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⒊ 研制高性能的計算機

　　VR的構(gòu)想性是輔助人類進行創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。因此，高效的計算機信息處理技術(shù)是直接影響VR系統(tǒng)性能優(yōu)劣之關(guān)鍵。高性能計算機是構(gòu)建VR系統(tǒng)的“基石”，是對多維信息進行處理的“加工廠”，是實現(xiàn)各種軟硬設(shè)備的集成及控制人機協(xié)調(diào)一致的“工作平臺”。未來VR技術(shù)的發(fā)展必將會對計算機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個方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　進入20世紀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，人類將進入一個全新的時代，即以網(wǎng)絡(luò)為中心的計算時代，網(wǎng)絡(luò)計算機是一個具有高度智能、并負責向網(wǎng)上用戶提供諸種服務(wù)的巨型計算機。從計算機技術(shù)的角度分析未來的VR系統(tǒng)的特點，它將是一個交互、分布、實時和多維化信息的處理系統(tǒng)。故一個能簡便地進行交互存取的分布式多維化信息網(wǎng)絡(luò)便成為實現(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)以億萬計的人們進入未來的網(wǎng)絡(luò)，世界將變得愈來愈小，而人類的感知與認知能力將變得愈來愈強。由此可見，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將對VR系統(tǒng)產(chǎn)生更為深遠的影響。

（2）信息壓縮與數(shù)據(jù)融合技術(shù)

　　為使VR系統(tǒng)能實時地處理大量的多維化信息，一方面應(yīng)盡量提高計算機的處理速度；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)中所進行觀測活動狀況下的圖像處理，是基于交互作用的圖像處理。故VR系統(tǒng)對圖像處理便提出了更高的要求，不能將全部負擔都壓在計算機的硬件性能上，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、聽覺、力感、觸感、味覺、嗅覺的方式表達。同時，在VR系統(tǒng)中還存在著虛擬和真實的環(huán)境，在該環(huán)境中有虛擬的對象和真實的人。這些信息中有實時與非實時、瞬變與緩變、可確定與不可確定、相互支持與互補或相互制約與矛盾等。如何將這些多維化信息、來自虛擬和真實對象的信息進行綜合集成，使之協(xié)調(diào)一致，這是一項十分重要的關(guān)鍵技術(shù)，主要是靠VR系統(tǒng)中的核心，即虛擬環(huán)境生成器來完成。集成的目的旨在建立一個最優(yōu)化結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)、高性能、頗具競爭力的實時、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：

　　①在方法上，大力開展VR建模、人機實時交互、VR生成與逼真感、虛擬現(xiàn)實與真實現(xiàn)實的一致性、多傳感器數(shù)據(jù)/信息融合、系統(tǒng)設(shè)計分析及用戶心理學等方面的研究。

　�、谠谠O(shè)備上，大力增強三維傳感、交互設(shè)備及立體顯示設(shè)備的研制。

　　③在應(yīng)用上，大力增強研究VR系統(tǒng)開發(fā)平臺及分布式VR技術(shù)。

三、結(jié)束語

　　VR屬于一種特殊設(shè)計的信息數(shù)據(jù)庫，它可將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視化的三維視覺顯示圖像。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、畫面或一種聲音，而是一種“體驗”，對從未體驗過的人而言，可將其解釋為把人置身于一個全由計算機虛構(gòu)的世界中去的一種手段。VR是信息科學領(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，目前正引起多個學科領(lǐng)域的眾多學者高度關(guān)注。

　　隨著計算機技術(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。攻防對抗虛擬現(xiàn)實中的人工干預技術(shù)也必須得到長足的發(fā)展。通過計算機的文字、圖形、圖像、聲音、視頻及動畫等多媒體的輸入輸出，將使攻防對抗虛擬現(xiàn)實中的人工干預更為逼真、形象、自然，產(chǎn)生身臨其境的效果。如可通過動畫的方式與VR進程同步展示戰(zhàn)場的推演態(tài)勢，通過語言、文字等形式提示參與者進行人工干預；參與者可借助語言形式向計算機發(fā)布命令，亦可通過觸摸屏模擬發(fā)射按鈕的操作過程，對計算機進行人工干預等。由此可見，多媒體與VR的集成技術(shù)在攻防對抗中的廣泛應(yīng)用，亦是人工干預技術(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-機界面相關(guān)技術(shù)的有機結(jié)合，必將日趨生動地改變著人-機界面環(huán)境和人的工作方式，它也必將對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)實技術(shù)是人類智慧高度集中的具體體現(xiàn)，進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境將會使人類的智慧得到更高的升華。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

　　虛擬現(xiàn)實是計算機與用戶之間的一種更為理想化的人-機界面形式。通常用戶戴一個頭盔顯示器（用來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，仿佛置身于一個幻覺世界中，在虛擬環(huán)境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統(tǒng)計算機相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)潛在的應(yīng)用范圍很廣，諸如國防、建筑設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、培訓、醫(yī)學領(lǐng)域。例如建筑設(shè)計師可以運用虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)通過20多年的研究探索，于80年代末走出實驗室，開始進入實用化階段。目前，世界上少數(shù)發(fā)達國家在經(jīng)濟、藝術(shù)乃至軍事等領(lǐng)域，已開始廣泛應(yīng)用這種高新技術(shù)，并取得了顯著的綜合效益。據(jù)外刊報道，美國陸軍1994年的“路易斯安娜94”作戰(zhàn)演習，就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行的。這次演習不但試驗論證了美國陸軍制定的條令、戰(zhàn)術(shù)和部隊編成，使之更加符合21世紀的作戰(zhàn)要求，還節(jié)約演習經(jīng)費近20億美元。

　　那么，什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)呢？簡單地說，就是人們利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環(huán)境，通過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、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置。把操作者與計算機生成的三維虛擬環(huán)境連結(jié)在一起。操作者通過傳感器裝置與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變“不隨心”的虛擬環(huán)境。比如，計算機虛擬的環(huán)境是一座樓房，內(nèi)有各種設(shè)備、物品，操作者會如同身臨其境一樣，可以通過各種傳感裝置在屋內(nèi)行走查看、開門關(guān)門、搬動物品；對房屋設(shè)計上的不滿意之處，還可隨意改動。顯然，利用這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行建筑、機械、兵器等設(shè)計修改，實施技術(shù)操作訓練和軍事演習活動要容易得多，也便宜得多。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)一經(jīng)應(yīng)用，就向人們展示了誘人的前景，因而受到各國軍界的青睞。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境。以增強其臨場感覺，提高訓練質(zhì)量。二是進行單兵模擬訓練。讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過操作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體味不同的作戰(zhàn)效果，進而像參加實戰(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)實技術(shù)研制的飛行訓練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，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)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導彈的發(fā)射軌跡等。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，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”，實施“真實的”對抗演習。四是進行指揮員訓練。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)偵察情報資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美國海軍開發(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，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓軍官沉浸于“真實的”戰(zhàn)場之上。

　　當然，虛擬現(xiàn)實還是一門年輕的科學技術(shù)，尚存在不少有待解決的問題。例如，在計算機生成的虛擬環(huán)境中，操作者每次轉(zhuǎn)動頭部，計算機必須更新三維圖像，由于更新的數(shù)據(jù)太大，以致計算機還無法完成實時運算。這就造成了系統(tǒng)滯后。再如，美空軍的虛擬現(xiàn)實模擬器產(chǎn)生的視覺運動信號與人的感覺之間也存在差異，容易引起頭痛、眩暈等。

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


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