通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用,用户可以进行必要的操作,虚拟环境中做出的相应响应,亦与真实的一样。

构想

是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中,与虚拟环境进行各种交互作用,从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识,从而可以深化概念,萌发新意,产生认识上的飞跃。

VR关键技术剖析

1.动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR系统的核心内容,目的就是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。虚拟环境下的物体都有自已独特的行为,其他图形建模系统一般只构建静态物体,物体或简单的运行,在虚拟环境中的对象必须有良好的可操作性,当用户与对象交互时,对象必须以某种合理的方法做出相应的反应。

虚拟现实系统环境建模可根据视觉、听觉、触觉、味觉和力觉等感官渠道的建模。一般有听觉和视觉的三维建模。在当前的应用中,环境建模通常是三维可视化建模。

2.实时三维图形生成技术

光照模型和颜色光学:即如何使所显示的造型体具有真实感,如何模拟形体的表面颜色和明暗色调。

映射技术:把希望的平面花纹图案映射到造型体的表面上,并在应用光照模型时将这些花纹的颜色考虑进去,这涉及到图形学中的映射技术。

图形仿真方法:为了在显示屏上生成对视觉具有真实感的目标,可以是形体也可以是动物、植物、人物、自然环境以及还不存在的虚构事物。

增强图形的真实感和提高生成速度,一直是真实感三维图形技术中的关键问题。计算机图形技术,仿真技术的提高对其发展会产生重要影响。这里图形生成的硬件体系结构以及在虚拟现实的真实感图形生成中用于加速的各种有效技术是关键。

3.立体显示和传感器技术

虚拟环境既可以是纯粹虚构的环境,也可以是现实环境的再现,现实环境在操作者周围的再现依赖于传感器技术。

a.三维视觉传感器
现实环境中的三维场景信息是通过位于不同位置上的一对摄象机获取的,要求摄象机的视觉特性与人眼相同,否则会引起信息的失真。

b.听觉传感器
其功能是精确感知现场环境的声波信息。要求传感器的感知频率特性不低于人耳,特殊情况还能超越人耳的功能。

c.触、力觉传感器
触觉传感器其功能在于与目标接触时产生宽范围的响应(压力分布振动温度、表面形状、各种刺激等)。现在研究使用较多的是光电式和压电式阵列触觉传感器,而力觉传感器主要用于检测操作机同目标接触时产生的力和力矩。目前研究使用较多的集中在各种腕力传感器,要求这类传感器体积小、重量轻分辨率高测量维数多。

现有的设备不能满足需要,力学和触觉传感装置的研究也有待进一步深入,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。

4.应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品质量。想要达到这一目的,则需要研究虚拟现实的开发工具。例如,VR系统开发平台、分布式VR技术等,这些都是 直接与计算机技术,多媒体技术的快速发展密切相关。

5.系统集成技术

由于VR系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统集成技术起着至关重要的作用,集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。

VR应用实例

娱乐

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高,故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。

12月19日,华为VR眼镜正式开售。这款VR眼镜拥有IMAX大片、热门电视剧、动画片等海量优质片源,同时引入包括爱奇艺、VeeR、GVR等多家优秀平台资源,号称“足不出户,便可享受私人专属影院”。

医学

VR可用于解剖教学、复杂手术过程的规划,在手术过程中提供操作和信息上的辅助,预测手术结果以及远程医疗等。

Healium App运用VR/AR和穿戴式装置来缓解焦虑,经研究证实可以快速改善病症,让心态更加正面积极。该App出自新创公司StoryUp Studios之手,试图造福有焦虑病患。

SyncThink使用虚拟现实耳机和眼动追踪技术来执行神经技术和大脑健康分析,该公司表示已与两家临床连锁机构合作,可以利用该技术评估患者的大脑健康和脑震荡风险。

艺术

虚拟现实技术作为传输显示信息的媒体,在艺术领域有着巨大的潜力应用。例如,VR技术能够将静态的艺术(如绘画、雕塑等)转化为动态的,可以提高用户与艺术的交互,并提供全新的体验和学习方式。

HTC VIVE Arts从2017年11月正式成立以来,已经在全球累计开发了50多个合作伙伴和艺术家,力图将VR技术应用到艺术创作当中。最具代表性的VR艺术作品是HTC与巴黎卢浮宫为纪念达芬奇逝世500周年而合作开发的《蒙娜丽莎-越界视野》。戴上VIVE CosmosVR头盔,人们就可以穿越到法国卢浮宫内部,看到蒙娜丽莎画像在500年前未褪色时的模样。

教育

VR教育是VR的下一个风口,利用虚拟现实的技术能够大大的提升学生的兴趣和关注力,在VR虚拟现实的环境中,每个学生可以触摸和操纵各种物品,因而会对物品有一个更好地了解。其实VR在课堂上的应用不局限于此,学生还可以跟数据集、复杂方程式和抽象概念进行互动。对一些学生来说,通过实践学习比通过听教师讲课学习效果更好。

幻影星空VR体验馆在虚拟现实教学中,取得成果会得到相应的奖励,而失败通常会被忽略。这显然与许多教育方式方式相反。这样的奖励方式能够促进大脑活跃度,驱使学生们主动去探索更多知识。

军事

虚拟现实技术应用于军事领域涵盖了"海陆空火"四大军种,这些应用目前是以军事训练为主要目的。通过VR技术模拟训练场、作战环境、灾难现场等,训练士兵在军事实战和危险应急的情况下如何做出快速有效的反应,对提高训练和演习效果起到了至关重要的作用。

VR现状及未来展望

现阶段的虚拟现实技术较之于初始阶段已有显蓍的进步,但实际上在长期的技术研发过程中也呈现出一系列问题,主要体现于虛拟环境的准确性与真实性、人与虚拟环境交互的自然性、实时显示问题和智能技术等各层面。

现实世界的外部信息种类繁多,构型复杂,各类感官信息的综合由此更显得难上加难,这就为ⅤR技术的建模间题带来了较大的难度,唯有达成高效化的建模体系,才能实现虚拟环境的准确性与真实性效果达到最佳。

在理想状态中,逼真程度极高、实时漫游的VR技术显然成立。但实际上,现阶段ⅤR技术的发展程度并不足以达到理想状态,与之相匹配的硬件设施尚未建立起来,用户在使用过程中并不能体验到无瑕疵的实时显示效果。造成这一问题的根本原因在于多用户交互在VR技术中的引入,开发者往不得不以降低图像逼真性程度为代价来实现图像处理速度的提高故而动态情况下图形的实时化逼通真化呈现难度极高。

虚拟现实技术在我国尚且处于起步阶段,还没有国内企业在虚拟现实技术方面成为领导者,这也在一定程度上决定了我国虚拟现实技术有非常大的进步空间和发展潜力。虚拟现实业务形态丰富,产业潜力大、社会效益强,以虚拟现实为代表的新一轮科技和产业革命蓄势待发,虚拟经济与实体经济的结合,将给人们生产方式和生活方式带来革命性变化。


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