明天的流行技术——虚拟现实

  什么是虚拟现实技术?

  我们先来看一个例子,这是日本松下公司用来招揽买主的“厨房世界”。你只要戴上特殊的头盔和一只银色的手套,就可以去“漫游”厨房世界了。你伸手去开门,门随手而开,厨房内的所有设备就会映人你的眼帘。你可以用手打开柜橱的门和抽屉,查看里面的结构和质量,可从碗架上拿下盘子看看,也可以打开水龙头,立即看见水流出来,听见流水声,还可查看水池下面的排水是否流畅,也可查看照明是否亮堂,试试通风排气是否正常……。可是当你拿下头盔,摘下手套时,这一切又都消失了。

  这就是虚拟现实技术。它是由计算机硬件、软件以及各种传感器所构成的三维信息的人工环境,即虚拟环境,是可实现的和不可实现的物理上的、功能上的事物和环境,用户投入这种环境中,就可与之交互作用。

  这种虚拟现实世界是由计算机及相关设备构造出来的。主要硬件有:计算机,可以是一台超级计算机,也可以是微机网络系统,还可以是工作站;显示设备,有头盔显示器,双筒全方位监视器,风镜型显示屏和全景大屏幕显示屏等;位置跟踪设备及其它交互设备,交互设备有数据手套、数据衣服等,由它们产生信号,与计算机实现交互作用。

  计算机有数据库,库内存有很多图像,还有声音及各种表像。当人戴上头盔时,就把这些世界观象,由多媒体计算机从头盔的显示器显示给参观者。人戴上数据手套,你的手一动,有很多传感器就测出了你的动作(比如去开门)。计算机接到这一信息,就去控制图像,使门打开,你眼前就出现了室内的图像景物,并给出相应的声音及运动感觉。

  虚拟现实技术出现于20世纪80年代末,已在娱乐、医疗、工程和建筑、教育和培训、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用。

  杭州大学开发了虚拟故官游玩系统。只要你戴上特制的头盔,骑上不动的自行车,你从头盔显示器里就看见了形象逼真的天安门城楼。你登上自行车的脚踏板,你就会感到自己骑车来到了午门前的大道上,飞快地穿过午门,越过金水桥、越过太和门,来到太和殿广场。由于你的自行车太快,一下子破墙而入,到了太和殿。金銮殿内盘龙的柱子,庄严的殿堂和真实的景像完全一样,你又骑车来到了御花园、绿树、红亭、碧池令你陶醉,好像身临其境。但是,当你摘下头盔时,仍然是骑在自行车上,一步也没有动。

  美国佐治亚理工学院开发出虚拟动物园的大猩猩系统。游人戴上头盔,看到立体景物,就像身临其境一样,在大猩猩群中走动。如果游客太靠近雄性大猩猩,它会发出咳嗽声,好像是警告你。你若不离远点,大猩猩就会虚张声势地扑过来。   

  日本的一家公司设计制造出一个虚拟世界中的歌手,叫伊达恭子。它不是真人,但是胜似真人。伊达恭子是16岁妙龄的少女,身材美妙,歌喉柔蜜略带沙哑,动作令人倾倒。它不会老,也不会发脾气,随意由人支使,可以连续唱数小时而不会累倒,会讲 7种语言。越来越多的人喜欢这个虚拟世界中的歌手。   

  宾夕法尼亚大学研究制成虚拟现实人,叫杰克。它是由计算机生成的人,在虚拟世界中,杰克能模仿真正人的动作,与环境中的人、物、机器进行相互作用。

  虚拟环境刚刚问世,就显露其影响和作用。但是不论在理论上,还是在技术上还有很多问题有待发展。可以预料,不久的将来,这一技术会产生巨大的影响,它将是2l世纪广泛应用的一种新技术。

虚拟现实VRP

  虚拟现实(VR):简单的说是一种可以创建和体验具有交互性的虚拟平台。作为一门先进的人机交流技术,可广泛的应用于城市规划、室内设计、虚拟漫游、仿真等行业。

  虚拟现实是计算机模拟的三维环境,是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。虚拟环境是由计算机生成的,它通过人的视觉、听觉、触觉等作用,使人产生一种身临其境的视景仿真。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象与之进行交互,三维环境下的实时性和可交互性是其最主要特征。

  从事于三维的CG人员都很熟悉效果图与动画的操作:效果图是将三维的图像平面化,客户只能以固定的角度观看三维场景,可操作性不强;而动画又只能依据固定的路径浏览所有的三维场景,无法实现交互功能。正是以上的不足使得虚拟现实倍受人们关注。

  虚拟现实的技术分为两种类型:一类是三维模型虚拟方式;另一类是全景图虚拟方式。

  三维模型虚拟方式主要是应用Max进行建模、渲染、烘焙、并导至VRP-Builder编辑器中,再经过简单的编辑操作之后即可生成一个可执行的EXE文件,用户可通过这个EXE文件浏览三维场景的每个面,用户还可以使用鼠标、键盘、游戏杆或其它跟踪器,在方案规划中任意行走。如:上到某一楼层浏览新居室的设计;在规划的小区中漫步,身临其境地感受那种温馨的室内装修及幽幽小区规划设计。

  全景图虚拟方式是把相机环360度拍摄的一组或多组照片拼接成一个全景图像,然后再通过计算机实现定点互动式观看。应用该方式生成的虚拟场景只能对所拍摄的实景进行环绕式的浏览而不能在场景中任意行走,若想浏览场景的其他视角则只能通过某一热键进行切换,如果没有对某一视角进行拍摄则无法对其进行浏览。

  虚拟现实是一项正在发展中的技术,它的目的是使信息系统尽可能地满足人的需要,人机的交互更加人性化,用户可以更直接地与数据交互。应用于虚拟现实的硬件工具除了传统的显示器、键盘、鼠标、游戏杆外,还有仪器手套(Instrumented glove)、数据手套(Data Glove)、立体偏振眼镜等类型产品。据报道,处于实验室研究阶段的VR设备有沉浸式VR系统,其中加入了如HMD、多个大型投影式显示器,甚至增加触觉、力感和接触反馈等交互式设备,更有人大胆预言会向全身数据服装的方向发展。

  虚拟现实发展前景十分诱人,而与网络通信特性的结合,更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式,甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它,我们可以建立真正的远程教室,在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏,就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备,我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。在电脑前就可以实现与大西洋底的鲨鱼嬉戏;参观非洲大陆的天然动物园;感受古战场的硝烟与刀光剑影;发幽古思今之情;还可以体验开国大典的庄严和东方巨人站立起来的壮志豪情……

  我们相信社会的发展和技术的创新使这一切在世界的任何地方都能做到,再不需等待可望而不可及的将来,或许就在今天。

  由深圳中视典数字科技有限公司独立开发的具有完全自主知识产权的一款三维虚拟现实软件,操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得。它的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域;为智能工程的应用提供了新的界面工具;为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的应用,改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式,让复杂的工作简易化、可视化。VR-Platform的目标是:低成本、高性能,让VR从高端走向低端,从神坛走向平民。让每一个CG人都能够从VRP中发掘出计算机三维艺术的新乐趣。
VR-Platform作为一门先进的人机交流技术,可应用到计算机三维图形的各个方面。具体包括以下几个方面:
城市规划:数字城市/三维电子地图
房地产:建筑设计/地产演示/场馆展示
室内设计:虚拟样板房/虚拟装修
家电:Web3d/产品/静物展示
文物保护:虚拟旅游/古迹复原
工业:工控仿真/设备管理/虚拟装配
交通:道路桥梁设计/交通仿真
游戏:角色、场景制作
军事:电子沙盘/虚拟战场
教育:立体几何教学/物理化学课件模拟
视频:虚拟演播室场景制作
地理:气候/植被/水利模拟

  VRP是一款直接面向三维美工的虚拟现实软件,VRP-Builder中的界面与工具的使用都是可视化的,美工不需要程序员的帮助便可自行操作,由此可以让美工不再纠缠于各种实现方法的技术细节上,而可以将精力完全投入到最终的效果制作上来。只要有良好的3ds max建模和渲染基础,就能很快地熟悉VRP-Builder的所有操作,快速地制作出自己的虚拟现实场景。
  目前,掌握虚拟技术的人材非常稀缺,全国开展此类技术培训的学校也仅两至三家。武汉新思维电脑美术学校与北京中视典数字科技有限公司、武汉艺景枫科技有限公司合作,推出相关培训课程,分为初中级、高级两个层次,它开启了一扇通往另一处CG乐园的大门,在日益激烈的职业竞争中,能使学员立于潮头浪尖,而不至淹没在日趋饱和的CG从业大军的洪流中。

 

 
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