VR相關(guān)的核心技術(shù)

1、3VR相關(guān)的核心技術(shù)在虛擬世界里，人們可以穿越霧霾，身臨其境感受一個海島的藍(lán)天白云; 可以在喜馬拉雅山邊縱情奔跑; 可以和遠(yuǎn)在海外的朋友聯(lián)機(jī)來一場網(wǎng)球大賽。技術(shù)開發(fā)者們希望，未來當(dāng)人們帶上VR眼鏡，能夠快速置身自己大腦中虛擬的世界，實(shí)現(xiàn)自己的夢想。如果您對虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感興趣，并想了解、學(xué)習(xí)與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的核心技術(shù)，本篇梳理值得您收藏。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形處理技術(shù)上，圖形主要分為兩類：一類是由線條組成的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等另一類是類似于照片的明暗圖(Shading) ，也就是通常所說的真實(shí)感圖形。仿真技術(shù)以控制論、系

2、統(tǒng)論、 相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)。如：汽車或飛機(jī)的駕駛訓(xùn)練模擬器，即應(yīng)用仿真技術(shù)。三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)三維虛擬聲音在虛擬場景中，使用戶能夠準(zhǔn)確地判斷出聲源的精確位置，符合人們在真實(shí)境界中聽覺方式。虛擬環(huán)繞聲技術(shù)價值在于：使用兩個音箱模擬出環(huán)繞聲的效果，不過無法和真正的家庭影院相比，此外，該技術(shù)普遍對聽音位置要求較高。碰撞檢測技術(shù)在虛擬世界中，由于用戶與虛擬世界的交互及虛擬世界中物體的相互運(yùn)動， 物體之間經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)生相碰的情況。所以， 碰撞檢測經(jīng)常用來檢測兩對象是否相互作用，以保證虛擬世界的真實(shí)性，并及時更新場景輸出，否

3、則就會發(fā)生穿透現(xiàn)象。5由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有較高實(shí)時性的要求，要求碰撞檢測必須在很短的時間( 如 30 50ms)完成，因而碰撞檢測成了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與其他實(shí)時仿真系統(tǒng)的瓶頸，碰撞檢測是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究的一個重要技術(shù)。三維建模一般主要是三維視覺建模。三維視覺建模可分為幾何建模、物理建模、行為建模。常見有 Autodesk 旗下的3DMAX、 MAYA以及工業(yè)領(lǐng)域常用的法國達(dá)索集團(tuán)的 CATIA 和 SolidWorks 、美國 PTC 公司的 Pro/Engineer 、西門子公司的 UG(Unigraphics NX) 等。三維顯示技術(shù)三維顯示技術(shù)更多的是硬件相關(guān)的，如立體投影設(shè)備、立體顯示器、

4、VR 頭盔、VR 眼鏡等。力反饋技術(shù)與交互體驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)。力反饋主要通過各種高精尖馬達(dá)和傳感器配合來進(jìn)行觸覺的模擬。初級比如游戲手柄的震動反饋，進(jìn)階級比如用于物理康復(fù)訓(xùn)練的相關(guān)設(shè)備，工業(yè)級用于裝配維修模擬的力反饋設(shè)備，甚至是用于遠(yuǎn)程醫(yī)療和醫(yī)療科研相關(guān)的力反饋設(shè)備。動作捕捉技術(shù)這是與交互體驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)。動作技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面可以由計(jì)算機(jī)直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由MoTIoncapture 系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。常用的運(yùn)動捕捉技術(shù)從原理上說可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、 電磁式、 主動光學(xué)式和被動光學(xué)式

5、。環(huán)境建模技術(shù)即虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取實(shí)際三維環(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。立體聲合成和立體顯示技術(shù)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動的相關(guān)性，同時在復(fù)雜的場景中實(shí)時生成立體圖形。立體顯示是虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它使人在虛擬世界里具有更強(qiáng)的沉浸感，立體顯示的引入可以使各種模擬器的仿真更加逼真。7目前， 立體顯示技術(shù)主要以佩戴立體眼鏡等輔助工具來觀看立體影像。隨著人們對觀影要求的不斷提高，由非裸眼式向裸眼式的技術(shù)升級成為發(fā)展重點(diǎn)和趨勢。比較有代表性的技術(shù)有：分色技術(shù)、分光技術(shù)、分時技術(shù)、光柵技術(shù)、全息 顯示技術(shù)。交互技術(shù)在計(jì)算機(jī)系

6、統(tǒng)提供的虛擬空間中，人可以使用眼睛、耳朵、皮膚、手勢和語 音等各種感覺方式直接與之發(fā)生交互，這就是虛擬環(huán)境下的人機(jī)自然交互技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中較為常用的交互技術(shù)主要有手勢識別、面部表情的識別、系統(tǒng)集成技術(shù)由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)為重動態(tài)環(huán)境建模技術(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。實(shí)時三維圖形生成技

7、術(shù)三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但何時達(dá)成實(shí)時是關(guān)鍵。為了達(dá)到實(shí)時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15 楨 / 秒，最好是高于 30 楨 / 秒。在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下，如何提高刷新頻率是該技術(shù)的研究立體顯示和傳感器技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要，例如， 數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn); 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。真實(shí)感實(shí)時繪制技術(shù)虛擬世界的產(chǎn)生不僅需要真實(shí)的立體感，而且虛擬世界還必須實(shí)時生成，這就必須要采用真實(shí)感實(shí)時繪制技術(shù)。真實(shí)感實(shí)時繪制是在當(dāng)前圖形算法和硬件條件限制下提出的在一定時間內(nèi) 完成真實(shí)感繪制的技術(shù)?！皩?shí)時” 的涵義則包括