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⒊ 研制高性能的計(jì)算機(jī)

　　VR的構(gòu)想性是輔助人類進(jìn)行創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。因此，高效的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)是直接影響VR系統(tǒng)性能優(yōu)劣之關(guān)鍵。高性能計(jì)算機(jī)是構(gòu)建VR系統(tǒng)的“基石”，是對(duì)多維信息進(jìn)行處理的“加工廠”，是實(shí)現(xiàn)各種軟硬設(shè)備的集成及控制人機(jī)協(xié)調(diào)一致的“工作平臺(tái)”。未來(lái)VR技術(shù)的發(fā)展必將會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能提出更高的要求，主要是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息壓縮與數(shù)據(jù)融合、系統(tǒng)集成技術(shù)等3個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是異步傳輸模式（ATM）等高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，人類將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，即以網(wǎng)絡(luò)為中心的計(jì)算時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是一個(gè)具有高度智能、并負(fù)責(zé)向網(wǎng)上用戶提供諸種服務(wù)的巨型計(jì)算機(jī)。從計(jì)算機(jī)技術(shù)的角度分析未來(lái)的VR系統(tǒng)的特點(diǎn)，它將是一個(gè)交互、分布、實(shí)時(shí)和多維化信息的處理系統(tǒng)。故一個(gè)能簡(jiǎn)便地進(jìn)行交互存取的分布式多維化信息網(wǎng)絡(luò)便成為實(shí)現(xiàn)VR系統(tǒng)之關(guān)鍵技術(shù)。隨著VR技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上的推廣與應(yīng)用，數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的人們進(jìn)入未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，世界將變得愈來(lái)愈小，而人類的感知與認(rèn)知能力將變得愈來(lái)愈強(qiáng)。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將對(duì)VR系統(tǒng)產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。

（2）信息壓縮與數(shù)據(jù)融合技術(shù)

　　為使VR系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地處理大量的多維化信息，一方面應(yīng)盡量提高計(jì)算機(jī)的處理速度；另一方面亦應(yīng)研究出更高效的信息壓縮與數(shù)據(jù)融合的算法和技術(shù)。在VR系統(tǒng)中所進(jìn)行觀測(cè)活動(dòng)狀況下的圖像處理，是基于交互作用的圖像處理。故VR系統(tǒng)對(duì)圖像處理便提出了更高的要求，不能將全部負(fù)擔(dān)都?jí)涸谟?jì)算機(jī)的硬件性能上，而應(yīng)把研究新型、高效的數(shù)據(jù)壓縮算法及研制專用數(shù)據(jù)壓縮芯片、數(shù)據(jù)融合新技術(shù)與新算法作為關(guān)鍵技術(shù)予以突破。

（3）系統(tǒng)集成技術(shù)

　　在VR系統(tǒng)中存在由各種傳感器所輸出的數(shù)字和模擬信息，它們有的用聲、圖、文的形式表示；也有用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力感、觸感、味覺(jué)、嗅覺(jué)的方式表達(dá)。同時(shí)，在VR系統(tǒng)中還存在著虛擬和真實(shí)的環(huán)境，在該環(huán)境中有虛擬的對(duì)象和真實(shí)的人。這些信息中有實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)、瞬變與緩變、可確定與不可確定、相互支持與互補(bǔ)或相互制約與矛盾等。如何將這些多維化信息、來(lái)自虛擬和真實(shí)對(duì)象的信息進(jìn)行綜合集成，使之協(xié)調(diào)一致，這是一項(xiàng)十分重要的關(guān)鍵技術(shù)，主要是靠VR系統(tǒng)中的核心，即虛擬環(huán)境生成器來(lái)完成。集成的目的旨在建立一個(gè)最優(yōu)化結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)、高性能、頗具競(jìng)爭(zhēng)力的實(shí)時(shí)、互操作的大系統(tǒng)。
總之，要發(fā)展VR技術(shù)，必須做好關(guān)鍵工作：

　�、僭诜椒ㄉ希罅﹂_(kāi)展VR建模、人機(jī)實(shí)時(shí)交互、VR生成與逼真感、虛擬現(xiàn)實(shí)與真實(shí)現(xiàn)實(shí)的一致性、多傳感器數(shù)據(jù)/信息融合、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析及用戶心理學(xué)等方面的研究。

　�、谠谠O(shè)備上，大力增強(qiáng)三維傳感、交互設(shè)備及立體顯示設(shè)備的研制。

　�、墼趹�(yīng)用上，大力增強(qiáng)研究VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)及分布式VR技術(shù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

　　VR屬于一種特殊設(shè)計(jì)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，它可將數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視化的三維視覺(jué)顯示圖像。利用這些數(shù)據(jù)描述二維或三維的圖形與圖像，構(gòu)成三維的虛擬世界。VR并不是一幅圖像、畫(huà)面或一種聲音，而是一種“體驗(yàn)”，對(duì)從未體驗(yàn)過(guò)的人而言，可將其解釋為把人置身于一個(gè)全由計(jì)算機(jī)虛構(gòu)的世界中去的一種手段。VR是信息科學(xué)領(lǐng)域中的新興技術(shù)，它具有廣泛深入研究的內(nèi)涵和寬闊的應(yīng)用前景，目前正引起多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的眾多學(xué)者高度關(guān)注。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是多媒體及可視化技術(shù)的迅猛發(fā)展，攻防對(duì)抗系統(tǒng)仿真是分布式交互仿真的重要應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向之一。攻防對(duì)抗虛擬現(xiàn)實(shí)中的人工干預(yù)技術(shù)也必須得到長(zhǎng)足的發(fā)展。通過(guò)計(jì)算機(jī)的文字、圖形、圖像、聲音、視頻及動(dòng)畫(huà)等多媒體的輸入輸出，將使攻防對(duì)抗虛擬現(xiàn)實(shí)中的人工干預(yù)更為逼真、形象、自然，產(chǎn)生身臨其境的效果。如可通過(guò)動(dòng)畫(huà)的方式與VR進(jìn)程同步展示戰(zhàn)場(chǎng)的推演態(tài)勢(shì)，通過(guò)語(yǔ)言、文字等形式提示參與者進(jìn)行人工干預(yù)；參與者可借助語(yǔ)言形式向計(jì)算機(jī)發(fā)布命令，亦可通過(guò)觸摸屏模擬發(fā)射按鈕的操作過(guò)程，對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)等。由此可見(jiàn)，多媒體與VR的集成技術(shù)在攻防對(duì)抗中的廣泛應(yīng)用，亦是人工干預(yù)技術(shù)的發(fā)展方向。

　　隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)與人-機(jī)界面相關(guān)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，必將日趨生動(dòng)地改變著人-機(jī)界面環(huán)境和人的工作方式，它也必將對(duì)VR系統(tǒng)的應(yīng)用及其整體效能產(chǎn)生深刻的影響。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人類智慧高度集中的具體體現(xiàn)，進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境將會(huì)使人類的智慧得到更高的升華。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)與用戶之間的一種更為理想化的人-機(jī)界面形式。通常用戶戴一個(gè)頭盔顯示器（用來(lái)顯示立體圖象的頭式顯示器）或者配戴液晶眼鏡或三維眼鏡，手持傳感手套，仿佛置身于一個(gè)幻覺(jué)世界中，在虛擬環(huán)境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有三個(gè)重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)潛在的應(yīng)用范圍很廣，諸如國(guó)防、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如建筑設(shè)計(jì)師可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向客戶提供三維虛擬模型，而外科醫(yī)生還可以在三維虛擬的病人身上試行一種新的外科手術(shù)。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)20多年的研究探索，于80年代末走出實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化階段。目前，世界上少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)乃至軍事等領(lǐng)域，已開(kāi)始廣泛應(yīng)用這種高新技術(shù)，并取得了顯著的綜合效益。據(jù)外刊報(bào)道，美國(guó)陸軍1994年的“路易斯安娜94”作戰(zhàn)演習(xí)，就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的。這次演習(xí)不但試驗(yàn)論證了美國(guó)陸軍制定的條令、戰(zhàn)術(shù)和部隊(duì)編成，使之更加符合21世紀(jì)的作戰(zhàn)要求，還節(jié)約演習(xí)經(jīng)費(fèi)近20億美元。

　　那么，什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是人們利用計(jì)算機(jī)生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，通過(guò)自然技能使用傳感設(shè)備與之相互作用的新技術(shù)。它與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)完全不同，是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置。把操作者與計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬環(huán)境連結(jié)在一起。操作者通過(guò)傳感器裝置與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知，并按照自己的意愿去改變“不隨心”的虛擬環(huán)境。比如，計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境是一座樓房，內(nèi)有各種設(shè)備、物品，操作者會(huì)如同身臨其境一樣，可以通過(guò)各種傳感裝置在屋內(nèi)行走查看、開(kāi)門關(guān)門、搬動(dòng)物品；對(duì)房屋設(shè)計(jì)上的不滿意之處，還可隨意改動(dòng)。顯然，利用這種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行建筑、機(jī)械、兵器等設(shè)計(jì)修改，實(shí)施技術(shù)操作訓(xùn)練和軍事演習(xí)活動(dòng)要容易得多，也便宜得多。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一經(jīng)應(yīng)用，就向人們展示了誘人的前景，因而受到各國(guó)軍界的青睞。從90年代初起，美國(guó)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個(gè)方面：一是虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。即通過(guò)相應(yīng)的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境圖形圖像庫(kù)，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場(chǎng)景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、幾近真實(shí)的立體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。以增強(qiáng)其臨場(chǎng)感覺(jué)，提高訓(xùn)練質(zhì)量。二是進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練。讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過(guò)操作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場(chǎng)背景，輸入不同的處置方案，體味不同的作戰(zhàn)效果，進(jìn)而像參加實(shí)戰(zhàn)一樣，鍛煉和提高技術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受力。如美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺(jué)控制，能處理三維實(shí)時(shí)交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。三是實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí)，建立一個(gè)“虛擬戰(zhàn)場(chǎng)”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實(shí)施“真實(shí)的”對(duì)抗演習(xí)。四是進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)偵察情報(bào)資料合成出戰(zhàn)場(chǎng)全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過(guò)傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場(chǎng)情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地摸擬與真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動(dòng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實(shí)的”戰(zhàn)場(chǎng)之上。

　　當(dāng)然，虛擬現(xiàn)實(shí)還是一門年輕的科學(xué)技術(shù)，尚存在不少有待解決的問(wèn)題。例如，在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，操作者每次轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，計(jì)算機(jī)必須更新三維圖像，由于更新的數(shù)據(jù)太大，以致計(jì)算機(jī)還無(wú)法完成實(shí)時(shí)運(yùn)算。這就造成了系統(tǒng)滯后。再如，美空軍的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬器產(chǎn)生的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)信號(hào)與人的感覺(jué)之間也存在差異，容易引起頭痛、眩暈等。

　　但不管怎樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)畢竟開(kāi)辟了富有發(fā)展?jié)摿Φ男骂I(lǐng)域，它會(huì)隨著時(shí)間的推移日臻完善，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，發(fā)揮的作用也將會(huì)越來(lái)越大。


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