?。ㄈ┨摂M現(xiàn)實技術(shù)演進方向

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實質(zhì)是構(gòu)建一種人為的能與之進行自 由交互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或 移動其中的對象。沉浸式虛擬現(xiàn)實是最理想的追求目標，實 現(xiàn)的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套以及身體 部位跟器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。 可以預(yù)測短期內(nèi)游戲玩家可以戴上頭盔、身著游戲?qū)Ｓ靡路?及手套真正體驗身臨其境的“虛擬現(xiàn)實”游戲空間，它的出現(xiàn) 將淘汰現(xiàn)有的各種大型游戲，推動科技的發(fā)展。縱觀虛擬現(xiàn) 實的發(fā)展歷程，未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究仍將延續(xù)“低成本、 高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發(fā)展方向主要歸納 如下：

　　1、低成本快速建模技術(shù)。虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實

　　技術(shù)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實際環(huán)境

　　的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。內(nèi)容制 作是虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)界的短板，當(dāng)前的內(nèi)容制作成本高、周期 長，對于制作人員的要求也高，限制了虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的發(fā)展， 如何實現(xiàn)低成本的快速建模將是虛擬現(xiàn)實在產(chǎn)業(yè)界大規(guī)模 推廣的關(guān)鍵。

　　2、實時三維圖形生成和顯示技術(shù)。三維圖形的生成技

　　術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是怎樣“實時生成”，在不降低圖形的 質(zhì)量和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，如何提高刷新頻率將是今后重要 的研究內(nèi)容。此外，虛擬現(xiàn)實還依賴于立體顯示和傳感器技 術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需要，有必要 開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。

　　3、新型交互設(shè)備的研制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人能夠自

　　由與虛擬世界對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸 出設(shè)備主要有頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置 傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優(yōu) 良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研究的重要方向。

　　4、智能化、自然的虛擬現(xiàn)實建模。虛擬現(xiàn)實建模是一

　　個比較繁復(fù)的過程，需要大量的時間和精力。如果將虛擬現(xiàn) 實技術(shù)與自然交互、語音識別等技術(shù)結(jié)合起來，可以很好地 解決這個問題。對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過 自然交互、語音識別等技術(shù)轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利 用計算機的圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進行設(shè)計、導(dǎo)航以

　　及評價，將模型用對象表示出來，并且將各種基本模型靜態(tài) 或動態(tài)地連接起來，最終形成系統(tǒng)模型。人工智能在虛擬世 界也大有用武之地，良好的人工智能系統(tǒng)對減少乏味的人工 勞動具有非常積極的作用。

　　5、分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)。分布式虛擬現(xiàn)實（Distributed

　　Virtual Environment，DVE）是今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的重要 方向。隨著眾多 DVE 開發(fā)工具及其系統(tǒng)的出現(xiàn)，DVE 本身 的應(yīng)用也滲透到各行各業(yè)，包括醫(yī)療、工程、訓(xùn)練與教學(xué)以 及協(xié)同設(shè)計。仿真訓(xùn)練和教學(xué)訓(xùn)練是 DVE 的又一個重要的 應(yīng)用領(lǐng)域，包括虛擬戰(zhàn)場、輔助教學(xué)等。另外，研究人員還 用 DVE 系統(tǒng)來支持協(xié)同設(shè)計工作。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用的普及，一些面向互聯(lián)網(wǎng)的 DVE 應(yīng)用使得位于世界各地 多個用戶可以進行協(xié)同工作。將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真 器通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來，采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標準、協(xié)議和 數(shù)據(jù)庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán) 境，參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應(yīng) 用價值極為明顯，因為國際空間站的參與國分布在世界不同 區(qū)域，分布式虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國重建仿真系 統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費和設(shè)備費用，減少了人員出差的 費 用 以 及 異 地 生 活 的 不 適 。 例如 微 軟 近 期 發(fā) 布 的 Holoportation 遠程沉浸式交互演示得到了業(yè)界的一致看好。

　?。ㄋ模┨摂M現(xiàn)實技術(shù)瓶頸和急需解決問題

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門年輕的科學(xué)技術(shù)，雖然在許多領(lǐng)域 的實際應(yīng)用已相當(dāng)成熟，但總體來說它仍然處于初級發(fā)展階 段，尚存在不少有待解決的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)得以發(fā)展的 原因之一在于它充分利用了現(xiàn)在已經(jīng)成熟的科技成果。如計 算機為其提供了實時的硬件平臺，顯示設(shè)備利用了電視與攝 像機的顯示技術(shù)，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的軟件則以CAD和計算機 圖形技術(shù)為基礎(chǔ)，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展較為迅速，但同時 也依賴著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。正是限于當(dāng)前科技的發(fā)展水 平，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展狀況離人們心目中追求的目標尚有 較大的差距，從沉浸性、交互性等方面都需進一步改進與完 善。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)實中的應(yīng)用局限性較大，主要表現(xiàn)在 以下幾個方面：

　　1、 軟硬件技術(shù)的局限性

　　從虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)上來說，一是相關(guān)設(shè)備普 遍存在使用不方便、效果不佳等情況，難以達到虛擬現(xiàn)實系 統(tǒng)的要求。如計算機的處理速度還不能滿足在虛擬世界中巨 大數(shù)據(jù)量處理實時性的需要。對數(shù)據(jù)存儲能力也不足，如我 國首位女虛擬人到現(xiàn)在為止存儲的數(shù)據(jù)總量就已經(jīng)達到了 149.7GB。

　　二是硬件設(shè)備品種有待進一步擴展，在改進現(xiàn)有設(shè)備的 同時，應(yīng)該加快新的設(shè)備的研制工作。同時，針對不同的領(lǐng)

　　域要開發(fā)能滿足應(yīng)用要求的特殊硬件設(shè)備。 三是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備價格也比較昂貴且

　　局限性很大。如建設(shè)CAVE（洞穴狀自動虛擬系統(tǒng)，Cave Automatic Virtual Environment）系統(tǒng)的投資達百萬以上，一 個頭盔式顯示器加主機一般成本就需上萬元等。在一些專業(yè) 領(lǐng)域，如軍事航空航天，昂貴的價格可以承受，但對于普通 消費級市場來說，還是讓人望而卻步。

　　四是目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實軟件普遍存在語言專業(yè)性較 強，通用性較差，易用性差等問題。同時，由于硬件設(shè)備的 諸多局限性，使得軟件開發(fā)費用也十分巨大，并且軟件所能 實現(xiàn)的效果受到時間和空間的影響較大。很多算法及許多相 關(guān)理論也不成熟，如在新型傳感和感知機理，幾何與物理建 模新方法，基于嗅覺、味覺的相關(guān)理論與技術(shù)，高性能計算， 特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學(xué)、社會學(xué) 等方面都有許多挑戰(zhàn)性的問題有待解決。

　　五是繁瑣的三維建模技術(shù)有待進一步突破。給予圖形的 虛擬環(huán)境首先要解決的問題是三維造型。當(dāng)圖形渲染技術(shù)在 想實現(xiàn)真實感大踏步的時候，生成精確三維模型的過程還是 相對困難，技術(shù)有待進一步突破。即使是在三維激光掃描技 術(shù)進步提供了簡化模型構(gòu)建過程，但這些自動化模型獲取方 法并不能滿足我們的全部需要，大部分模型仍需要高水平的 專業(yè)人士人工繪制，不僅延長了制作的周期，也使得費用成本急劇攀升。

　　六是大數(shù)據(jù)融合處理有待進一步整合。虛擬現(xiàn)實要想得 到很大的發(fā)展，需要與互聯(lián)網(wǎng)進一步結(jié)合，目前虛擬現(xiàn)實應(yīng) 用的數(shù)據(jù)量非常巨大，而整體網(wǎng)絡(luò)的速度相對較慢，而且分 布不均衡，使得效果大打折扣，我們需要在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中 考慮數(shù)據(jù)壓縮的問題，該問題不可回避，而且將引起人們高 度的重視。

　　2、 應(yīng)用的局限性

　　從應(yīng)用上來說，現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要應(yīng)用在軍事 領(lǐng)域和高?？蒲蟹矫孑^多，在教育領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用還遠 遠不夠，有待進一步加強。未來的發(fā)展應(yīng)努力向民用方向發(fā) 展，并在不同的行業(yè)發(fā)揮作用。

　　3、 效果的局限性

　　虛擬環(huán)境的可信性是指創(chuàng)建的虛擬環(huán)境需符合人的理 解和經(jīng)驗，包括有物理真實感、時間真實感、行為真實感等。 具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　一是虛擬世界的表示側(cè)重幾何表示，缺乏逼真的物理、 行為模型。

　　二是在虛擬世界的感知方面，有關(guān)視覺合成研究多，聽 覺、觸覺（力覺）關(guān)注較少，真實性與實時性不足，基于嗅 覺、味覺的設(shè)備還沒有成熟及商品化。

　　三是在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語音識別等人工智能方面的效果還遠不能令人滿意。