【文章內(nèi)容簡介】 可操作化，實現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場效果，達到任意復雜環(huán)境下的廉價模擬訓練目的等。167。 虛擬現(xiàn)實的特點（MultiSensory）所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。 浸沒感（Immersion）浸沒感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。 （Interactivity）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（包括實時性） 。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。 （Imagination）強調虛擬現(xiàn)實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構成。 這里，虛擬環(huán)境處理器是 VR系統(tǒng)的心臟，完成虛擬世界的產(chǎn)生和處理功能。輸入設備給 VR系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。而輸出設備是由VR系統(tǒng)把虛擬環(huán)境綜合產(chǎn)生的各種感官信息輸出給用戶，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。167。 虛擬現(xiàn)實的關鍵技術虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術的核心內(nèi)容。動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用 CAD技術（有規(guī)則的環(huán)境） ，而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。虛擬現(xiàn)實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。選擇適當?shù)膽脤ο罂梢源蠓鹊靥岣呱a(chǎn)效率、減輕勞動強度、提高產(chǎn)品開發(fā)質量。為了達到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具。例如，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實技術等?，F(xiàn)在目前流行的 ISB（Inter Space BuiIder）和 ISA（Inter Scene Assemble）2 款開發(fā)軟件167。 虛擬現(xiàn)實的研究現(xiàn)狀　 美國作為 VR技術的發(fā)源地，其研究水平基本上就代表國際 VR發(fā)展的水平。近年來,虛擬現(xiàn)實在美國航空航天和軍事領域的若干成功應用所獲得的巨大經(jīng)濟效益和社會效益，促使美國政府進一步加大了對虛擬現(xiàn)實技術研究的支持力度。在美國虛擬現(xiàn)實在以下三個方面發(fā)揮重大作用：（1）武器系統(tǒng)性能評價；（2）武器操縱訓練；（3）指揮大規(guī)模軍事演習。虛擬現(xiàn)實的應用將大幅度降低以上三者所需的費用，極大地提高效益，并消除意外傷亡事故?！　≡谲娛骂I域，美國的主要研究單位為：美國空軍技術研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人類因素的檢測、計算機圖形學以及與大規(guī)模分布綜合環(huán)境應用有關的人機交互問題，尤其對那些培養(yǎng)實際操作人員的環(huán)境感興趣。他們正在研制一種便宜的、實時網(wǎng)絡化的飛行模擬器 NPSNET4。它使用 SIMNET和分布式交互仿真兩種協(xié)議進行主機之間的通信。NPSNET 計劃注意虛擬世界的系統(tǒng)在現(xiàn)實世界問題中的應用?！　≡诤教祛I域，現(xiàn)在 NASA已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護 VR訓練系統(tǒng)，空間站 VR訓練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國使用的 VR教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學(UNC)的計算機系是進行 VR研究最早的大學，他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。 　　美國政府對虛擬現(xiàn)實技術非常重視，他們支持的虛擬現(xiàn)實研究計劃都是面向航空航天和軍事應用的。虛擬現(xiàn)實將在武器系統(tǒng)的性能評價和設計、操縱訓練和大規(guī)模軍事演習及戰(zhàn)役指揮方面發(fā)揮重要作用，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。美國已初步建成了一些洲際范圍的分布式虛擬環(huán)境，并將有人操縱和半自主兵力引入虛擬的戰(zhàn)役空間，,在世界上處于領先地位。 我國 VR技術研究起步較晚，與國外發(fā)達國家還有一定的差距，但現(xiàn)在已引起國家有關部門和科學家們的高度重視，并根據(jù)我國的國情，制定了開展 VR技術的研究計劃。九五規(guī)劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發(fā)展計劃等都把 VR列入研究項目。 國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。北京航空航天大學計算機系是國內(nèi)最早進行 VR研究、最有權威的單位之一，著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡設計，虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等。浙江大學開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網(wǎng)格的快速生成算法；哈爾濱工業(yè)大學已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動的合成等技術問題。 虛擬現(xiàn)實技術在我國近些年發(fā)展極為迅速，被廣泛的應用在城市規(guī)劃、教育培訓、文物保護、醫(yī)療、房地產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)、勘探測繪、生產(chǎn)制造、軍事航天等數(shù)十個重要的行業(yè)，全世界的目光都聚焦于虛擬現(xiàn)實技術在中國的蓬勃發(fā)展。流行一時的網(wǎng)絡游戲，實質上也是虛擬現(xiàn)實技術的一種簡單應用。 第 2 章 虛擬校園技術167。 虛擬校園的基本概念計算機網(wǎng)絡技術、三維地理信息系統(tǒng)技術、虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展使得我們可以在計算機網(wǎng)絡上構建虛擬校園(Virtual campus)。用戶在網(wǎng)絡上即可對校園景觀、校內(nèi)的各種設施和服務獲得身臨其境的感受，還可以在網(wǎng)絡上使用部分設施和接受服務。虛擬校園提供了校園景觀及設施最直觀的表現(xiàn)形式，方便了用戶對校園信息的訪問、促進了大學的建設和遠程教學的發(fā)展。虛擬校園是基于地理信息技術、虛擬現(xiàn)實技術和計算機網(wǎng)絡技術等高新技術，將校園地理信息和其他校園信息相結合。以虛擬現(xiàn)實場景界面實現(xiàn)棱園景觀及信息的瀏覽查詢，并可上傳到計算機網(wǎng)絡和提供遠程用訪問。167。 虛擬校園的建模方法校園虛擬場景的建模方法主要有兩種。一種是基于圖形的建模與繪制(Gel ry—Based Modcliag and Rendering GBMRj；一種是基于圖像的建模與繪制(Inlagc—Based Modelink and Rendering，IBMRj；它是以環(huán)境中抽樣出的離散圖像組成基礎數(shù)據(jù)，通過處理與組織這些圖像數(shù)據(jù)而得到環(huán)境的連續(xù)描述的過程。與GBMR相比，IBMR方法的優(yōu)越性在于：一是無需繁瑣的場景建模工作；二是不需要特殊的設備。如圖形加速卡和價格昂貴的圖形工作站，在普通電腦上即可運行：三是能實時地顯示生成的環(huán)境，處理時間獨立于景物復雜度。IBMR一種常見的實現(xiàn)方法是用全景圖集臺來構成虛擬環(huán)境、在虛擬環(huán)境中漫游相當于選擇不同的全景圖。167。 全景圖的概念全景圖是虛擬實景的一種表現(xiàn)形式，會讓使用者有進入照片中的場景的感覺。全景圖區(qū)別于普通的拼接照片的地方在于，全景圖是基于魚眼技術，利用專業(yè)相機拍攝出來的照片，觀察者從每個角度觀察，都能夠獲取直觀的立體感，而普通的拼接照片，只是在一個平面上實現(xiàn)相機取景范圍的限制。 360度的高質量的全景圖主要有三個特點　　全：全方位，全面的展示了 360度球型范圍內(nèi)的所有景致；可在例子中用鼠標左鍵按住拖動，觀看場景的各個方向；　　景：實景，真實的場景，三維全景大多是在照片基礎之上拼合得到的圖像，最大限度的保留了場景的真實性；　　三維：三維立體的效果，雖然照片都是平面的，但是通過軟件處理之后得到的三維全景，卻能給人以三維立體的空間感覺，使觀者猶如身在其中。 　　但是由于受到設備的限制，非專業(yè)的攝影人員，是很難拍到上面描述的效果的全景圖的。但是，就普通相機加上一些照片拼合軟件，所得到的全景圖片的表現(xiàn)形式已經(jīng)比普通的照片要好得很多。 全景圖的生成全景圖模型一般有立方體、圓柱體和球體三種。以柱面全景圖像為例，若需取得具有攝影真實感的全景圖像，可采用全景照相機、普通照相機或攝像機來獲取圖像數(shù)據(jù)。全景照相機可直接獲得全景圖像，普通照相機或攝像機則需要固定在可水平旋轉的支架上，使得相機的鏡頭位于支架的中心點。如果是照相機，轉動照相機一周，每間隔一定的角度拍一張照片，以保證相鄰照片有一定的重疊；攝像機則需緩慢地繞中心點旋轉一周拍攝，使用數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機來獲取圖像數(shù)據(jù)是比較有利的，因為獲取的圖像數(shù)據(jù)可以直接下載到計算機進行后續(xù)處理。照相機或攝像機所得到的圖像數(shù)據(jù)屬于中心投影，需要經(jīng)過投影變換來將這些中心投影圖像投影到一個圓柱面上。完成這種柱面的正投影變換后，再經(jīng)過拼接形