王陽陽

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項新興的技術(shù)，其關(guān)鍵在于把實際的物體進行建模得到虛擬的圖像，并且呈現(xiàn)到人們的面前。三維建模是其中的一項核心技術(shù)，通過3D Max和VRML語言編寫，主要包括模式識別技術(shù)、支持向量機計算技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)等，本文對其展開探討，為其進一步發(fā)展指明方向。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；三維建模；技術(shù)探析

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0209-02

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入進行實時響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官，傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實通常采取頭戴式眼鏡的形式，在眼睛的前面具有屏幕，聲音可以通過揚聲器或耳機來進行傳送。人的高級感覺包括觸覺信息，這通常被應(yīng)用于醫(yī)療、視頻游戲和軍事訓(xùn)練應(yīng)用中的感覺反饋。在視頻游戲中使用的一些虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以通過游戲控制器向用戶傳送振動和其他感覺。虛擬現(xiàn)實還指通過遠程呈現(xiàn)或使用虛擬制品（VA）來提供用戶的虛擬存在的遠程通信環(huán)境。沉浸式環(huán)境可以類似于真實世界，以創(chuàng)建逼真的體驗，讓現(xiàn)實中玩家可以使用虛擬的力量。虛擬現(xiàn)實提供了一種新的媒介，用于在對人有效且同時高度受控的方式下呈現(xiàn)情感相關(guān)的復(fù)雜刺激。 因此，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用已經(jīng)吸引了心理治療師和研究者的注意。 在過去的幾年中，研究者開發(fā)了用于心理治療中的各種應(yīng)用的可行虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)走過了很長的路。在過去幾十年中，虛擬現(xiàn)實和模擬技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療培訓(xùn)和教育中實施。心理治療模擬器對于醫(yī)生培訓(xùn)是非常有價值的，醫(yī)院已經(jīng)為這種專用設(shè)備支付了大量的資金。虛擬現(xiàn)實具有許多優(yōu)點，可以給人以豐富的體驗，同時結(jié)合了腦電波處理、信號傳送、圖像生成等多種新型技術(shù)，結(jié)合起來給人以極好的使用體驗。通過VR顯示器接受大腦活動時產(chǎn)生的電信號，傳輸給電腦進行運算生成能夠緩解心理疾病患者心情的虛擬環(huán)境，并通過對傳出的信號進行不斷地分析計算，得出對此患者有效的心理療法。通過腦-機接口在大腦和其他電子設(shè)備之間建立交流和控制通路的技術(shù)，將大腦的信號解讀成相應(yīng)的感情信號導(dǎo)入計算機進行運算，通過運算得出可以緩解使用者心理壓力或者負面情緒的場景、故事、音樂，導(dǎo)入到VR設(shè)備，通過VR技術(shù)給使用者帶來的沉浸感與代入感，讓使用者的心理壓力或者負面情緒得到一定程度的緩解。

3 基于虛擬現(xiàn)實的三維建模技術(shù)

想象腦電模式識別技術(shù)是一種不依賴外周神經(jīng)和肌肉組織的技術(shù)，在大腦與計算機或者電子設(shè)備之間直接建立交流和控制通路的技術(shù)，通過這樣的技術(shù)可以對大腦中的電信號進行收集，通過設(shè)備對接收到的腦電信號進行處理。虛擬環(huán)境框架的功能主要體現(xiàn)在：首先支持對象的屬性和交互的訂購發(fā)布，同時提供回調(diào)和事件的通知機制，支持HLA的各種時間管理策略，從而達到在全部聯(lián)邦范圍內(nèi)的對象可以根據(jù)已給定的時序和消息傳遞關(guān)系來工作；其次是提供與各種對象定位、創(chuàng)建、刪除等相關(guān)的服務(wù)，并且分類、統(tǒng)一組織管理不同功能和不同性質(zhì)的仿真實體，即是對虛擬場景的結(jié)構(gòu)和組織管理；最后還可以通過事件驅(qū)動和回調(diào)函數(shù)機制和場景對象組織、仿真對象管理功能集成，沉浸式人機交互設(shè)備和接口的集成。

3.1 3DMAX與VRML語言

目前市面上有一些虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用軟件，其中最具代表性的是3D MAX軟件，其界面簡潔明了，功能強大，建模功能強大，廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)設(shè)計。3D MAX軟件具有自己獨特的設(shè)計理念，軟件的特點是可以在三維建模設(shè)計中快速找到自己的可行規(guī)則，從而加快設(shè)計進度，提高設(shè)計質(zhì)量。通過使用3ds Max模型，使用自定義模塊來處理角色。所有動畫工具（包括表達式、腳本、列表控制器和布線）都可以與特定的模型和自定義控件一起使用，虛擬現(xiàn)實模型是一種重要的解算器，優(yōu)化了實時交互性，同時其提供了一個靈活的動畫系統(tǒng)，其節(jié)點可以在3D空間中的任何地方移動。

VRML被稱為虛擬現(xiàn)實語言，這是一種文件格式，其中可以指定3D多邊形的頂點和邊緣以及表面顏色、映射紋理、光澤度、透明度等。URL可以與圖形組件相關(guān)聯(lián)，以便當用戶點擊特定圖形組件時，Web瀏覽器可以從Internet獲取網(wǎng)頁或新的VRML文件。虛擬世界的動畫，聲音，照明和其他方面可以與用戶交互，或者可以由計時器之類的外部事件來觸發(fā)。 特殊的腳本節(jié)點允許將程序代碼添加到VRML文件。VRML文件采用純文本格式，通常使用zip進行壓縮，對于通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸更為有用，許多3D建模程序可以以VRML格式保存對象和場景。

3.2 模式識別技術(shù)

模式識別是機器學(xué)習(xí)的一個分支，其重點在于識別數(shù)據(jù)中的模式和規(guī)則，盡管在某些情況下被認為幾乎與機器學(xué)習(xí)差不多。模式識別系統(tǒng)在許多情況下采用原始數(shù)據(jù)來訓(xùn)練，但是當沒有標記數(shù)據(jù)可用時，可以使用其他算法來發(fā)現(xiàn)先前未知的模式。數(shù)據(jù)庫（KDD）中的模式識別、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)這些領(lǐng)域很難分開，因為它們有時候的內(nèi)容是重疊的。所有這些領(lǐng)域都是從人工智能工程和統(tǒng)計學(xué)演變而來的，他們通過整合彼此的發(fā)展，想法變得越來越相似。在機器學(xué)習(xí)中，模式識別是將標簽分配給輸入值。模式識別的主要應(yīng)用是分類，它試圖將每個輸入值進行分類，比如把人的情感轉(zhuǎn)化為計算機可以識別的信號，從而對于顯示的內(nèi)容進行科學(xué)的選擇。模式識別算法通常旨在為所有可能的輸入提供合理的答案，并且執(zhí)行輸入的最大可能匹配，考慮它們的統(tǒng)計學(xué)變化。具體使用的是模式匹配算法，在具有預(yù)先存在的模式的輸入中尋找精確匹配。模式匹配算法的常見示例是正則表達式匹配，其在文本數(shù)據(jù)中查找給定類型的模式，并且被包括在許多文本編輯器和字處理器的搜索功能中。模式匹配算法可以使用由模式識別提供的輸出算法，使信號間的轉(zhuǎn)換變得精準高效。endprint

3.3 支持向量機技術(shù)

支持向量機（SVM）表示一組從訓(xùn)練數(shù)據(jù)創(chuàng)建函數(shù)的學(xué)習(xí)技術(shù)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)通常包括輸入對象和期望輸出的對象。虛擬環(huán)境的開發(fā)涉及了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能、高性能計算技術(shù)、模式識別、傳感技術(shù)、計算機圖形學(xué)、圖像處理等技術(shù)，還涉及社會學(xué)、美學(xué)、氣象、通信、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科，復(fù)雜程度可想而知。虛擬現(xiàn)實要達到實現(xiàn)自然實時交互和逼真的多種感覺的要求，其組成主要應(yīng)包括幾方面：虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)，產(chǎn)生實時的圖像；用以確定參與者位置和動作的定位跟蹤系統(tǒng)；提供虛擬空間多用戶協(xié)同交互功能的網(wǎng)絡(luò)接口；含有CAVE、PowerWall、立體顯示設(shè)備的沉浸式顯示系統(tǒng)；提供立體聲源和判定空間位置的音效系統(tǒng)；提供參與者感知力與壓力的反饋的觸覺和力反饋系統(tǒng)。學(xué)習(xí)的函數(shù)可以用于預(yù)測新對象的輸出。SVM通常用于對輸入量進行分類。SVM也用于回歸和偏好學(xué)習(xí)，稱為支持向量回歸虛擬現(xiàn)實。SVM屬于一類廣義線性分類器，其中分類函數(shù)在特征空間的形式為一個平面。SVM的特殊性質(zhì)是SVM可以實現(xiàn)高度的泛化，泛化表示學(xué)習(xí)函數(shù)對測試數(shù)據(jù)或在訓(xùn)練中排除未知數(shù)據(jù)的性能。通過SVM技術(shù)可以把虛擬現(xiàn)實設(shè)備中的圖像進行正確識別，將其轉(zhuǎn)化為人可以識別的感情信號。

3.4 傳感器技術(shù)

光電傳感器的連接器組件，包括容納光電傳感器的殼體、設(shè)置在殼體上的多角度的傳感器接頭、將光電傳感器連接到外部電路的電纜以及電纜連接器，其設(shè)置在電纜的一端并連接到傳感器接頭。當環(huán)境介質(zhì)的折射率發(fā)生變化，如振動或溫度變化等引起，傳感光纖經(jīng)過此處時的光波相位會發(fā)生變化。對傳感光纖中的相干光進行相位調(diào)制，檢測段處就可以觀察到外界環(huán)境變化帶來的干涉結(jié)果的變化，這就是干涉型光纖傳感器的工作原理。將每種材料作為均勻連續(xù)體處理，由外部介質(zhì)和表面之間的頻率相關(guān)介電常數(shù)來描述。這個物理量被稱為復(fù)介電常數(shù)。為了描述電子表面等離子體，導(dǎo)體的介電常數(shù)的實部必須為負，其大小必須大于電介質(zhì)的大小。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)發(fā)展迅速，因其易用性、穩(wěn)定性、快捷性受到廣大使用者的歡迎。我國各層次的開發(fā)研究人員正不斷地改善當前虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，為了充分利用虛擬現(xiàn)實建模的價值，在當前社會生活中，各方面人員應(yīng)加強自身的學(xué)習(xí)與探究，在合理的體系中力求虛擬現(xiàn)實建模價值的利用最大化。

參考文獻

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