虚拟现实的核心技术与未来趋势.doc

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1、虚拟现实的核心技术与未来趋势     一、前言   虚拟现实为一当前热门的话题。它所包含的技术与应用层面相当广博，此外它对人类的生活所造成的影响与冲击正与日俱增。它将带领人类进入一个崭新、前所未有的多样感知的仿真世界，提供人类与计算机之间沟通的接口，并强化计算机解决问题的能力，甚至将成为人与人之间互动的媒介。本篇文章将以虚拟现实的技术层面着眼，探讨虚拟现实核心技术的发展现况与未来的趋势。   二、简介   近几年来，我们可以看到许多关于虚拟现实（VirtualReality，VR）的新闻与报导，这不

2、仅反映出虚拟现实的相关技术已有大幅度的进步，使它从实验室的纯研究走出来。此外还反映出一般大众对它所带来的影响和冲击有着强烈的兴趣。这由许多国际著名的电视媒体，如CNN、NBC与CBS，都曾在主要时段对虚拟现实做广泛且深入的报导可以看出。如今，虚拟现实已不再是遥不可及、束之高阁且只能在实验室才能一窥其貌的高科技产品，它已渐成为日常生活中人人可以朗朗上口的名词，同时虚拟现实已然成为具有相当潜力的新产业，在许多的应用领域都可以发现它的应用。   虚拟现实这个名词由于太过广泛的被使用，它的定义经常被混淆和误

3、用，甚至连学术界对它的界定也经常模糊不清。虚拟现实常被人以它所使用的工具来意指，而非以它的功能与目的；一般大众大多倾向把虚拟现实和头戴式显示器（head-mounteddisplay，HMD）以及感知手套（sensingglove）联想在一起。但虚拟现实的使用工具也能以大型的投射屏幕或桌上型图形工作站配合轨迹球（trackball）或操纵杆（joystick）来取代；因此以所使用的工具来界定虚拟现实并不是很恰当。   由功能特性的观点来描述虚拟现实，它可以说是由3D计算机绘图（3Dcomputerg

4、raphics）、3D音效与其它感知接口，所造成的一个模拟环境，用来创造出一个拟真的虚拟世界；人可以在其中实时地与虚拟的环境互动。这里所指的实时性的互动意味着计算机可以随时感知、侦测使用者在虚拟环境中的活动，而实时作出适当的反应与回馈；而这实时性互动的能力伴随而来的是让使用者有融入在整个模拟的虚拟环境中的感觉。除了视觉外，虚拟现实还更应融入其它感知的通道，使得使用者能以触觉、嗅觉、听觉等和虚拟环境作互动。因此，虚拟现实可以定义为一个高阶的使用者接口，这个接口包含了透过人类多重感知的管道来达到实时的模

5、拟与互动之能力。由上述的描述可知，虚拟现实的特征包括了互动（interaction）、融入（immersion）；然而它应不仅是一个媒介或是一个高阶的使用者接口而已，它应包含了解决在工程、医学、日常生活中的诸多问题的实际应用。而针对不同的问题，如何利用性质相异的虚拟现实应用来解决端赖人类创造力（imagination）的发挥。因此，虚拟现实同时也必须配合人类的创造力。由以上观点可知，虚拟现实应包含三个主要的构成要素，即互动（interaction）、融入（immersion）和创造力（imagina

6、tion）[9,28]。   接下来本文将分为两个主要的部分。首先第一部分介绍目前虚拟现实的核心技术，这包含了目前最新技术的发展现况以及未来的发展方向与所面临的挑战。本文将介绍虚拟现实中九类主要的核心技术，包括了模拟管理器（simulationmanager）、追踪器与数据手套输入设备（trackinganddatagloveinputdevices）、手势辨识（gesturerecognition）、头戴式显示器与其它的显示技术、3D图形显像技术（3Dgraphicsrendering）、临界时间

7、计算（time-criticalcomputing）、动态机制的处理（dynamichandling）、数字影像式虚拟现实（image-basedVR）与网络上虚拟现实（networkedVR）。第二部分，我们将介绍虚拟现实应用程序的软件开发工具，主要涵盖dVS、Superscape，以及WTK三个商业性软件，我们将分析它们的异同与优劣。   三、虚拟现实的核心技术   本节将介绍虚拟现实中主要的九项核心技术，我们将分为以下九个小节来作剖析。   1、模拟管理器   虚拟现实系统在执行时期的行为模式

8、由仿真管理器（simulationmanager）来控制整体的模拟过程；它控制系统在执行时期的模式（run-timemodel）。一般的执行时期模式可分为三大类︰仿真循环模式（simulationloopmodel）、事件驱动模式（event-drivenmodel）以及同步模式（concurrentmodel）。   在仿真循环模式中，系统中的运作包括互动、数值运算、数据处理以及3D显像都在一个反复执行的循环中完成；在事件驱动模式中，系统的运作只发生在响应事件的产生