【文章內(nèi)容簡介】 sion）、構(gòu)想（Imagination）和交互性(Interactivity)，即虛擬現(xiàn)實的3I特性。沉浸感是使用者作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度，指用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征就是讓用戶覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，是用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，沉浸于虛擬世界之中，參與虛擬世界的活動。虛擬現(xiàn)實的沉浸性來源于對虛擬世界多感知性，常見的感知有視覺感知、聽覺感知，還有觸覺感知、力覺感知、運動感知等[2]。交互性即用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到的反饋的自然程度。虛擬現(xiàn)實的交互性的實現(xiàn)于傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)有所不同，在傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)中，人機之間的交互工具主要是通過鍵盤與鼠標(biāo)進行一維、二維的交互，而虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)強調(diào)人與虛擬世界之間要以自然的方式進行交互，并且借助虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的特殊硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套、方向盤等，以自然的方式與虛擬世界進行交互，實時產(chǎn)生在真實世界中的一樣的感覺。這中交互性具有以下特點：人的參與與反饋；人機交互的有效性；人機交互的實時性。想象性強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類的認知范圍。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅僅是一個媒體或者一個高級用戶界面，它可以用來實現(xiàn)一定的目標(biāo)，如解決工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問題，它使人類可以突破時間與空間的限制，去體驗和研究世界上早已發(fā)生和尚未發(fā)生的事件，或進入宏觀和微觀世界進行研究，以及復(fù)雜條件問題的研究。虛擬現(xiàn)實的沉浸性，交互性和想象性，使參與者能沉浸與虛擬世界之中，并進行交互。桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是通過視、聽、觸覺等信息通道感受到設(shè)計者思想的高級用戶界面。將桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于汽車駕駛模擬系統(tǒng)的開發(fā)。首先配置開發(fā)的硬件條件，現(xiàn)在計算機的性能有了很大的提高，使用個人計算機來開發(fā)虛擬駕駛系統(tǒng)，配合方向盤和立體眼鏡交互工具，以及音響等。VDS1軟件的開發(fā)過程為：首先構(gòu)造三維場景中的各種物體，如城市建筑、道路、行人、汽車等場景中的物體，即建立3D模型庫和汽車模型庫；然后，建立人機交互接口，讀取駕駛員駕駛過程中的各種操作參數(shù)，并設(shè)定出人員操作過程中的邏輯判斷策略；在系統(tǒng)仿真過程中，根據(jù)駕駛員的操作參數(shù)，利用汽車動力學(xué)模型的計算公式，得出汽車的運動數(shù)據(jù)，以此驅(qū)動視點的運動，根據(jù)視點的位置和方向，渲染出相應(yīng)的虛擬場景和音響效果，使駕駛員沉浸到虛擬環(huán)境中去，進行汽車駕駛訓(xùn)練。利用開發(fā)的虛擬駕駛軟件，在個人計算機上實現(xiàn)滿足沉浸感、交互性的汽車駕駛平臺，給駕駛員提供逼真的駕駛環(huán)境，給汽車駕駛訓(xùn)練提供了極大的方便。3 VDS1場 景 的 霧 化為了增加虛擬環(huán)境的真實感，可以在環(huán)境中模擬諸如晴天、陰天、雨天、霧天等自然現(xiàn)象。霧化是指Direct3D程序模擬真實世界的云霧、水汽、灰塵等自然景觀。在霧氣較嚴重的地區(qū)，往往距離觀察點很近的物體比較清晰，而遠處的物體隨著距離的增加會變得越來越模糊[34]。在場景中添加霧可以產(chǎn)生縱深感和距離感，增加三維場景的真實感，也可以用來營造氣氛。在Direct3D圖形系統(tǒng)中，霧化是通過將景物的顏色和霧的顏色進行混合來實現(xiàn)的。影響混合比例的參數(shù)為混合因子，混合因子隨著物體和觀察點距離的而衰減。距離觀察點越遠，混合因子越小，場景中物體的原色越小，霧的顏色越大，霧化效果越明顯[35]。Direct3D計算霧化的方法如下：其中，表示霧化后的場景顏色，表示霧化混合因子，場景原來的顏色，程序定義的霧的顏色。Direct3D采用了2中方法進行霧化處理：頂點霧化和像素霧化[36]。根據(jù)Direct3D的霧化計算公式，將霧分為三種類型：線性霧、指數(shù)類型指數(shù)類型2，枚舉常量D3DFOGMODE定義了這三種霧化公式，其中為線性霧的混合因子的變化公式，根據(jù)這個公式，霧化效果隨距離呈線性增加，其中，和表示霧化起點和終點與觀察點的距離，表示當(dāng)前計算點與觀察點的距離；為指數(shù)類型1霧的混合因子的變化公式，根據(jù)這個公式，霧化效果隨距離按指數(shù)規(guī)律增加，其中表示當(dāng)前計算點與觀察點的距離，表示霧的密度；表示指數(shù)類型2霧的混合因子的變化公式，根據(jù)這個公式，霧化效果隨距離按指數(shù)平方的規(guī)律增加。 4 總 結(jié) 與 展 望 主要研究工作總結(jié)通過分析汽車駕駛模擬系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，目前國內(nèi)外虛擬駕駛系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及常用方法，提出了課題的研究背景和意義，并進行了基于桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬駕駛系統(tǒng)VDS1的設(shè)計。和汽車實車駕駛訓(xùn)練相比較，使用虛擬駕駛系統(tǒng)可以消除初上車學(xué)員的緊張感，并且可以節(jié)省燃油，消除污染，訓(xùn)練時間靈活，硬件配置的低成本有利于系統(tǒng)的推廣。主要進行了以下幾個方面的工作： 1．視景子系統(tǒng)的設(shè)計和生成 視景子系統(tǒng)是利用計算機實用圖像生成子系統(tǒng)產(chǎn)生車輛行駛過程中駕駛員所看到的虛擬環(huán)境，如道路、建筑、交通標(biāo)志、車輛、行人等。通過應(yīng)用三維建模軟件工具3DS MAX，建立了虛擬駕駛的三維場景和運動物體，并將場景導(dǎo)入程序，通過設(shè)置虛擬攝像機，并進行坐標(biāo)變換，生成了視景子系統(tǒng)。2．音響子系統(tǒng)的設(shè)計 音響子系統(tǒng)可以營造更加逼真的模擬環(huán)境。通過準(zhǔn)備各種聲音的素材，并配合行車過程根據(jù)駕車狀況進行調(diào)用，成功營造了行車過程中的各種聲音。3．操控子系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn) 用戶可以操作方向盤、油門踏板、腳剎踏板、離合器踏板、檔位、手剎車、點火開關(guān)等設(shè)備，成功的實現(xiàn)了方向盤控制車輛在虛擬場景中進行符合運動規(guī)律的行駛。4．雙目立體成像技術(shù)的應(yīng)用，立體成像程序的實現(xiàn)。為了形成駕駛行車中的真三維立體環(huán)境，利用雙目視覺原理，推導(dǎo)了體視變換算法，編制了立體雙目立體成像程序，分別生成了左右眼圖像，渲染出了立體圖像對。5．主動駕駛車輛后視鏡的設(shè)計，實現(xiàn)了后視鏡渲染窗口，行車過程中，可根據(jù)駕駛需要開啟和關(guān)閉左右后視鏡。 6．運動物體的設(shè)計 場景中的運動物體分為沿預(yù)訂路線行駛的車輛和行人，以及模擬行車的主動駕駛車輛，并利用操控裝置，實現(xiàn)了在虛擬場景中進行駕駛訓(xùn)練。應(yīng)用開發(fā)的虛擬駕駛系統(tǒng)進行汽車駕駛訓(xùn)練，（虛擬駕駛開始的地方），（汽車駕駛過程中開啟了后視鏡），（對虛擬場景進行了線性霧化），（對虛擬場景進行了指數(shù)霧化），（更換了主動駕駛車輛），（在霧化場景中開啟后視鏡）。