引言
一根大拇指粗细的纳米神经纤维管,一个拥有4096个神经元扫描器的碳素头盔,一条2G/s带宽的网线和一张舒适的床,就可以把你带入数以百万计的另一个世界,这个改变世界的超越现实技术是怎么来的?有兴趣的话就看下去,开始或许有些无趣,只要你能坚持看下去,后面也就习惯了。
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虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)、增强现实技术(Augmented Reality,简称 AR)均始于20世纪90年代,成熟于21世纪20年代前后,两者都是源于视觉的欺骗为主,配合其他手段营造出的一种虚拟场景或虚拟对象,通过外设实现虚拟交互,广泛的应用于医疗、科研、教育、娱乐等领域,但由于其受到客观环境的限制比较多,对于复杂情景、广阔场景、可交互场景的模拟非常有限。
超越现实技术(Beyond Reality,简称BR)从二十世纪中期开始早就存在于各种科幻小说当中,在二十世纪末期的电影里更是被大量使用,从《十三层楼》(又名骇客异次元)、《创战纪》到无法超越的《黑客帝国》都对BR的领域进行了大胆的演绎。而BR技术真正的作为一种实用技术被提出则是伴随着21世纪初期医疗领域对人脑神经系统的深入研究的结果,其实因为现代医学很早就已经认知到了人类对客观世界的感知以及对自身的控制最终均是由神经信号与大脑之间的通信完成的,所以同样很容易就想到,即使没有原始信号的输入和最终的行为输出,只要大脑从神经系统接受并返回了同样的信号,那么从感知角度讲,并没有任何区别。
但是这个简单的原理并不能很轻易的转化为现实,甚至一度被人们认为是不可能转化为现实的幻想技术,因为即使抛开科技水平的问题,只是考虑人每时每刻所接受到的信息量的量级,这种模拟都是哪怕是超级计算机绝对不可能完成的,因为人脑是一个非常苛刻的精密仪器,模拟信号的一点不真实,都会被大脑察觉,进而被大脑识破。所以,BR技术的先驱者,丁仪博士就提出,“如果要实现BR技术,人脑神经信号的数字接入技术和包含海量信息的超数字建模能力是必不可少的两个条件”,这也成为了后来BR理论的基础理论之一。
幸运的是,2030年前后,人造纳米神经纤维的问世和之一台量子计算机“普朗克”的诞生,让BR技术一下子从纸面踏入了现实领域,并在短短的五年时间内完成了从理论建设到实用的质的转变,2036年5月,公认的之一台可真正实用的BR设备就在美国的劳伦斯伯克利国家实验室问世了,项目负责人,美籍华人乔纳森.宋博士通过该设备接入了由中国的量子计算机“墨子三型”作为硬件基础运行的之一个BR世界模型“伊甸”,这个所谓的世界模型里只模拟了200平米左右的一个小花园,包括花园内的花草树木还有六种常见小生物,并没有复杂AI对象出现。即使如此,当乔纳森.宋博士从“伊甸”中回到现实世界后,虽然他的理智很清楚刚才进入的是一个虚拟世界,但他同时又坚持认为刚才在草地上真的有一只松鼠狠狠的咬了他一口……
BR技术大获成功,美国和中国也因此成为了之一批步入BR时代的国家(国际合作科研项目),虽然BR技术因为成本问题并不能迅速的大规模复制推广,但依然被应用到了多个领域,如模拟火星登陆(火星探测器已经采集了足够的火星环境数据)、特种战斗部队的模拟训练、人体医疗实验模拟等,BR技术成为了继核能力、航母、超级计算机、量子技术之后的又一个能够代表国家实力的新的技术代表。
虽然BR的诞生是在非商业化的实验室完成的,但其背后的投资者却是美国更大的军火供应商史塔克工业集团和中国更大的超算供应商神码集团,BR技术的核心专利也被双方成立的合资企业神码.史塔克所垄断,除了中美 *** 可以无偿使用BR技术于国家级科研项目和军工项目外,在经过十年的技术封闭期后,也就是2046年4月之后,允许该公司作为专利持有人进行在国家监管下的商业化和有限、有偿技术扩散。
随着时间的临近,猜测神塔(神码.史塔克公司的简称)公司推出的之一款商用BR应用会在什么领域的文章开始如雨后春笋般的冒了出来,其中关于神塔已经和迪士尼达成协议,授权迪士尼使用BR技术构建超越现实的神游迪士尼乐园的消息尘嚣直上;另一个传闻则说亚马逊已经购买了BR技术的使用权,打算建设世界上之一个超越现实技术搭建的DM(Digital Mall),当然那个时候是否还适合叫DM是有待商榷的;甚至还有风传 *** 要使用BR技术建设 *** 博物馆、维多利亚的秘密要开BR之夜……各种传闻之真,仿若亲眼所见,有的甚至有带马赛克的合同副本的贴图。当然所有这一切,神塔公司都一概的表示了否认。
2046年5月1日,神塔公司的发布会在鸟巢举行,全球50多个国家的元首和高级领导、2000多家企业的代表团和来自1000多家媒体的3000多名记者共同见证了BR技术的商业化解禁发布会,神塔公司的轮值CEO、史塔克工业集团总裁佩珀·波茨宣布了BR技术的正式商业化解禁,同时宣布将与微软、Valve共同构建采用了超越现实技术的新一代应用中心平台,该平台使用神码集团最新自研的庄周III量子计算集群,运行微软集团特别研发的专为量子计算机打造的Windows Quantum操作系统,向全世界的科研机构、游戏和软件开发商、各种民间组织和个人免费提供“修普诺斯”BR构建引擎1.0,任何人使用“修普诺斯”引擎开发的BR应用,只要通过Valve平台的审核机制,均可以免费发布在Valve公司的最新的Bream平台上供全球用户购买使用,神塔公司希冀以这种方式与全世界一起努力,让人类正式进入BR时代。多家重量级游戏、软件公司宣布即将或正在为Bream,这个后来被戏称为铜盆鱼的平台开发相应的软件和游戏。
作为配套产品,神塔公司常务副总裁、神码集团CIO柳承宗先生发布了已经正式投产的全球之一款代号“Hope”的家用型BR接入设施,该设备外包装尺寸为1200mm*2000mm*750mm,能源为常规家用220v电源,要求有一条符合911.7ns标准带宽超过2G/s的宽带接入。“Hope”即刻开始接受预定,三个月后正式提供发货,首批供货100,000台,全球统一售价9999美元(中国区售价49800),首批购买玩家附赠BR庄园、BR动物园两款游览类软件兑换码和暴雪提供的BR版魔兽世界试玩一套。
一石激起千层浪,何况神塔往市场里扔了这么巨大的一个大炸弹,一台售价低于万刀、大小居然还不如一张双人床的家用BR设备,这是什么概念?这超乎了哪怕最乐观的吃瓜专家和群众的想象,在大众的概念里,BR接入方案所需要的庞大的计算能力、专业的配套设备、高昂的运转成本,毫无疑问依然是国家级的解决方案。即使开始了商业化普及之旅,也一定是随着硬件的小型化、成本的逐步降低,从作为国家实验室的共享资源(就如同实验室申请使用超算资源一样)、到商业实验室购置私有设备、再到作为高端商业或娱乐设施(例如在迪斯尼开设BR之旅的游乐项目或国立图书馆增加BR阅读体验)推向大众应用。至于私人拥有,十年内大概怎么也得华尔街的大佬或者迪拜的酋长才买得起吧。现在神塔直接跨越了这所有的阶段,一下子撕下了BR所有的神秘面纱,将BR接入设备像PSfinal游戏机一样直接卖给了家庭(虽然贵了十几倍吧,但个头还大呢不是),让出租司机、家庭主妇、小学生、单身狗、小白领都能一窥BR世界的神奇,这简直就是奇迹。
毫无疑问首先是神塔的保密工作做的足够好,以至于他们在BR解决方案上研发进展完全不被外人所知,没有人知道原来接入设备已经可以小型化到这个程度;其次神塔大胆的直接采用了集中式云计算中心的方案,完全放弃了本地终端主机的模式(要知道即使是今天,量子计算机也是只有漫画中的钢铁侠才玩的起的设备),通过已经非常成熟的极速 *** 传输能力,更大程度的降低了购买者所需要负担的一次性投入成本;最后,想必是出于推广的理由,这之一套设备才定了这样一个远低于成本的价格——是的,全世界都知道这个设备神塔卖一套赔一套,但没人认为他们不会从平台的收入上挣一个钵满盆盈。
不需要三个月,只两周的时间,神塔和其母公司的股票就翻了两倍有余,整个神塔题材板块,包括微软、Valve两家主要合作企业,暴雪、EA、B社、CDPR这些大的开发商,以及迪士尼、Sony、20世纪福克斯、BBC、腾讯等潜在客户,甚至各国主要的宽带提供商,全部股价大幅上扬。同时由于首发的只有100,000台,预定资格又早已被秒光,结果就是在ebay和 *** 这两个全球更大的个人交易市场里,一个购买资格的 *** 费用高达五万美元以上,已经远远高于设备本身的价格,就这个价格,你还得自己另行支付那买设备的9999刀,是的,这5万刀只是一个资格。
当然在市场的狂热之中,也不乏唱反调的声音,几乎每天都会有质疑超越现实技术家用化可能带来的经济问题、政治问题、社会问题、青少年教育问题、生理问题、心理问题的文章登上从国际权威科研杂志的主版到八卦论坛的热帖,甚至有专家断言沉迷BR世界将导致人类的各方面机能反向进化,最终走向自我毁灭的道路。可惜螳臂当车,这些声音在沸腾的市场洪流中全都被淹没,消失了。
时间很快过去了,之一批“Hope”发货了,之一批试用体验报告出炉了,于是这个沸腾的市场炸了。
虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔(用来显示立体图象的头式显示器),手持传感手套,仿佛置身于一个幻觉世界中,在虚拟环境中漫游,并允许操作其中的“物体”。与传统计算机相比,虚拟现实系统具有三个重要特征:临境性,交互性,想象性。虚拟现实技术潜在的应用范围很广,诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型,而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。
虚拟现实技术通过20多年的研究探索,于80年代末走出实验室,开始进入实用化阶段。目前,世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域,已开始广泛应用这种高新技术,并取得了显著的综合效益。据外刊报道,美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习,就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成,使之更加符合21世纪的作战要求,还节约演习经费近20亿美元。
那么,什么是虚拟现实技术呢?简单地说,就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境,通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。它与传统的模拟技术完全不同,是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一,并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环境交互作用,可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。比如,计算机虚拟的环境是一座楼房,内有各种设备、物品,操作者会如同身临其境一样,可以通过各种传感装置在屋内行走查看、开门关门、搬动物品;对房屋设计上的不满意之处,还可随意改动。显然,利用这种虚拟现实技术进行建筑、机械、兵器等设计修改,实施技术操作训练和军事演习活动要容易得多,也便宜得多。
虚拟现实技术一经应用,就向人们展示了诱人的前景,因而受到各国军界的青睐。从90年代初起,美国率先将虚拟现实技术用于军事领域,主要用于以下四个方面:一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库,包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等,为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。以增强其临场感觉,提高训练质量。二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服,戴上头盔显示器和数据手套,通过操作传感装置选择不同的战场背景,输入不同的处置方案,体味不同的作战效果,进而像参加实战一样,锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受力。如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器,能产生视觉控制,能处理三维实时交互图形,且有图形以外的声音和触感,不但能以正常方式操纵和控制飞行器,还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况,如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习,建立一个“虚拟战场”,使参战双方同处其中,根据虚拟环境中的各种情况及其变化,“调兵遣将”、“斗智斗勇”,实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术,根据侦察情报资料合成出战场全景图,让受训指挥员通过传感装置观察敌我 *** 和战场情况,以便判断敌情,定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境,生动的视觉、听觉和触觉效果,使受训军官沉浸于“真实的”战场之上。
当然,虚拟现实还是一门年轻的科学技术,尚存在不少有待解决的问题。例如,在计算机生成的虚拟环境中,操作者每次转动头部,计算机必须更新三维图像,由于更新的数据太大,以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如,美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异,容易引起头痛、眩晕等。
但不管怎样,虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域,它会随着时间的推移日臻完善,在军事领域的应用将会越来越广泛,发挥的作用也将会越来越大。
正如其它新兴科学技术一样,虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。
它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论,目前虚拟现实技术所取得的成就,绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力,仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题,还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时,人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日,虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统,成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。
就像电影《黑客帝国》里描述的那样,未来的我们竟可以生活在一个由电脑控制的虚拟世界里。在这个世界里,我们同样拥有各种感觉,同样拥有亲戚朋友,同样拥有工作,同样拥有现实世界的一切“真实”。只是,这一切都是虚拟的。
人类有许多梦想,一些梦想已经变为现实,而有一些梦想也许永远都不可能实现。然而,有一种技术却能使一切梦想全部实现,这就是虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)。
虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科,对该技术的研究始于20世纪60年代。直到90年代初,虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。
基本概念
概括地说,虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境,它可以是实际上可实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此,虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。
从本质上来说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,更大限度地方便用户的操作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同,其作用可表现为不同的形式,例如将某种概念设计或构思可视化和可操作化,实现逼真的遥控现场效果,达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等。该技术的主要特征有以下几方面:
多感知性(Multi-Sensory)——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
浸没感(Immersion)——又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假,使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的一切看上去是真的,听上去是真的,动起来是真的,甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的,如同在现实世界中的感觉一样。
交互性(Interactivity)——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
一般来说,一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备,以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
这里,虚拟环境处理器是VR系统的心脏,完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给VR系统提供来自用户的输入,并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野,也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由VR系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户,使用户产生一种身临其境的逼真感。其主要的研究内容包括以下几个方面:
动态环境建模——虚拟环境的建立是VR系统的核心内容,动态环境建模技术的目的就是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术,更多的情况则需采用非接触式的视觉技术,两者有机结合可以有效地提高数据获取的效率。
实时三维图形生成技术——三维图形的生成技术已经较为成熟,这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的,至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒,更好高于30帧/秒。
在不降低图形的质量和复杂程度的前提下,如何提高刷新频率是该技术的主要内容。
立体显示和传感器技术——虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展,现有的设备远远不能满足需要,比如头盔式三维立体显示器有以下缺点:过重(1.5 kg至2kg)、分辨率低(图像质量差)、延迟大(刷新频率低)、行动不便(有线)、跟踪精度低、视场不够宽、眼睛容易疲劳等,因此有必要开发新的三维显示技术。同样,数据手套、数据衣服等都有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。另外,力觉和触觉传感装置的研究也有待进一步深入,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。
应用系统开发工具——虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想像力和创造性。选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品质量。为了达到这一目的,必须研究虚拟现实的开发工具,例如VR系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
系统集成技术——由于VR系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等等。
关键技术
虚拟现实是多种技术的综合,包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉/力觉反馈、立体声、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。
实时三维计算机图形技术
相比较而言,利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型,又有足够的时间,我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像,但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中,图像的刷新相当重要,同时对图像质量的要求也很高,再加上非常复杂的虚拟环境,问题就变得相当困难。
广角(宽视野)的立体显示
人看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这些图像在脑子里融合起来,就形成了一个关于周围世界的整体景象,这个景象中包括了距离远近的信息。当然,距离信息也可以通过其他 *** 获得,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。
在VR系统中,双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器,但用户带上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。
用户(头、眼)的跟踪:在人造环境中,每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态,而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头(眼)的方向来确定的。
跟踪头部运动的虚拟现实头套:在传统的计算机图形技术中,视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的,用户的视觉系统和运动感知系统是分离的,而利用头部跟踪来改变图像的视角,用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来,感觉更逼真。另一个优点是,用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境,而且可以通过头部的运动去观察环境。
在用户与计算机的交互中,键盘和鼠标是目前最常用的工具,但对于三维空间来说,它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度,我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在,已经有一些设备可以提供六个自由度,如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等。另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。
立体声
人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上,我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向,因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的,所以会有一种方向感。现实生活里,当头部转动时,听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中,声音的方向与用户头部的运动无关。
触觉与力觉反馈
在一个VR系统中,用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它,但是你的手没有真正接触杯子的感觉,并有可能穿过虚拟杯子的“表面”,而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。
语音输入输出
在VR系统中,语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言,并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的,因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如,连续语音中词与词之间没有明显的停顿,同一词、同一字的发音受前后词、字的影响,不仅不同人说同一词会有所不同,就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。
使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题,首先是效率问题,为便于计算机理解,输入的语音可能会相当罗嗦。其次是正确性问题,计算机理解语音的 *** 是对比匹配,而没有人的智能。
代表性设备
在VR系统中,有许多有趣的、功能不同的专用设备,下面选一些代表性的设备加以介绍。
BOOM可移动式显示器:它是一种半投入式视觉显示设备。使用时,用户可以把显示器方便地置于眼前,不用时可以很快移开。BOOM使用小型的阴极射线管,产生的像素数远远小于液晶显示屏,图像比较柔和,分辨率为1280×1024像素,彩色图像。
数据手套:数据手套是一种输入装置,它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料紧贴在手上,同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线,以检测手的运动。光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展,而通过光电转换,手指的动作信息可以被计算机识别。
TELETACT手套:它是一种用于触觉和力觉反馈的装置,利用小气袋向手提供触觉和力觉的 *** 。这些小气袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时,存储在计算机里的该物体的力模式被调用,压缩机迅速对气袋充气或放气,使手部有一种非常精确的触觉。
数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量,包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换,身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。
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虚拟现实的本质是人与计算机的通信技术,它几乎可以支持任何人类活动,适用于任何领域。
较早的虚拟现实产品是图形仿真器,其概念在60年代被提出,到80年代逐步兴起,90年代有产品问世。1992年世界上之一个虚拟现实开发工具问世,1993年众多虚拟现实应用系统出现,1996年NPS公司使用惯性传感器和全方位踏车将人的运动姿态集成到虚拟环境中。到1999年,虚拟现实技术应用更为广泛,涉足航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。专家预测,随着计算机软、硬件技术的发展和价格的下降,预计本世纪虚拟现实技术会进入家庭。
VR技术在医疗领域也大有作为。该技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划,在手术过程中提供操作和信息上的辅助,预测手术结果等。另外,在远程医疗中,虚拟现实技术也很有潜力。例如在偏远的山区,通过远程医疗虚拟现实系统,患者不进城也能够接受名医的治疗。对于危急病人,还可以实施远程手术。医生对病人模型进行手术,他的动作通过卫星传送到远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回医生的头盔立体显示器,并将其和虚拟病人模型进行叠加,为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所已成功研制出远程手术医疗系统。
在航天领域,VR技术也非常重要。例如,失重是航天飞行中必须克服的困难,因为在失重情况下对物体的运动难以预测。为了在太空中进行精确的操作,需要对宇航员进行长时间的失重仿真训练。为了逼真地模拟太空中的情景,美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。
在训练中,宇航员坐在一个模拟的具有“载人操纵飞行器”功能并带有传感装置的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器和用于绕宇航员重心调节宇航员朝向的旋转控制器。宇航员头戴立体头盔显示器,用于显示望远镜、航天飞机和太空的模型,并用数据手套作为和系统进行交互的手段。训练时宇航员在望远镜周围就可以进行操作,并且通过虚拟手接触操纵杆来抓住需要更换的“模块更换仪”。抓住模块更换仪后,宇航员就可以利用座椅的控制器在太空中飞行。
在对象可视化领域中,VR技术应用的例子是模拟风洞。模拟风洞可以让用户看到模拟的空气流场,使他感到就像真的站在风洞里一样。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性和效果、空气循环区域、旋涡被破坏的乱流等。例如,可以将一个航天飞机的CAD模型数据调入模拟风洞进行性能分析。为了分析气流的模式,可以在空气流中注入轨迹追踪物,该追踪物将随气流飘移,并把运动轨迹显示给用户。追踪物可以通过数据手套投降到任意指定的位置,用户可以从任意视角观察其运动轨迹。
在军事领域中,VR技术应用的一个例子是“联网军事训练系统”。在该系统中,军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置,他们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑物以及由其他部队操纵的车辆的模拟战场。这些由实际人员操作的车辆可以相互射击,系统利用无线电通信和声音来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的行动。炮火的显示极为真实,用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。从直升机上看到的场景也非常逼真。这个模拟系统可用来训练坦克、直升机和进行军事演习,以及训练部队之间的协同作战能力。
当然,虚拟现实技术的应用远不止以上这些。随着计算机技术的进一步发展,虚拟现实与我们的生活将日益密切。
初识VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言)是一项和多媒体通讯(Multimedia Communication)、因特网(Internet)、虚拟现实(Virtual Reality,VR)等领域密切相关的新技术,其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体。VRML于1998年1月被正式批准为国际标准(ISO/IEC 14772-1:1997,通常称为VRML97),创立了标准化进程的ISO/IEC记录,它还是之一个用HTML发布的国际标准。
VRML是一种3D交换格式,它定义了当今3D应用中的绝大多数常见概念,诸如变换层级、光源、视点、几何、动画、雾、材质属性和纹理映射等等。VRML的基本目标是确保能够成为一种有效的3D文件交换格式。
VRML是HTML的3D模型。它把交互式三维能力带入了万维网,即VRML是一种可以发布3D网页的跨平台语言。事实上,三维提供了一种更自然的体验方式,例如游戏、工程和科学可视化、教育和建筑。诸如此类的典型项目仅靠基于网页的文本和图像是不够的,而需要增强交互性、动态效果连续感以及用户的参与探索,这正是VRML的目标。
VRML提供的技术能够把三维、二维、文本和多媒体集成为统一的整体。当把这些媒体类型和脚本描述语言(scripting language)以及因特网的功能结合在一起时,就可能产生一种全新的交互式应用。VRML在支持经典二维桌面模型的同时,把它扩展到更广阔的时空背景中。
VRML是赛博空间(cyberspace)的基础。赛博空间的概念是由科幻作家William Gibson提出的。虽然VRML没有为真正的用户仿真定义必要的 *** 和数据库协议,但是应该看到VRML迅速发展的步伐。作为标准,它必须保持简单性和可实现性,并在此前提下鼓励前沿性的试验和扩展。
没有真实的人类,地球包括宇宙都是假象,有一点可以证明,地球上所有动植物的名字都是在人类被设计之初就已经输入里面的,这个就是唯一能证明一切都是假象的理由
虚拟现实(VR)技术实际上是个比较古老的概念了,起源于人们都利用计算机技术模拟、展示和互动真实世界。VR也有一些分枝,如增强现实(AR)技术,春晚电视直播,舞台上面的红灯笼就是AR技术实时合成的。所以VR的应用已有很多。但人们更期待的还是黑客帝国那种直连人脑的。
这是非常好的一项技术,也是未来非常非常重要的技术。但就目前而言,这仅仅是“未来”很重要的技术,前两年非常火热的VR、AR,只是虚拟现实技术的粗略探索,技术非常不成熟。主要在VR眼镜里进行交互,可以观影,游戏,模拟驾驶,工业模拟,教学等。因为硬件发展限制,行业目前状态就是等待。
如果现实是虚拟的,那么你就是虚拟的起点,现实的中心点;我不懂哲学,也不会说什么深奥的语言,只是我觉得如果这一切都是虚拟的,那说出这个问题的人就是现实,因为只有现实中的人才有能力去虚拟这一切;VR行业发展在未来几年里应该有所突破,但需要把VR技术应用到合适且有刚性需求的领域并形成规模,譬如教育培训、医疗健康、基础设施、工业制造、游戏社交等领域会有突出表现。
AR提现影视。游戏上发展。VR全景往地图。展示平台发展。两个各有各的的优势吧优势展现出来就是发展路子。无论何时,技术手段只是补充,机器代替不了有思想,有感情的人的作用。运用技术智能手段有时确实会对教学起到一定的积极作用,但凡事不能过度,实践是检验任何理论或技术是否可行的唯一标准!实验可行,就用,反之,不行就不用。
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黑客可以看淘宝购物记录吗(淘宝黑客技术)(tiechemo.com)一直致力于黑客(HACK)技术、黑客QQ群、信息安全、web安全、渗透运维、黑客工具、找黑客、黑客联系方式、24小时在线网络黑客、黑...
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大伙儿一般给孩子用的全是尿不湿,见到商场有卖拉拉裤的不清楚是什么时候要给孩子用拉拉裤,拉拉裤和尿不湿的差别是否非常大,我就而言讲吧。 拉拉裤和尿不湿的差别 尿不湿:一般用以小宝宝10个月之前...
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