从虚拟现实走向复合现实:高临场感空间的实现

时间:2008-12-24   来源:   网友评论:0   人气: 359 作者:

虚拟现实技术是20世纪末兴起的一种新型信息媒体技术。随着信息技术的发展,特别是多媒体技术、可视化技术、网络技术,以及虚拟现实系统的更新,使虚拟现实系统发展成为数字化多维信息空间的技术支撑平台。其所具有的能给人以身临其境感觉的虚拟环境的鲜明技术特点,以及高级的人机交互操作手段,使得科技界和产业界将其作为未来信息技术领域研究、开发和应用的热点方向之一

虚拟现实(virtual reality, VR)是一种能够创建和体验虚拟环境的、由计算机生成的、给人多种感官刺激的高级人机交互系统。虚拟现实的特点在于,由计算机产生三维空间的虚拟环境,用户沉浸于其中,并接受多种感官刺激和自然人机交互。在短短10多年的时间里,虚拟现实技术获得了很大的发展,已成功地应用于军事、航空航天、娱乐、医学、教育、工业制造等多个领域。

  虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为21世纪三大前景最好的信息媒体技术。随着器件技术和网络技术的进步,虚拟现实技术开始走向更加广泛的应用,越来越受到大众的关注。  

  虚与实的融合发展

  早期的虚拟现实技术及其系统的开发和应用都是基于计算机图形学(computer graphics, CG)系统所进行的。在早期的虚拟现实系统中,用户沉浸在一个由CG产生的封闭系统中完成虚拟空间的视觉提示和模型操作,整个操作过程不能与外界场景进行交互。

  近年来,随着需求的提高和图像处理技术的迅速发展,在虚拟现实研究领域,出现了一个新的研究方向,即复合现实(Mixed Reality,MR)研究方向。它是用户不断增强的对与实际场景协同操作所要求的产物。

  复合现实技术的实质就是虚拟景物与实际场景的和谐融合。所谓虚实融合,就是把虚景与实景相结合,以构造用户所需的高临场感虚拟三维场景。虚景与实景相结合主要体现在两个方面:虚拟物体被放到现实场景中;或现实场景被融合在虚拟世界中,其结果使得虚拟对象与现实对象共存于同一个空间。复合现实是将现实世界和虚拟世界相融合的技术,它包括:增强现实(Augmented Reality,AR),它以现实场景为基础,利用虚拟现实技术及其相关装置提供信息;增强虚拟(Augmented Virtuality,AV),与AR相对应,它以计算机生成的虚拟世界为基础,利用图像处理技术构成融合空间,以提供给用户更加丰富的逼真视觉信息内容。

  复合现实技术都可以担当什么样的角色呢?复合现实提供的特殊技术,使得人们可以完成很多以前难以想象的事情。

  例如,当设计师想要构筑一个虚拟网上三维展示厅时,可以将真实的家具、电器和鲜花图像放置在其中,以增加真实的魅力;当你在博物馆中漫游时,目光落在一件非常精美的工艺品的瞬间,相关的介绍资料将会立刻显示在眼前;在医学上,医生在检查病人身体时,可以将相关部位的X线图像与实际部位重叠显示,可以增加医生观察的效果;在军事训练中,士兵在向山包或街道迂回前进时,通过复合现实技术可以清晰地看到被遮挡的地形和建筑物的位置。

  总之,复合现实技术可以通过虚与实的结合,为用户提供高度临场感的视觉、听觉甚至触觉的感知。

  浏览真实场景和协同操作

  随着复合现实技术的发展,在许多重要应用场合,对于真实场景的浏览和协同操作具有更加广泛的需求。例如,通过复合现实系统进行工艺品鉴赏,对现有产品进行设计讨论,或是进行现场的手术观摩等,都需要将真实场景的立体图像引入具有沉浸感的三维空间中。清华大学电子工程系图像图形研究所和清华大学网络中心共同合作,承担了国家CNGI项目中的基于IPv6的高性能视频传输和共享虚拟现实课题。在此基础上,研发出了基于虚实融合的共享协同交互操作系统。下面,我们对这个系统进行简要介绍。

  立体摄像装置

  我们研发了具有“真立体”感的立体摄像硬件装置和立体显示软件处理技术。为了实现真实的具有沉浸感的三维立体显示,不采用通常的将一幅视频图像进行位移而产生左右眼立体视觉的方法,而是采用双摄像机系统采集具有真实立体感的视频图像,进而生成左右眼立体视觉方法。


 

文章评论