三维 虚拟现实 交互技术的知识

随着科技的发展，网络世界日益与现实世界重叠。而虚拟现实交互技术将现实彻底地、立体地虚拟化，人们将身在“太虚幻境”中，亲自感受物质生活外的虚拟时空。 

虚拟现实交互技术是一门新兴的综合信息技术，融合了数字图像处理、多媒体技术、计算机图形学、传感器技术等多方面信息技术。它通过计算机图形学构成三维数字模型，产生逼真的虚拟环境，在视觉上给用户一种立体的虚拟环境。与通常的CAD(计算机辅助设计)系统所产生的三维模型不同，它不是一个静态的世界，而是一个互动的环境。 

虚拟现实交互技术主要有以下四个特征：
第一， 强烈的临场感。用户在模拟环境中，能够感到虚拟世界是真实存在的。
第二， 友好的交互性。交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例如，用户用手直接抓取环境中的物体时，手里会有握着东西的感觉，并可以感觉到物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。
第三， 多感知性。除了具有一般计算机的视觉感知外，还具备听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
第四，虚拟现实世界的自主性。也就是说虚拟环境中的物体会依据物理定律进行动作。 

　　技术基础 

　　具体讲，虚拟现实交互技术就是使用以计算机技术为核心的现代高科技，生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生与亲临等同真实环境的感受和体验。那么，这种虚拟的真实世界是如何形成的呢？首先，需要生成虚拟实体，虚拟实体主要是针对用户的生理感觉而言；其次，用户通过人生理的自然技能同这个环境进行交互；最后，利用传感器完成人和虚拟环境的交互。 

　　从系统上看，虚拟现实交互系统包括检测模块、反馈模块、传感器模块、控制模块以及建模模块等。在该系统中，主要采用了动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术及系统集成技术。 

　　动态环境建模技术。使用动态环境建模技术可以获取实际环境的三维数据，并利用获得的三维数据建立相应的虚拟环境模型。采用CAD技术或非接触式的视觉建模技术获取三维数据，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。该技术是应用计算机技术生成虚拟世界的基础。 

　　实时三维图形生成技术。三维图形生成技术的关键是如何实现实时生成。为了达到实时的目的，在不降低图形的质量和复杂度的前提下，要保证图形刷新率不低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒。 

　　立体显示和传感器技术。虚拟现实的交互能力主要依靠立体显示和传感器技术。现有的虚拟现实交互技术还远远不能满足系统的需要，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围都有待提高。用户通过传感装置可以直接对虚拟环境进行操作，并得到实时的三维显示和反馈信息(如触觉、力觉反馈等)。空间跟踪，主要是通过HMD(头盔显示器)、数据手套、数据衣等交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在虚拟环境中的位置和方向。声音跟踪，利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。视觉跟踪，使用从视频摄像机到平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。
随着科技的发展，网络世界日益与现实世界重叠。而虚拟现实交互技术将现实彻底地、立体地虚拟化，人们将身在“太虚幻境”中，亲自感受物质生活外的虚拟时空。
系统集成技术。由于虚拟现实中包括了大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术变得至关重要。集成技术包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、数据管理模型和识别技术等。