江麗麗

（江蘇安全技術職業(yè)學院徐州221011）

計算機技術在虛擬現(xiàn)實技術中的應用

江麗麗

（江蘇安全技術職業(yè)學院徐州221011）

早期的計算機只能處理數(shù)和字，現(xiàn)在多媒體計算機能夠綜合處理聲、文、圖信息，使多種信息建立邏輯連接集成為一個系統(tǒng)，并具有交互性。虛擬現(xiàn)實技術是目前在計算機領域中一項發(fā)展最快的多學科綜合技術，已經(jīng)被廣泛地應用于許多領域。本文綜述了虛擬現(xiàn)實技術的概念及原理。

虛擬現(xiàn)實 概念 原理

一、虛擬現(xiàn)實技術的現(xiàn)狀

2016年被譽為是V R行業(yè)真正的元年，VR（虛擬現(xiàn)實）即虛擬現(xiàn)實，是利用仿真技術和計算機圖形學，人機界面技術，多媒體技術，傳感器技術，網(wǎng)絡技術等產(chǎn)品，是一個集計算機最新傳感器技術創(chuàng)造的人機交互的新手段。VR眼鏡是一個跨時代的產(chǎn)品，不僅為每個愛好者帶來驚喜和快樂的體驗，更因為對它誕生與前景的未知而深深著迷。虛擬現(xiàn)實具有廣泛的應用，重點研究心理學、控制學、計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫設計、實時分布系統(tǒng)、電子學和多媒體技術等多學科融合技術，研究醫(yī)學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個相關領域的虛擬現(xiàn)實技術和系統(tǒng)。

在計算機科學中，虛擬化是通過組合或分割現(xiàn)有計算機資源（CPU，存儲器，磁盤空間等）來呈現(xiàn)作為一個或多個操作環(huán)境呈現(xiàn)的資源，從而提供比原始資源配置更好的性能的技術。虛擬化是將物理資源轉化為邏輯上可管理的資源，以破物理結構之間的障礙。未來，所有資源都是透明的，虛擬世界運行在各種物理平臺上，資源管理將以邏輯方式進行，充分實現(xiàn)資源的自動分配，虛擬化技術是實現(xiàn)它的理想工具。虛擬化環(huán)境需要協(xié)調多種技術：服務器和操作系統(tǒng)虛擬化，存儲虛擬化，以及系統(tǒng)管理，資源管理和軟件提交，與非擬化環(huán)境一致的應用程序環(huán)境。由于虛擬化，企業(yè)不再需要耗資巨大建立數(shù)據(jù)中心，就以進行異地備份，這對用戶非常有吸引力。

二、實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的技術手段

虛擬化的終極體驗是真實感，所謂真實感繪制是指計算機再現(xiàn)現(xiàn)實世界的場景過程。真實感繪制的主要任務是模擬真實對象的物理屬性，即物體的形狀，光學屬性，表面紋理和粗糙度以及物體之間的相對位置，遮擋關系。所謂實時繪制是指當用戶觀點改變時，他看到場景需要更新，保證圖形顯示更新速度必須跟上觀察速度，否則會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。一般來說，消除滯后現(xiàn)象，計算機必須每秒產(chǎn)生10-20幀的圖像。傳統(tǒng)的現(xiàn)實渲染算法追求圖形的高質量和真實性，而不是嚴格要求每幀的渲染速度。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，實時3D渲染需要實時圖形生成，可用時間有限的計算技術來實現(xiàn)。但在目前的計算機圖形級別上，只要有足夠的時間來計算，就可以生成準確的像照片般的計算機圖像。但是，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需的實時圖形，由于時間限制，我們必須減少虛擬環(huán)境的幾何復雜性和圖像質量，使用其他技術如紋理映射，環(huán)境映射，抗鋸齒以提高虛擬環(huán)境的保真度。下面來簡單敘述上述幾種方法：

1、紋理映射是將紋理圖像帖子簡單物體的幾何表面，以近似描述物體表面的紋理細節(jié)，加強真實性。貼上圖像實際上是個映射過程。紋理映射是一種簡單、有效改善真實性的措施。它以有限的計算量，大大改善顯示逼真性。實質上，它用二維的平面圖像代替三維模型的局部。

2、環(huán)境映照，具體來講，一個點的環(huán)境映照可通過取這個點為視點，將周圍場景的投影變形到一個中間面上來得到的，中間面可取球面、立方體、圓柱體等。這樣，當通過此點沿任何方面視線方向觀察場景時，環(huán)境映照都可以提供場景的完全、準確的視圖。

3、反走樣，就是在繪制過程中的一個走樣問題，防止圖形的失真。

關于真實感實時繪制技術，具體有以下幾種技術：基于幾何圖形的實時繪制技術（3D剪切、可見消隱、細節(jié)層次模型），基于圖像的實時繪制技術?；趫D像的繪制技術（Image Based Rendering，IBR），完全摒棄了傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列已知的圖像中生成未知視角的圖像?；趫D像的繪制技術是基于一些預先生成的場景畫面，對接近與視點或視線方向的畫面進行交換、插值與變形，從而快速得到當前視點處的場景畫面。

三、三維虛擬聲音的實現(xiàn)技術

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，聽覺信息僅次于視覺信息的第二傳感信道，向人類聽覺系統(tǒng)提供聲音顯示的聽覺通道，而且還創(chuàng)建了一個虛擬世界，是重要的組成部分。為了提供現(xiàn)實主義，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)加入視覺平行于三維虛擬聲音，可以增強虛擬世界以增強沉浸和交互性，而且還可以減少大腦的視覺依賴性，減少感覺視覺信息浸沒。

三維虛擬聲音與立體聲音不同，立體聲音有左右聲道之分，聽者感覺聲音是來自與某一個平面，而三維虛擬聲音，聽者感覺到的聲音是來自圍繞聽者雙耳的一個球形中的任何地方，即聲音可能出現(xiàn)在頭的上方、后方或者前方。三維虛擬聲音系統(tǒng)中最核心的技術是三維虛擬聲音定位技術，他的主要特征有全向三維定位特性（3D steering）、三維實時跟蹤特性（3D Real-Time Localization）、沉浸感與交互性。

三維虛擬聲音技術系統(tǒng)中包含語音識別技術和語音合成技術。語音識別（ASR）是指將語音信號轉換為由計算機程序識別的字符信息，從而識別語音指令和文本內(nèi)容的技術。語音識別通常包括參數(shù)提取，參考模式建立，模式識別和其他過程。語音合成技術（Text to Speech，TTS）是指用人工的方法生成語音的技術，當計算機合成語音時，如何能做到聽話人能理解其意圖并感知其情感，一般的“語音”要求是可以理解的，清晰的，自然的，表達的。

四、總結

正如其它新興科學技術一樣，虛擬現(xiàn)實技術也是許多相關學科領域交叉、集成的產(chǎn)物。隨著虛擬我們必須清醒地認識到，雖然這個領域的技術潛力是巨大的，應用前景也是很廣闊的，但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未客服的技術保障?？陀^而論，目前虛擬現(xiàn)實技術所取得的成就，絕大部分還僅僅限于擴展了計算機的接口能力，僅僅是剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計算機的集合作用問題。只有當真正開始涉及并找到對這些問題的技術實現(xiàn)途徑時，人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底地克服了。

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The Application of Computer Technology in Virtual Reality(VR)Technology

Jiang Lili
（Jiangsu College of Safety Technology Xuzhou 221011）

Early computers can only deal with numbers and words，multimedia computers can now deal with sound，text，map information，a variety of information to establish a logical connection integrated into a system，and interactive. Virtual reality technology is one of the fastest growing multidisciplinary technologies in the computer field，and has been widely used in many fields.This paper reviews the concept and principle of virtual reality technology.

Virtual Reality(VR) Concept Principle

TP37

A

161031-7406

江麗麗（1981～）女，漢，江蘇興化人，專業(yè)帶頭人，講師，主要研究方向：計算機應用。