虚拟现实的核心技术与未来趋势
接下来本文将分为两个主要的部分。首先第一部分介绍目前虚拟现实的核心技术,这包含了目前最新技术的发展现况以及未来的发展方向与所面临的挑战。本文将介绍虚拟现实中九类主要的核心技术,包括了模拟管理器(simulation manager)、追踪器与数据手套输入设备(tracking and data glove input devices)、手势辨识(gesture recognition)、 头戴式显示器与其它的显示技术、 3D图形显像技术(3D graphics rendering)、临界时间计算(time-critical computing)、动态机制的处理(dynamic handling)、数字影像式虚拟现实 (image-based VR)与网络上虚拟现实(networked VR)。第二部分,我们将介绍虚拟现实应用程序的软件开发工具,主要涵盖dVS、Superscape,以及WTK三个商业性软件,我们将分析它们的异同与优劣。
三、虚拟现实的核心技术
本节将介绍虚拟现实中主要的九项核心技术,我们将分为以下九个小节来作剖析。
1、模拟管理器
虚拟现实系统在执行时期的行为模式由仿真管理器(simulation manager)来控制整体的模拟过程;它控制系统在执行时期的模式(run-time model)。一般的执行时期模式可分为三大类︰仿真循环模式(simulation loop model)、事件驱动模式(event-driven model)以及同步模式(concurrent model)。
在仿真循环模式中,系统中的运作包括互动、数值运算、数据处理以及3D显像都在一个反复执行的循环中完成;在事件驱动模式中,系统的运作只发生在响应事件的产生,而事件的产生通常由使用者来触发;在同步模式中,系统中的不同运作分散到不同的处理程序,而这些处理程序分散到单个或数个处理器进行排程。
对一般的应用,事件驱动模式较不适用,因为在同一时间,多个由使用者所触发的事件可能同时发生,而这些事件的意义和优先权可能彼此相关,因而增加控制与管理整体模拟过程的困难度;目前最被广泛采用的模式为仿真循环模式,许多商用的VR发展软件都采用这种模式;至于同步模式则是未来发展的主要趋势,其好处在于系统中运算速度较慢的处理程序不致于影响其它的程序。当然一个虚拟现实系统的仿真管理器要采用何种模式最主要还是跟所使用的计算机平台以及操作系统密切相关。
接下来我们将介绍最普遍采用的仿真循环模式的基本运作。在模拟的过程中,
仿真管理器须侦测每一感知接口设备是否被触发。若有,则相关信息将被更新,如虚拟物体的位置、形状或者速度及与其它虚拟物体的互动;此外,虚拟环境中的一些自发性对象(autonomous objects)的行为将会改变,如挂在墙上的时钟和温度计的刻度;最后虚拟场景依新的信息显像在HMD或计算机的屏幕上,而其它如音响、触觉、力回馈等效果也同样反应到使用者的VR输出设备上,如此便完成了一个模拟周期。
2、追踪器与数据手套输入设备
在虚拟现实应用中,追踪使用者的位置是很重要的。在过去,设计者只关心追踪器是不是能提供足够的更新率,然而现在却要考虑其它因素,包括静态准确度(static accuracy)(测定物体位置的准确度),动态准确度(dynamic accuracy)(测定移动量的准确度)实时相延迟(phase lag)等。特别是时相延迟,由于现在的追踪器都有处理器进行运算,如果物体持续移动,输出结果将永远不等于目前位置。如果输出和目前位置差太多,使用者会感觉出不真实,甚至产生不快与头晕。此外,由于追踪器和