在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,人永遠(yuǎn)是起主導(dǎo)作用的,從技術(shù)的角度看,該系統(tǒng)具有以下特征:由過去人只能從計算機系統(tǒng)的外部去觀測結(jié)果,到人能夠沉浸到計算機系統(tǒng)所創(chuàng)造的環(huán)境中;由過去人只能通過鍵盤、鼠標(biāo)與計算機環(huán)境中的一維數(shù)字信息發(fā)生作用,到人能夠用多種傳感器與多維信息的環(huán)境發(fā)生交互作用;由過去人只能以定量計算為主的結(jié)果中受到啟發(fā),從而加深對客觀事物的認(rèn)知,到人有可能從定性和定量的綜合環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識,從而深化概念和萌發(fā)新意。概括地表示,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本特性如下所述。
1、多感知性
多感知性( Multi-Sensory)是指除了一般計算機技術(shù)所具有的視覺感知之外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知,甚至還包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該能模擬一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù),特別是傳感器技術(shù)的限制,目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的感知功能還僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等,其余的仍有待繼續(xù)研究和完善。
2、沉浸感
沉浸感(Immersion)又稱臨場感,是虛擬現(xiàn)實最重要的技術(shù)特征,是指用戶借助交互設(shè)備和自身感知系統(tǒng),置身于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假,使用戶全身心投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中,該環(huán)境中的一切看上去是真的,聽上去是真的,動起來是真的,甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的,如同在現(xiàn)實世界中一樣。
在現(xiàn)實世界中,人們通過眼睛、耳朵、手指等器官來感知外部世界。所以,在理想狀態(tài)下,虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。即虛擬的沉浸感不僅通過人的視覺和聽覺感知,還可以通過嗅覺和觸覺等多維地去感受。相應(yīng)地提出了視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸和嗅覺沉浸等,也就對相關(guān)設(shè)備提出了更高的要求。例如,視覺顯示設(shè)備需具備分辨力高、畫面刷新頻率快的特點,并提供具有雙目視差,覆蓋人眼可視的整個視場的立體圖像;聽覺設(shè)備能夠模擬自然聲、碰撞聲,并能根據(jù)人耳的機理提供判別聲音方位的立體聲;觸覺設(shè)備能夠讓用戶體驗抓、握等操作的感覺,并能夠提供力反饋,讓用戶感受到力的大小、方向等。
3.交互性
交互性( Interactivity)是指用戶通過使用專門的輸入和輸出設(shè)備,使人類自然感知對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)強調(diào)人與虛擬世界之間以近乎自然的方式進行交互,即用戶不僅通過傳統(tǒng)設(shè)備(鍵盤和鼠標(biāo)等)和傳感設(shè)備(特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等),使用自身的語言、身體的運動等自然技能也能對虛擬環(huán)境中的對象進行操作,而且計算機能夠根據(jù)用戶的頭、手、眼、語言及身體的運動來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。例如,用戶可以用手去直接抓取虛擬環(huán)境中虛擬的物體,不僅有握著東西的感覺,還能感覺物體的重量,視場中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。
4.構(gòu)想性
構(gòu)想性(Imagination)又稱創(chuàng)造性,是虛擬世界的起點。想象力使設(shè)計者構(gòu)思和設(shè)計虛擬世界,并體現(xiàn)出設(shè)計者的創(chuàng)造思想。所以,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是設(shè)計者借助虛擬現(xiàn)實技術(shù),發(fā)揮其想象力和創(chuàng)造性而設(shè)計的。例如,建造一座現(xiàn)代化的橋梁之前,設(shè)計師要對其結(jié)構(gòu)做細(xì)致的構(gòu)思。傳統(tǒng)的方法是極少數(shù)內(nèi)行人花費大量的時間和精力去設(shè)計許多量化的圖紙。而現(xiàn)在采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行仿真,設(shè)計者的思想以完整的橋梁呈現(xiàn)出來,簡明生動,一目了然。所以有些學(xué)者稱虛擬現(xiàn)實為放大或夸大人們心靈的工具,或人工現(xiàn)實(Artificial Reality),即虛擬現(xiàn)實的想象性。
由于沉浸感、交互性、構(gòu)想性這3個特性的英文單詞均以I開頭,所以這3個特性也被習(xí)慣稱為虛擬現(xiàn)實的3I特征。
一般說來,一個理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境處理器,以及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)衣服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)等功能單元所構(gòu)成。
內(nèi)容來源:喻曉和《虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)教程(第2版)》