【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場(chǎng)效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價(jià)模擬訓(xùn)練目的等。167。 虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)（MultiSensory）所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。 浸沒(méi)感（Immersion）浸沒(méi)感又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)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(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。 （Interactivity）用戶對(duì)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模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。 （Imagination）強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽(tīng)覺(jué)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(shè)備，以及味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)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(shè)備給 VR系統(tǒng)提供來(lái)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(shè)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(shí)的關(guān)鍵技術(shù)虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用 CAD技術(shù)（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(jué)建模技術(shù)，兩者的有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度地提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量。為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(shí)的研究現(xiàn)狀　 美國(guó)作為 VR技術(shù)的發(fā)源地，其研究水平基本上就代表國(guó)際 VR發(fā)展的水平。近年來(lái),虛擬現(xiàn)實(shí)在美國(guó)航空航天和軍事領(lǐng)域的若干成功應(yīng)用所獲得的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促使美國(guó)政府進(jìn)一步加大了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的支持力度。在美國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)在以下三個(gè)方面發(fā)揮重大作用：（1）武器系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)；（2）武器操縱訓(xùn)練；（3）指揮大規(guī)模軍事演習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用將大幅度降低以上三者所需的費(fèi)用，極大地提高效益，并消除意外傷亡事故?！　≡谲娛骂I(lǐng)域，美國(guó)的主要研究單位為：美國(guó)空軍技術(shù)研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人類因素的檢測(cè)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及與大規(guī)模分布綜合環(huán)境應(yīng)用有關(guān)的人機(jī)交互問(wèn)題，尤其對(duì)那些培養(yǎng)實(shí)際操作人員的環(huán)境感興趣。他們正在研制一種便宜的、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行主機(jī)之間的通信。NPSNET 計(jì)劃注意虛擬世界的系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題中的應(yīng)用?！　≡诤教祛I(lǐng)域，現(xiàn)在 NASA已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù) VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站 VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的 VR教育系統(tǒng)。北卡羅來(lái)納大學(xué)(UNC)的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行 VR研究最早的大學(xué)，他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。 　　美國(guó)政府對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)非常重視，他們支持的虛擬現(xiàn)實(shí)研究計(jì)劃都是面向航空航天和軍事應(yīng)用的。虛擬現(xiàn)實(shí)將在武器系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)、操縱訓(xùn)練和大規(guī)模軍事演習(xí)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(jì)效益。美國(guó)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(lǐng)先地位。 我國(guó) VR技術(shù)研究起步較晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，但現(xiàn)在已引起國(guó)家有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視，并根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，制定了開展 VR技術(shù)的研究計(jì)劃。九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把 VR列入研究項(xiàng)目。 國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行 VR研究、最有權(quán)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(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)等。浙江大學(xué)開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)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(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法；哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問(wèn)題。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)近些年發(fā)展極為迅速，被廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃、教育培訓(xùn)、文物保護(hù)、醫(yī)療、房地產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)、勘探測(cè)繪、生產(chǎn)制造、軍事航天等數(shù)十個(gè)重要的行業(yè)，全世界的目光都聚焦于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中國(guó)的蓬勃發(fā)展。流行一時(shí)的網(wǎng)絡(luò)游戲，實(shí)質(zhì)上也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種簡(jiǎn)單應(yīng)用。 第 2 章 虛擬校園技術(shù)167。 虛擬校園的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展使得我們可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建虛擬校園(Virtual campus)。用戶在網(wǎng)絡(luò)上即可對(duì)校園景觀、校內(nèi)的各種設(shè)施和服務(wù)獲得身臨其境的感受，還可以在網(wǎng)絡(luò)上使用部分設(shè)施和接受服務(wù)。虛擬校園提供了校園景觀及設(shè)施最直觀的表現(xiàn)形式，方便了用戶對(duì)校園信息的訪問(wèn)、促進(jìn)了大學(xué)的建設(shè)和遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展。虛擬校園是基于地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)，將校園地理信息和其他校園信息相結(jié)合。以虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景界面實(shí)現(xiàn)棱園景觀及信息的瀏覽查詢，并可上傳到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和提供遠(yuǎn)程用訪問(wèn)。167。 虛擬校園的建模方法校園虛擬場(chǎng)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(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)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(guò)程。與GBMR相比，IBMR方法的優(yōu)越性在于：一是無(wú)需繁瑣的場(chǎng)景建模工作；二是不需要特殊的設(shè)備。如圖形加速卡和價(jià)格昂貴的圖形工作站，在普通電腦上即可運(yùn)行：三是能實(shí)時(shí)地顯示生成的環(huán)境，處理時(shí)間獨(dú)立于景物復(fù)雜度。IBMR一種常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方法是用全景圖集臺(tái)來(lái)構(gòu)成虛擬環(huán)境、在虛擬環(huán)境中漫游相當(dāng)于選擇不同的全景圖。167。 全景圖的概念全景圖是虛擬實(shí)景的一種表現(xiàn)形式，會(huì)讓使用者有進(jìn)入照片中的場(chǎng)景的感覺(jué)。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(shù)，利用專業(yè)相機(jī)拍攝出來(lái)的照片，觀察者從每個(gè)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(gè)平面上實(shí)現(xiàn)相機(jī)取景范圍的限制。 360度的高質(zhì)量的全景圖主要有三個(gè)特點(diǎn)　　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(biāo)左鍵按住拖動(dòng)，觀看場(chǎng)景的各個(gè)方向；　　景：實(shí)景，真實(shí)的場(chǎng)景，三維全景大多是在照片基礎(chǔ)之上拼合得到的圖像，最大限度的保留了場(chǎng)景的真實(shí)性；　　三維：三維立體的效果，雖然照片都是平面的，但是通過(guò)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(jué)，使觀者猶如身在其中。 　　但是由于受到設(shè)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(jī)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(shí)感的全景圖像，可采用全景照相機(jī)、普通照相機(jī)或攝像機(jī)來(lái)獲取圖像數(shù)據(jù)。全景照相機(jī)可直接獲得全景圖像，普通照相機(jī)或攝像機(jī)則需要固定在可水平旋轉(zhuǎn)的支架上，使得相機(jī)的鏡頭位于支架的中心點(diǎn)。如果是照相機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)照相機(jī)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(jī)則需緩慢地繞中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周拍攝，使用數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)來(lái)獲取圖像數(shù)據(jù)是比較有利的，因?yàn)楂@取的圖像數(shù)據(jù)可以直接下載到計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。照相機(jī)或攝像機(jī)所得到的圖像數(shù)據(jù)屬于中心投影，需要經(jīng)過(guò)投影變換來(lái)將這些中心投影圖像投影到一個(gè)圓柱面上。完成這種柱面的正投影變換后，再經(jīng)過(guò)拼接形