【正文】 ，或者在日常生活中無(wú)法接觸到。超越型虛擬現(xiàn)實(shí)可以充分發(fā)揮人的認(rèn)識(shí)和探索能力，揭示未知世界的奧秘。它以現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)，卻可能創(chuàng)造出超越現(xiàn)實(shí)的情景。例如，可以模擬宇宙太空和原子世界發(fā)生的情況，把人帶入浩瀚無(wú)比或纖細(xì)入微的世界里，對(duì)那里發(fā)生的一切取得感性認(rèn)識(shí)。如美國(guó)宇航局把火星探測(cè)器發(fā)回的大量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)整理制成火星模型，可以使人從感性上了解火星上的各種情況，宛如置身于火星上一樣。(3)幻想型虛擬現(xiàn)實(shí)隨心所欲地營(yíng)造出現(xiàn)實(shí)世界不可能出現(xiàn)的情景。神話(huà)、童話(huà)、科學(xué)幻想在這個(gè)世界中可以輕而易舉地化作“現(xiàn)實(shí)”。因此，幻想型虛擬現(xiàn)實(shí)給人帶來(lái)廣闊的想象時(shí)空，盡管有時(shí)是荒誕不經(jīng)的，卻促進(jìn)了人類(lèi)想象和創(chuàng)造力的發(fā)展；完全是子虛烏有的，卻可供人消遣娛樂(lè)。例如，模擬海底龍宮世界，可以置人于蝦兵蟹將之中，賞悅各種奇珍異寶。逼真的感受，宛如真正置身于龍宮。并且最重要的，就是它是交互式的，也就是說(shuō)隨著人的反應(yīng)不同，將出現(xiàn)不同的情景。這一點(diǎn)是目前現(xiàn)實(shí)生活中其它娛樂(lè)手段所做不到的。 虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包含操作者、機(jī)器、軟件及人機(jī)交互設(shè)備四個(gè)基本要素，其中機(jī)器是指安裝了適當(dāng)?shù)能浖绦?，用?lái)生成用戶(hù)能與之交互的虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)，內(nèi)含存有大量圖像和聲音的數(shù)據(jù)庫(kù)。人機(jī)交互設(shè)備則是指將虛擬環(huán)境與操作者連接起來(lái)的傳感與控制裝置。 人機(jī)交互設(shè)備將視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等各種感官刺激傳達(dá)給操作者，使人的意識(shí)進(jìn)入虛擬世界。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在視覺(jué)方面有頭盔式立體顯示儀等；聽(tīng)覺(jué)方面有立體音響；觸覺(jué)、位置感方面有“數(shù)據(jù)手套”、“數(shù)據(jù)服”等，以及一些語(yǔ)音識(shí)別，眼球運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等裝置，未來(lái)還會(huì)開(kāi)發(fā)出模擬味覺(jué)和嗅覺(jué)的設(shè)備，那時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)將更加真實(shí)。頭盔式顯示器是與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)系最密切的人機(jī)交互設(shè)備，這種設(shè)備是在頭盔上安裝顯示器，利用特殊的光學(xué)設(shè)備來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行處理，使圖像看上去立體感更強(qiáng)。絕大多數(shù)頭盔式顯示器使用兩個(gè)顯示器，能夠顯示立體圖像。從人類(lèi)獲取信息的方式看，視覺(jué)是最主要的，它占人們獲取的信息量的70%，其次是聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)。為了實(shí)現(xiàn)逼真的效果，滿(mǎn)足人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)習(xí)慣，虛擬環(huán)境的圖像和聲響應(yīng)是三維立體的；為了達(dá)到實(shí)時(shí)性，圖像至少應(yīng)有60 Hz的幀頻，還要隨時(shí)響應(yīng)人們的操縱信號(hào)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)利用頭盔顯示器把用戶(hù)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其他感覺(jué)封裝起來(lái)，產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的錯(cuò)覺(jué)。頭戴式顯示器將觀(guān)察者的頭部位置及運(yùn)動(dòng)方向告訴計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)就可以調(diào)整觀(guān)察者所看到的圖景，使得呈現(xiàn)的圖像更趨于真實(shí)感。數(shù)據(jù)手套是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)交互設(shè)備，它可測(cè)量出手的位置和形狀從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對(duì)虛擬物體的操縱。數(shù)據(jù)手套通過(guò)手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。數(shù)據(jù)手套可能使你覺(jué)得你的手產(chǎn)生放在水中、或者泥巴中的感覺(jué)。數(shù)據(jù)服也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中用的人機(jī)交互設(shè)備。一件虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)緊身服可能使你有在水中或泥沼中游泳的感覺(jué)。當(dāng)人戴上頭盔時(shí)，就把立體圖像，由多媒體計(jì)算機(jī)從頭盔的顯示器顯示給參觀(guān)者。人戴上數(shù)據(jù)手套，你的手一動(dòng)，有很多傳感器就測(cè)出了你的動(dòng)作（比如去開(kāi)門(mén)）。計(jì)算機(jī)接到這一信息，就去控制圖像，使門(mén)打開(kāi)，你眼前就出現(xiàn)了室內(nèi)的圖像景物，并給出相應(yīng)的聲音及運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。當(dāng)你的妻子恰巧在房中，看到你的出現(xiàn)，她張開(kāi)雙臂親昵地向你飛奔而來(lái)，隨之你的腰被緊緊地?fù)ё?。切記，此時(shí)僅是數(shù)據(jù)緊身服在收縮罷了，只是這一切來(lái)得那么自然，那么逼真，那么不露痕跡。 第三章 虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展人類(lèi)自古以來(lái)都有一種對(duì)某個(gè)未知、未及的世界的想象和想象性地占有。這種欲望和想象在個(gè)人身上表現(xiàn)為夢(mèng)（睡夢(mèng)和白日夢(mèng)），在集體（民族）身上表現(xiàn)為神話(huà)、宗教。人類(lèi)不僅把對(duì)另外世界的向往和想象訴諸神話(huà)、詩(shī)歌等語(yǔ)言形式，而且以既有的技術(shù)手段將它們?cè)V諸視覺(jué)形象和聲音形式。于是，原始人的巖畫(huà)，中國(guó)古代的兵馬俑，各個(gè)時(shí)代的雕塑、繪畫(huà)視覺(jué)藝術(shù)，以及近現(xiàn)代出現(xiàn)的透視畫(huà)、全景畫(huà)、立體圖鏡、電影、電視等構(gòu)成了虛擬現(xiàn)實(shí)的史前史。畫(huà)、電影、電話(huà)、電視、計(jì)算機(jī)的發(fā)展為虛擬現(xiàn)實(shí)問(wèn)世打下了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代，看電影如何才能使人有身臨其境的感覺(jué)。他得到墨西哥教育部長(zhǎng)的支持，研究制造出一臺(tái)機(jī)器，叫“傳感影院”，但效果不佳。又由于教育部長(zhǎng)在飛機(jī)失事中喪生，他失去了經(jīng)濟(jì)支持。幸好又有對(duì)此感興趣的人提供投資，他才制成第二臺(tái)樣機(jī)。這是利用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)覺(jué)，使用戶(hù)感到好像是騎在摩托車(chē)上旅行，欣賞周?chē)淖匀痪吧??？上У氖?，這種裝置只能為一個(gè)人服務(wù)，每次花費(fèi)驚人，所以沒(méi)有引起電影界的重視。1965年，美國(guó)人艾凡薩瑟蘭，在篇名為終極的顯示的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想，后來(lái)被公認(rèn)為在虛擬環(huán)境領(lǐng)域中起著里程碑的作用。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的頭盔式顯示器系統(tǒng)。該系統(tǒng)含有能模擬力量和觸覺(jué)的力反饋裝置。80年代，美國(guó)的杰倫正式提出了“Virtual Reality”一詞。美國(guó)宇航局及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果，從而引起了人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛關(guān)注。1986年，美國(guó)航空和航天局建立了世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境。1990年在美國(guó)達(dá)拉斯召開(kāi)的國(guó)際會(huì)議上明確了虛擬現(xiàn)實(shí)的主要技術(shù)構(gòu)成，即實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)及高分辨率顯示技術(shù)。進(jìn)入90年代，迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與不斷改進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)相匹配，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)制作成為可能；人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新，新穎、實(shí)用的輸入輸出設(shè)備不斷地進(jìn)入市場(chǎng)。而這些都為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。1993年愛(ài)荷華大學(xué)提出了“制造技術(shù)的虛擬環(huán)境”的報(bào)告，提出建立支持虛擬制造環(huán)境等技術(shù)。1997年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院“使用VRML的制造系統(tǒng)建模”，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用。希望將WWW變成一個(gè)三維的立體空間。主頁(yè)的鏈接也不再是高亮顯示的圖片和文字，而是在三維空間打開(kāi)一扇門(mén)或者觸摸一個(gè)物體，就進(jìn)入了另一個(gè)主頁(yè)。甚至同時(shí)上網(wǎng)者互相之間都能看到，你在網(wǎng)上可以有一個(gè)虛擬的自己，可以象逛街一樣瀏覽主頁(yè)，同時(shí)和路上碰到的人打招呼。你能在Internet上設(shè)計(jì)自己的三維虛擬空間。可以建造虛擬的房間、建筑物、城市、山脈和星球。能用虛擬的家具、汽車(chē)、人員、飛機(jī)或你能想象的任何東西來(lái)填充虛擬的世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展到如今，當(dāng)然不只是紙上談兵。各大公司努力開(kāi)發(fā)的各種設(shè)備，在促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)際應(yīng)用上起到了相當(dāng)?shù)淖饔?。第四?現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來(lái)，許多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)及制造廠(chǎng)家研究開(kāi)發(fā)了各種各樣的信息檢測(cè)、再現(xiàn)和生成裝置，尤其對(duì)視覺(jué)信息再現(xiàn)裝置的研究方面取得重大進(jìn)展。按立體成像方式和圖像是否跟隨觀(guān)察者頭的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，視覺(jué)信息再現(xiàn)裝置大體上可以分為兩大類(lèi)，一種是利用立體電影原理生成立體圖像的視覺(jué)信息再現(xiàn)裝置。這種方式的立體圖像需要戴上特殊的眼鏡才能看得到，且立體圖像不能跟隨觀(guān)察者頭轉(zhuǎn)動(dòng)。另一種視覺(jué)信息再現(xiàn)裝置是頭盔式顯示器，其立體圖像可以跟隨觀(guān)察者的頭而轉(zhuǎn)動(dòng)，這種方式可以獲得較高的臨場(chǎng)感覺(jué)。(1)頭盔式顯示器美國(guó)猶他大學(xué)的學(xué)生索式蘭德應(yīng)用立體鏡視原理在60年代末發(fā)明了第一臺(tái)頭盔式顯示器。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生之后，頭盔式顯示器得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)世界上許多廠(chǎng)家生產(chǎn)了各種各樣的頭盔式顯示器。島津制作所生產(chǎn)的頭盔式顯示器采用CRT顯像方式，重量雖然增加了一些，但圖像的清晰度比液晶顯像高。另外，現(xiàn)階段頭盔式顯示器主要應(yīng)用在科研機(jī)構(gòu)，所以生產(chǎn)的臺(tái)數(shù)有限也是價(jià)格高的一個(gè)主要原因。索尼公司為了降低頭盔式顯示器的價(jià)格以把它推向個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)，于1997年6月開(kāi)發(fā)了廉價(jià)、簡(jiǎn)易、攜帶型的新產(chǎn)品（MLM50）。這種小型的頭盔式顯示器雖然觀(guān)賞不到立體圖像，但可以取得在2米的距離觀(guān)看52英寸電視機(jī)的效果，并有配套的小型錄像機(jī)和充電電池適合于個(gè)人在野外或出差途中使用。索尼公司計(jì)劃以每月5000臺(tái)的數(shù)量推向個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)。2000年6月1419日在東京舉行的“第8屆產(chǎn)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)展”中，正在開(kāi)發(fā)中的單眼頭戴式顯示器“DATA GLASS2”被展出。該產(chǎn)品只要與電腦相接便可顯示圖像，與早期的產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品的最大改進(jìn)之處在于減輕了重量，僅為80g，據(jù)稱(chēng)這是目前最輕的頭盔式顯示器。新產(chǎn)品與800600像素的彩色顯示相對(duì)應(yīng)，總像素與早期產(chǎn)品相比，增加了50%，達(dá)到144萬(wàn)像素。視角也從25度增至30度。頭戴該產(chǎn)品的視覺(jué)感受，與在60cm遠(yuǎn)的地方觀(guān)看14英寸屏幕的效果基本相同。該產(chǎn)品由液晶板和反射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的曲面鏡組成?？紤]到頭戴時(shí)的安全性，外界光線(xiàn)能夠透過(guò)畫(huà)面，使戴鏡者能夠看到周?chē)矬w。(2)數(shù)據(jù)手套賽伯手套公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)手套在每個(gè)手指上有三個(gè)彎曲傳感器和一