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计算机虚拟现实关键技术浅析
发布时间:2018-12-03        浏览次数:25        返回列表

罗术通 吕伟力

摘  要:虚拟现实作为新时代发展的产物,能够帮助信息技术更好的发展,同时也是信息技术一种延伸。目前人们生活、工作中,虚拟现实技术都在发挥着作用,并且逐渐被人们接受、使用。随着社会的发展,虚拟现实技术已经形成全新的信息产业。该文主要先说明虚拟现实的概念,然后说出虚拟现实关键技术以及实现基础,最后说明虚拟现实关键技术实现形式。

关键词:计算机  虚拟现实  关键技术

中图分类号:TP391    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)11(c)-0024-02

虚拟现实作为人类发展过程中出现的一种先进技术,有着非常高的综合性,是由多种技术综合到一起所形成的,能够通过计算机模拟衍生出一种真实环境,从而构建出一个虚拟世界,用户在这个世界中能够感受到日常生活场景,也可以接触到虚拟场景,其所构建的世界并不是现实中能够看到的,但是通过交互体验,人们能够获得最真实的感受。因此,虚拟现实技术自身需要具有自主性、交互性等多种特点,如果要想提升虚拟现实关键技术,就必须要抓住其中的重点问题,并且加以解决。

1  虚拟现实的概念

虚拟现实又被称之为VR,是近些年来随着计算机信息技术不断发展所出现的一种全新产物,在当代发展中开始逐渐被人们认知,人们在厌倦电子设备的情况下,虚拟现实技术因为其具有非常好的用户体验性,已经逐渐被人们用于各方面,受到人们的关注,人们可以通过视觉、听觉来实现人机交互。虚拟现实的主要原理就是通过仿真技术来模拟生活场景、虚拟场景,能够让人们产生一种身临其境的感觉,并且根据虚拟世界中的变化采取相应的应对,具有非常好的互动体验[1]。

2  虚拟现实关键技术

虚拟现实技术由两部分组成,分别是实物虚化技术和虚物实化技术,将这两种完美结合,才能够让人们有种真实的体验。

2.1 实物虚化技术

实物虚化技术作为虚拟现实技术基础,将现实环境中的信息转化到计算机中,将其构建成虚拟环境[2]。

2.1.1 模型构建

如果想要保证虚拟现实技术能够顺利进行,第一步就需要构建虚拟环境,这就需要利用计算机技术进行建模,在建模过程中可以分为两种,分别是真实场景和虚拟场景,当构建真实场景时所采集的数据需要准确,如果是构建虚拟场景,就需要以真实场景作为参考进行构建,先根据想要构建的环境获取所需要的数据,然后根据收集到数据构建相应的模型,这也是虚拟现实形成的基础[3]。在构建虚拟环境时,需要注意其空间、元素等多个方面,从而形成三维效果图,在这过程中可以利用遥感技术能够加入相对应的照片,这样能让虚拟场景看上去更加真实,还需要在这过程中保留现实生活中一些物理元素,比如材料、力度等,更加真实地展现所需要的场景,让人们在运动或者是接触时,能够真实感觉到,还可以加入一些难以控制的元素,比如天气、环境等,能够让人们在使用虚拟现实技术时更加具有体验感。

2.1.2 空间跟踪

在我们生活中已经存在很多虚拟现实体验,比如说在VR游戏中,人们只需要带上专门配置的头盔等仪器,就能够实现人机交互,完成游戏所要求的动作,这些设备就是信息传感器,能够将现实和虚拟进行有效联系。仪器中系统主要可以分为光学和机械等多种类型,仪器大多数是由发射器、接收器和其他零件所构成,人们在佩戴仪器时,就能够通过仪器控制虚拟世界中物体或者进行运动。以VR手套为例,人们在现实生活中去拿一件东西非常容易,但是在虚拟世界中如果操控鼠标就会变得复杂,使用VR手套就能够模拟现实取东西的状态,显得更加真实,在这过程中手套就需要充分了解用户自身数据,从而方便用户在虚拟世界中进行运动[4]。

2.1.3 视听追踪

人最基础的感官就是视觉和听觉,那么在虚拟现实技术中,就需要将视频摄像机转移到平面阵列中,跟踪光就会投射在平面上,所出现的影像会随着时间的变化而变化,这也就是视听跟踪系统的计算原理,这样才能够准确地确定对象的位置。在虚拟世界中,精确度非常关键,这直接影响到用户体验,在研究视听追踪时还需要在这过程中考虑到操作范围,大多数视听追踪技术都是用单一传感器,效果有待加强,虽然使用多传感器会提升虚拟技术精准度,但是同时也会增加系统难度,而且成本较高[5]。

2.2 虚物实化技术

人们在生活中能够感受到身边事物的变化,当计算机构建虚拟世界时,为了保证人们能够获得更加真实的体验,就需要在虚拟现实中加入真实场景,借助相应仪器,将场景反馈给用户。

2.2.1 视觉感知

将实物虚化后,人们能够在虚拟现实中感受到物体的颜色、变化,给予用户非常逼真的体验,这些都是通过视觉感知所体现出来的,除去常见的头盔装置外,还有VR眼镜、投影等多种设备,而且在这其中不仅有直视型,还有投影式等多种类型,用户可以根据自身的需求自行选择[6]。立体显示技術也是虚拟现实技术中常见的一种技术,人们在观看事物时,两眼所看到的是具有视差的两幅画面,需要传递给大脑,然后进行反馈,人们才能够获得真实的视觉体验,在虚拟现实中也同样如此,立体现实技术能够将所呈现的影像经过处理后反馈给用户,增加用户体验性。

2.2.2 听觉体验

在虚拟世界中,如果要想真正地进入到其中,还需要加入听觉,这样才能让用户感觉更加逼真,声音可以很好地弥补视觉上的不足。特别是在一些必须需要听觉的虚拟世界上,声音非常重要,比如一些恐怖游戏,声音渲染气氛要比视觉重要的多。在制作声音效果时,人们主要是通过ITD进行定位,能够准确地计算声音到达两耳的时间差,但是这种办法有一定的缺点,无法进行单耳定位,因此现阶段大多数使用的是相关传递函数,用这个来描述声音的传播。其中一种较为常见的声音计算法叫HRTF,利用滤波原理来模拟耳廓音效,并且能够进行单耳定位[7]。

2.2.3 触觉感知

除了以上两种还需要加入触觉,这样才能够让用户沉浸其中,而且能够体验出虚拟现实的特点。比如在进行虚拟驾驶时,人们转动方向盘可以感受到左右的晃动。触觉感官涉及较多,比如在沙漠中行走,会感觉到吃力,在触碰到某物体时会有对应的反馈。如果虚拟现实技术缺少触觉感知,那么人们在触摸物体时就感觉不到相应的效果。现阶段,在虚拟现实技术中增加触觉比较常见的方法有气压式、神经肌肉模拟等多种方法。

3  虚拟现实关键技术实现基础

3.1 意图捕捉

这一环节主要是为了让计算机能够充分了解用户想法,从而完成相应的操作,能够理解用户所输入的信息。虽然这方面研究已经取得一部分进展,意图捕捉技术水平有所提升,但是现阶段,这方面技术支持还不够成熟,很多地方存在问题。

3.2 人物捕捉

这部分主要包括人物感知和用户呈现,比如人物的外貌、五官等,为此提供一些相关的信息,由相关的应用程序所采集的数据所构成。这一部分是虚拟现实技术中接触最少,经验最少的部分,目前还不能够满足人们的要求[8]。

3.3 环境捕捉和渲染

主要指的是感知和表现周围环境的技术,目前在研究的公司有Next VR、Go Pro、Matterport,这种技术正在研究阶段,也是虚拟现实技术其中重要的组成部分。环境渲染是在环境捕捉基础上,为用户创造更加真实的场景,用于虚拟世界中各种物体的渲染。

3.4 设计水平

虚拟现实关键技术具有一定的可用性,主要目的就是为了能让用户完整地表达出自己的想法和意向,并且能够根据操作完成相应的动作。还具有一定的叙事性,为用户提供相应的线索、信息,给予用户很好的体验,能够激发用户的兴趣。

4  虚拟现实关键技术的实现形式

4.1 动态环境建模技术

这种技术主要的目的就是为了能够满足现实的需要,根据相关数据在虚拟世界中模拟相应的场景,将其获得的数据可以通过CAD技术和建模技术完成,两者合作能够获得更完整的相关数据。

4.2 即时3D图形生成技术

3D图形生成技术发展较为迅速,而且人们所掌握的经验也较为丰富,主要是能够实时地根据要求形成相应的图形。针对这种情况,人们在研究过程中就需要保证该技术的图形刷新率需要保证在30帧/s,在保证图形完整、质量合格的基础上,让刷新速度变快是该技术的主要研究目的。

4.3 三维显示和传感器技术

虚拟现实和用户之间的联系主要是通过传感器和显示屏进行,但是现阶段虚拟现实技术的发展并没有达到相应技术的要求。比如,头盔反馈图像过慢、显示器分辨率没有达到要求、设计没有考虑全面等,设备的传输范围和灵敏度都需要进行调整。

4.4 程序研发工具

虚拟现实技术的目的是能够为人们提供一个良好的环境,激发人们的创作能力和丰富人们的想象力,适当运用相应的技术,就能够提升计算机生产效率,保证程序应用的质量。所以,开发虚拟现实系统就成为构建虚拟世界的重要部分。

5  结语

总体来说,随着信息技术不断的应用,虚拟现实正在改变着人们的观念,让人们对于空间、时间有了一个重新的认知。虚拟现实技术所应用的范围越来越广,不仅在影视中,更出现在游戏、科研、医疗等领域。虽然受到技术的限制,虚拟现实技术还没有发展成熟,但是随着人们的不断研究,在未来发展中虚拟现实必然会成为人们生活中的一部分,并且对人类的发展有着非常重要的影响。

参考文献

[1] 李波.计算机虚拟现实关键技术分析[J].网络安全技术与应用,2019(6):84-85.

[2] 任肖屹.计算机虚拟仿真技术分析及其应用[J].数字通信世界,2019(5):79.

[3] 宗兴寰.浅议计算机虚拟现实技术发展及应用[J].现代信息科技,2019,3(4):91-93.

[4] 洪学银.基于计算机虚拟现实关键技术分析[J].计算机产品与流通,2018(12):3.

[5] 刘晋钢.计算机虚拟现实技术在计算机教学中的运用[J].数字技术与应用,2018,36(10):218-219.

[6] 肖祥.计算机虚拟现实技术在计算机教学中的应用研究[J].湖南邮电职业技术学院学报,2018,17(3):38-40.

[7] 石岚,席睿波.计算机虚拟技术在城市景观规划设计中的应用与开发研究[J].自动化与仪器儀表,2018(6):59-61.

[8] 郭士琪.计算机虚拟现实关键技术研究[J].电脑迷,2017(7):11.