以计算科学为核心的虚拟现实技术是多学科、多方向交叉的新技术，能够生成近似真实环境视、听、嗅、触等感知信息的虚拟环境。用户借助必要的装备与虚拟环境的各种对象进行交互作用并相互影响，可以获得对真实环境的亲临感受和体验。

 

随着计算机图形学、人机交互、认知心理学、传感器技术等领域的快速发展及应用的不断深入、行业需求的日益旺盛，虚拟现实技术将会面临什么样的新问题和新挑战？虚拟环境与真实环境的无缝融合又需要突破什么样的理论方法和技术呢？在近日举行的中国计算机学会青年计算机科技论坛上，众多虚拟现实领域的专家围绕虚实结合技术的研究现状、发展趋势和应用前景作了深入的探讨。

 

 

虚拟现实技术的实质是构建一种人能够与之进行自由交互的“世界”，在这个“世界”中，参与者可以实时地探索或移动其中的对象，而高精度、高速率、高分辨率、轻量、裸眼、无线是虚拟现实技术未来的发展趋势。

 

“像大型工厂、大飞机、核设施、航天设施等设计方案的高效的辅助论证，通过实时定位、关联实际对象与虚拟模型实现高可信的演练和实际操作指导，都对虚拟现实技术具有较高的需求。”浙江大学计算机辅助设计与图形学（CAD&CG）国家重点实验室主任鲍虎军博士说。

 

据悉，我国虚拟现实技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但一直都受到国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情制定了开展虚拟现实技术的研究计划。

 

“‘863’计划、国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实技术列为研究项目。国内一些重点院校已积极投入到这一领域的研究当中，研发出了许多数据采集、跟踪、显示再现技术与装置，技术水平也日趋成熟。”鲍虎军说。

 

 

如果把虚拟和现实作为一个隧道的两端，要打通这个隧道，即达到虚实无缝融合，时空就要完全配准，行为及其相互作用要符合客观规律，才能使用户对二者具有同样的感觉。

 

按照通常的理解，虚拟是一种可计算的数字化环境，它是对客观存在的真实环境的描述或者映射，甚至是数字化的克隆。“但是，关于视频图像，很难说它是实的还是虚的，它在不同的时间、空间里是不一样的。”北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室教授陈小武说。

 

“从虚到实，三峡建设是一个比较典型的例子。它大量的东西是实的，少量的东西是虚的，三峡建设人员努力地让虚的东西尽量去实，通过虚实遮挡等技术来辅助大坝建设。”

 

在虚实结合里，当大量的视频存在的时候，影响模型的逼真性的致命问题就是光照效果。“前段时间我在颐和园参加了一个项目的鉴定，发现在计算机上显示出来的东西非常漂亮，但放到头盔显示器上就不行了，一个关键的问题就是光的作用。而且，当时测试的时间是安排在下午5点到6点，这个时间自然光和虚拟模型的光照结合在一起，效果应该是最好的。光的虚实结合是非常难的，它的效果的好坏决定了整个虚实结合场景的效果，所以虚实光的结合、阴影的结合是未来重点研究的方向。”陈小武说。

 

虚实结合，不但可以从虚走到实，还可以从实走到虚。不过，陈小武表示，现在从事虚拟现实技术研究的大部分人都只是研究从虚到实。

 

在基于视频图像的虚拟现实技术中，当交互性要求比较低、渲染性要求比较高的时候，我们就可以用实的东西来做虚的东西。“比如说央视的《再说长江》。当时他们拍长江时去了很多地方，用了很多时间。但是有些地方为了补镜头，再跑去重拍太费劲。因此，他们就从已经有的素材里提取了一些需要的场景，合成了他们想要的镜头。这就是从实走到虚。”陈小武告诉记者。

 

虚实融合其实是追求虚与实的平衡，但是虚拟环境的可信性度量和评价一直是困扰虚拟现实的理论技术难题。虽然虚实融合看上去是以客观存在的真实场景“检验”虚拟场景的逼真性和可信性，但事实上困扰虚拟现实的可信性度量和评价问题，已被转化为虚实融合效果的逼真性和可信性的问题。

 

“也许无法说明虚实融合场景建模的绝对可信性，或者找到一个绝对可信的办法，但是我们可以说在某种约束的条件下，它的建模是可信的、可度量的、可评价的。我们把问题转化为这样的内容：这个约束是什么，怎样建立这样的约束条件。”陈小武认为。

 

陈小武表示，在建立约束条件时，可以重点考虑以下几个方面：面向虚实融合场景的用户感知因素分析法、虚实三维注册的可信性度量方法、虚实物体空间遮挡关系的可信性度量与验证方法、虚实光照融合效果、场景与对象的关系合不合理及指标体系和示范。

 

同时，虚拟现实技术构建成本较高影响其应用普及。而且，它的规模较大、复杂度较高、计算量巨大。“我们期望虚拟现实技术能解决以上的技术挑战，带来更加广阔的应用前景。”陈小武说。

 

《科学时报》 (2008-11-13 A4 工程科技)