专题栏目:ARVRMR虚拟现实

虚拟现实的基本特征是什么?

虚拟现实系统中,人永远是起主导作用的,从技术的角度看,该系统具有以下特征:由过去人只能从计算机系统的外部去观测结果,到人能够沉浸到计算机系统所创造的环境中;由过去人只能通过键盘、鼠标与计算机环境中的一维数字信息发生作用,到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用;由过去人只能以定量计算为主的结果中受到启发,从而加深对客观事物的认知,到人有可能从定性和定量的综合环境中得到感性和理性的认识,从而深化概念和萌发新意。概括地表示,虚拟现实系统的基本特性如下所述。

1、多感知性

多感知性( Multi-Sensory)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,甚至还包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该能模拟一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感器技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能还仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等,其余的仍有待继续研究和完善。

2、沉浸感

沉浸感(Immersion)又称临场感,是虚拟现实最重要的技术特征,是指用户借助交互设备和自身感知系统,置身于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该使用户难以分辨真假,使用户全身心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,如同在现实世界中一样。

在现实世界中,人们通过眼睛、耳朵、手指等器官来感知外部世界。所以,在理想状态下,虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。即虚拟的沉浸感不仅通过人的视觉和听觉感知,还可以通过嗅觉和触觉等多维地去感受。相应地提出了视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸和嗅觉沉浸等,也就对相关设备提出了更高的要求。例如,视觉显示设备需具备分辨力高、画面刷新频率快的特点,并提供具有双目视差,覆盖人眼可视的整个视场的立体图像;听觉设备能够模拟自然声、碰撞声,并能根据人耳的机理提供判别声音方位的立体声;触觉设备能够让用户体验抓、握等操作的感觉,并能够提供力反馈,让用户感受到力的大小、方向等。

3.交互性

交互性( Interactivity)是指用户通过使用专门的输入和输出设备,使人类自然感知对虚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。虚拟现实系统强调人与虚拟世界之间以近乎自然的方式进行交互,即用户不仅通过传统设备(键盘和鼠标等)和传感设备(特殊头盔、数据手套等),使用自身的语言、身体的运动等自然技能也能对虚拟环境中的对象进行操作,而且计算机能够根据用户的头、手、眼、语言及身体的运动来调整系统呈现的图像及声音。例如,用户可以用手去直接抓取虚拟环境中虚拟的物体,不仅有握着东西的感觉,还能感觉物体的重量,视场中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

4.构想性

构想性(Imagination)又称创造性,是虚拟世界的起点。想象力使设计者构思和设计虚拟世界,并体现出设计者的创造思想。所以,虚拟现实系统是设计者借助虚拟现实技术,发挥其想象力和创造性而设计的。例如,建造一座现代化的桥梁之前,设计师要对其结构做细致的构思。传统的方法是极少数内行人花费大量的时间和精力去设计许多量化的图纸。而现在采用虚拟现实技术进行仿真,设计者的思想以完整的桥梁呈现出来,简明生动,一目了然。所以有些学者称虚拟现实为放大或夸大人们心灵的工具,或人工现实(Artificial Reality),即虚拟现实的想象性。

由于沉浸感、交互性、构想性这3个特性的英文单词均以I开头,所以这3个特性也被习惯称为虚拟现实的3I特征。

一般说来,一个理想的虚拟现实系统由虚拟环境、高性能计算机为核心的虚拟环境处理器,以及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、数据手套和数据衣服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所构成。

内容来源:喻晓和《虚拟现实技术基础教程(第2版)》

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