概述
虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù),就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。從狹義上講,虛擬仿真是指20世紀(jì)40年代伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類(lèi)試驗(yàn)研究的新技術(shù);從廣義上來(lái)說(shuō),虛擬仿真則是在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的歷程中一直被有效地使用著。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,仿真技術(shù)逐步自成體系,成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的第三類(lèi)基本方法,而且正在發(fā)展成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項(xiàng)通用性、戰(zhàn)略性技術(shù)。
定義
同時(shí),人們對(duì)仿真技術(shù)的期望也越來(lái)越高,過(guò)去,人們只用仿真技術(shù)來(lái)模擬某個(gè)物理現(xiàn)象、設(shè)備或簡(jiǎn)單系統(tǒng);今天,人們要求能用仿真技術(shù)來(lái)描述復(fù)雜系統(tǒng),甚至由眾多不同系統(tǒng)組成的系統(tǒng)體系。這就要求仿真技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展,并吸納、融合其他相關(guān)技術(shù)。
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù),簡(jiǎn)稱VR,是20世紀(jì)80年代新崛起的一種綜合集成技術(shù),涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境——虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺(jué),并可親自操作,自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。
VR技術(shù)主要有三方面的含義:第一,是借助于計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境是虛幻的;第二,人對(duì)這種環(huán)境的感覺(jué)(視、聽(tīng)、觸、嗅等)是逼真的;第三,人可以通過(guò)自然的方法(手動(dòng)、眼動(dòng)、口說(shuō)、其他肢體動(dòng)作等)與這個(gè)環(huán)境進(jìn)行交互,虛擬環(huán)境還能夠?qū)崟r(shí)地作出相應(yīng)的反應(yīng)。
虛擬仿真技術(shù),則是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過(guò)虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實(shí)體。實(shí)體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),也可用一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型表示。實(shí)體在虛擬環(huán)境中相互作用,或與虛擬環(huán)境作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實(shí)特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,充分滿足了現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展需求。
基本特性
虛擬仿真技術(shù)具有以下四個(gè)基本特性:
1.沉浸性(Immersion)
虛擬仿真系統(tǒng)中,使用者可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)等多種感知,從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。
2.交互性(Interaction)
虛擬仿真系統(tǒng)中,不僅環(huán)境能夠作用于人,人也可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制,而且人是以近乎自然的行為(自身的語(yǔ)言、肢體的動(dòng)作等)進(jìn)行控制的,虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。例如,當(dāng)飛行員按動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射按鈕時(shí),會(huì)看見(jiàn)虛擬的導(dǎo)彈發(fā)射出去并跟蹤虛擬的目標(biāo);當(dāng)導(dǎo)彈碰到目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸,能夠看到爆炸的碎片和火光。
3. 虛幻性(Imagination)
即系統(tǒng)中的環(huán)境是虛幻的,是由人利用計(jì)算機(jī)等工具模擬出來(lái)的。既可以模擬客觀世界中以前存在過(guò)的或是現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境,也可模擬出客觀世界中當(dāng)前并不存在的但將來(lái)可能出現(xiàn)的環(huán)境,還可模擬客觀世界中并不會(huì)存在的而僅僅屬于人們幻想的環(huán)境。
4. 逼真性(reality)
虛擬仿真系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面,虛擬環(huán)境給人的的各種感覺(jué)與所模擬的客觀世界非常相像,一切感覺(jué)都是那么逼真,如同在真實(shí)世界一樣;另一方面,當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí),環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。如當(dāng)給虛幻物體一個(gè)作用力,該物體的運(yùn)動(dòng)就會(huì)符合力學(xué)定律,會(huì)沿著力的方向產(chǎn)生相應(yīng)的加速度;當(dāng)它遇到障礙物時(shí),會(huì)被阻擋。
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用
虛擬仿真技術(shù)適用于數(shù)字城市、場(chǎng)館仿真、地產(chǎn)漫游、室內(nèi)設(shè)計(jì)、旅游教學(xué)、文物古跡、工業(yè)仿真、汽車(chē)仿真、道路橋梁、油田礦井、水利電力、數(shù)字展館、地質(zhì)災(zāi)害、應(yīng)急預(yù)案、網(wǎng)上展館、網(wǎng)上看房、網(wǎng)上產(chǎn)品、網(wǎng)上看車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域。
主要代表品牌
Virtools、iseemedia、AVS、VRCO、TechViz、3D立體展示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、眼晴跟蹤儀等等。