虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

一般來說，一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

這里，虛擬環(huán)境處理器是VR系統(tǒng)的心臟，完成虛擬世界的產(chǎn)生和處理功能。輸入設(shè)備給VR系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。而輸出設(shè)備是由VR系統(tǒng)把虛擬環(huán)境綜合產(chǎn)生的各種感官信息輸出給用戶，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。其主要的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:

動(dòng)態(tài)環(huán)境建模——虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)，更多的情況則需采用非接觸式的視覺技術(shù)，兩者有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。

實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)——三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，這里的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率是該技術(shù)的主要內(nèi)容。

立體顯示和傳感器技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，比如頭盔式三維立體顯示器有以下缺點(diǎn):過重 (1.5 kg至2kg)、分辨率低(圖像質(zhì)量差)、延遲大(刷新頻率低)、行動(dòng)不便(有線)、跟蹤精度低、視場不夠?qū)?、眼睛容易疲勞等，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。同樣，數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等都有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn)。另外，力覺和觸覺傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具——虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具，例如VR系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

系統(tǒng)集成技術(shù)——由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別與合成技術(shù)等等。