计算机技术在虚拟现实技术中的应用分析

殷武　刘军成

【关键词】计算机技术；虚拟现实技术；应用分析

引言

早期计算机的出现只是为了方便数据的运算，而伴随着信息化技术的发展，声音、图像、文字等多种信息可以同时进行处理[1]。虚拟现实技术提出的初衷只是为了营造一个以人类为中心的信息化环境，改变人适应计算机的传统模式，目的在于最大限度发挥计算机提高人类认知、改變世界的作用。虚拟现实技术作为目前世界上计算机领域的一项重大突破，将计算机技术作为现实世界通往虚拟世界的连接工具，构建虚拟环境，实现人与计算机的自然交互，广泛地应用于医学、工程、艺术等多个领域，使世界上多个行业面临的难题有了解决的方法，极大地方便和丰富了人们的工作和生活。在当前的信息化背景下，要想真正掌握、并将虚拟现实技术应用于现实生活的方方面面，就要深入分析计算机技术的发展和应用，了解计算机技术在虚拟现实技术中的应用方式以及它们之间的联系，从而克服虚拟现实系统的技术障碍，发挥虚拟现实技术的巨大潜力。

一、虚拟现实技术概述

（一）虚拟现实技术的概念

在这个现代科学技术迅猛发展的时代，虚拟现实技术作为一项前沿科技，依托于计算机技术，以网络并行技术作为基础，利用计算机生成图形和色彩，提供仿真环境，同时通过传感设备，利用视觉和听觉，让用户置身虚拟环境中，使用户产生仿佛置身现实世界的感觉，从而实现人和环境、人与计算机的交互。虚拟现实技术包括四个部分，第一个部分是计算机，计算机与虚拟世界的生成有直接的关系，并且帮助实现虚拟现实技术中的自然交互功能，是虚拟现实技术的核心内容，虚拟世界的渲染功能对计算机配置有较高的要求；第二是输入输出设备，输入输出设备是人机交互的连接，没有输入输出设备，用户就无法置身虚拟环境，用户的输入形式被传感设备所识别，并形成相应的反馈表现出来，同时在系统中形成记录；第三是应用软件系统，仿真环境中几何模型、运动模型等的构建离不开应用软件系统，应用软件是虚拟现实技术的辅助系统，帮助构建虚拟世界所需素材，虚拟现实技术系统软件的主要作用是对数据库进行有效管理，包括立体模型管理以及虚拟世界数据库的管理；第四是数据库，虚拟世界中的各种信息都被收录在数据库中，虚拟世界中出现的各种物品、形象等，都能在数据库中找到对应的模型[2]。

虚拟现实技术的发展首先将以往以计算机为主体的观念转变为以人为主体，在传统的信息化观念中，人应当去适应计算机的变化，在人与计算机的交互中，键盘和鼠标就是输入设备，人要使用电脑首先要掌握如何使用电脑，而虚拟现实技术的实现，强调了让计算机来适应人，用数据手套、头盔显示器等代替键盘鼠标，通过视觉、听觉等形式，让用户融入虚拟世界，这个虚拟世界可以是真实存在的某一个特定环境，也可以是存在于想象中的世界，从而加深体验的真实感。虚拟现实技术将人与计算机的交流变得更加简单便捷，降低了工作的繁琐程度，一定程度上解放了人们的双手，在工作节奏日益加快的今天，信息技术的应用面更为广泛，虚拟现实技术有利于最大限度发挥信息技术的作用。

（二）虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术主要有四种特征，第一，沉浸性。沉浸性是指用户对虚拟世界真实程度的评价，理想状态下，用户在虚拟世界的感知应当与现实世界无差别。用户利用数据头套等设备融入虚拟现实技术创造出来的虚拟世界，以多维的方式实现和计算机的自然交互，通过视觉等感官形式沉浸在虚拟世界中，使用户产生趋近真实的体验感。虚拟世界中用户的自由行动是依靠虚拟现实技术对用户肢体动作的跟踪和传导而实现的，而虚拟现实技术的输入设备如数据头套等应当与用户的感官联系紧密，这样才能给用户提供良好的沉浸式体验。第二，想象性。简单来说，想象性就是指用户的创造性。用户沉浸在虚拟世界中，在与虚拟世界交流和互动的同时，也获得了新的知识，虚拟场景的形成与用户的想象力和创造力息息相关，因此，虚拟现实技术有助于激发用户的创造力，提高感性认识，发散用户的创造性思维。利用虚拟现实技术的这一特性，在部分研究人员的调查实验发现，虚拟现实技术可以作为展现人类学科设想的一个工具，比如，在工程或医学领域，虚拟现实系统充当新媒体技术角色，将原本语言表述不清的内容或设想直观地表达出来。第三，交互性。交互性是指用户通过穿戴传感设备，与计算机进行自然交互，使用户在虚拟环境中获得与在现实世界一致的感知，丰富了交互的形式，用户在虚拟环境中能够感受到物品、情感等的变化，计算机技术对用户的肢体动作、语言等进行分析，从而实现对虚拟世界对象的图像控制和声音控制，给予用户良好的体验感。以物体的运动为例，虚拟环境中物体的运动应符合常理，物体的移动应当跟随用户的视觉角度变换而变换，提高人机交互的自然性。第四，自主性。自主性是指虚拟环境中物体运动的程度，虚拟环境中物体的运动也应当遵循物理学规律，动态环境建模技术是虚拟现实技术的关键，通过对用户周边环境数据的获取，建立虚拟环境，实时获取物体运动数据。

二、计算机技术和虚拟现实技术的关系

计算机的问世极大地方便了人们的日常生活和工作，人们对于计算机的依赖也愈来愈强，而近年来，虚拟现实技术的提出，一方面丰富了人们的感官世界，娱乐了人们的生活，另一方面，虚拟现实技术在各个行业领域内的应用，给行业发展提供了新的方向[3]。就计算机技术来说，它的主要作用在于数据的存储、修改以及逻辑运算，包括指令系统、中央处理器等多种技术手段，由于计算机技术是一门综合性技术，具有超越人计算能力的复杂性，也就决定了其应用范围也十分广泛，主要与通信技术、电子工程等领域联系紧密，而随着社会经济的发展，计算机技术成为各行各业的发展和管理中不可或缺的角色。从本质上来说，虚拟现实技术相当于计算机技术的一个分支学科，人们通过虚拟现实技术构建出一个虚拟环境，通过人机自然交互功能，给人以身临其境的体验感。虚拟现实技术以现实世界作为参考，通过多种计算机技术手段，设计虚拟环境的各种模型，实现虚拟世界的三维动态变化，丰富用户的感官世界，因此，虚拟现实技术与计算机技术息息相关，虚拟现实技术要想获得更大的发展，就不能脱离计算机技术而存在，只有依托于计算机技术，虚拟现实技术才拥有远大的发展前景。伴随近年来科学技术的不断发展，虚拟现实技术拥有独特的优点，在各领域的应用越来越广泛，有助于各领域人员展现自己的超前设想，解决各行各业所面临的技术困境，减少危险性工作带来的人员伤亡，被人们广泛定义为走在世界前列的高科技技术。虚拟现实技术等前沿科技的发展壮大在一定程度上促进了社会经济效益的提升，社会各行各业都加强了对虚拟现实技术的重视程度，促进了虚拟现实技术的开发研究，让虚拟现实技术和各领域学科联系越来越密切，不断推动虚拟现实技术在社会生活中的应用。

三、计算机技术在虚拟现实技术的应用

（一）构建虚拟现实环境

虚拟现实技术的重点在于构建接近现实世界的虚拟世界，给人们提供真实的体验感，真实感分为两方面，一方面是虚拟场景的构建要真实，能够将用户带入情境，另一方面真实感是指虚拟世界中的物体运动要符合物理学规律，与人们的认知习慣相符。因此，所绘制对象的物理属性就显得尤为重要。物理属性涵盖多个内容，包括物体的形状、位置、运动方式等，而且，物体应当随着用户的视角和动作进行相应的改变，这就要求虚拟场景中的图像显示应当与用户的观察速度和观察角度相一致，避免画面滞后，导致动作场景衔接不连贯，影响用户体验感。通常来说，只有当计算机实现每秒10-20帧图像时，场景更新才不会出现滞后。传统的计算机技术中，现实渲染算法对渲染速度的要求并不是很多，而对于图像的质量和真实性有着较高的标准[4]。在虚拟现实技术中，由于需要的是实时图像，图像的生成和变换有时间限制，因此应当合理利用计算机技术来获得符合要求的图像。以当前计算机图形的级别为例，想要获得准确而又清晰的图像，需要花费大量时间，但是由于虚拟现实系统的实时模拟需求，实时图形的获得需要计算机技术在较短时间内完成，这就要求我们需在一定程度上降低对图像质量的要求，尽可能采用较为简单的几何图形，同时使用纹理映射、环境映照等技术手段来提升虚拟环境的真实性。首先，纹理映射的实施方法较为简单，从本质上来说，就是将纹理图像置于物体表面，以二维代替三维，充分表现物体的纹理细节，计算载量小，且能够有效改善虚拟环境真实性。其次，环境映射就是指将虚拟环境中某一点的环境作为视点，将其周围场景变为一个中间面，在这种技术手段下，当用户在此点观察周围场景时，都可以看到完整且高度真实的画面。另外，真实感实时绘制技术一般分为两种，一种是基于几何图形展开的实时绘制，另一种是基于图像展开的实时绘制。基于几何图形的实时绘制是先有图形，才有模型，而基于图像的实时绘制是先有场景，再进行场景画面的绘制。

（二）形成三维虚拟声音

在虚拟现实技术中，听觉信息和视觉信息同等重要，声音和画面一直以来都是相辅相成的，虚拟现实技术不仅仅需要视觉带来的冲击，更需要听觉的支持。首先，为了提高虚拟世界的真实性，在场景中加入虚拟声音，保证用户虚拟世界的沉浸感体验，减轻视觉压力和用户的视觉依赖性[5]。与虚拟现实技术类似，虚拟声音技术同样具备交互性和沉浸性，除此之外，它还具备三维定位和实时跟踪等特点，有利于提高虚拟场景的真实性，丰富用户的感知。其次，三维虚拟声音技术也离不开语音合成和语音识别技术。顾名思义，语音合成技术就是利用计算机技术形成人工合成的声音，在语音合成时，技术人员应当对语音表达的易理解性、清晰程度进行把控，方便用户应用。与语音合成技术相比，语音识别技术则更为复杂，它是指利用计算机技术，将音频转化为文字内容，使用户在虚拟环境中的交互进行得更加自然和容易[6]。

（三）智能语音虚拟建模

将计算机技术应用于虚拟现实技术中，其主要体现在对智能语音的虚拟建模方面，该工作比较复杂，在具体操作过程中对于时间成本及精力成本的要求比较高，倘若可以借助语音识别技术、智能识别技术等，通过对虚拟现实技术的科学利用，可以更好地处理语音虚拟建模缺陷。比如说，要深入剖析模型基本属性，探究其基本方法，将语音识别技术应用于数据建模中，以常见的人工智能技术、图像处理技术为中心，设计建模，评估模型。如此一来，可以明确呈现出模型对象，且可以基于逻辑性角度让模型实现动静态发展相结合的目标，提高系统模型价值。在完成建模工作后，需要对模型进行科学评估。

（四）加强对新型交互设备的研制

在实际应用过程中，要想赋予虚拟现实技术更多的自由特色，立足于虚拟世界情况，与各类对象建立交互关系，在持续交互中获得身临其境之感。在这个过程中，需通过对输出输入设备、数据手套及三维声音产生器等的利用，模拟计算机的虚拟环境。通过对以上技术的应用，可以在虚拟现实技术发展中发挥计算机技术的价值，从而推动虚拟现实技术的高质量发展。在计算机技术科学研究中，可以将虚拟现实技术当作目标，完善交互设备系统，研究更多创新性较强的交互性设备，降低其成本、提高耐用性，为社会各个行业发展提供动力。

（五）充分应用大型分布式网络虚拟现实

分布式网络广泛存在于虚拟现实中，其任务在于对处于零散状态的虚拟现实体系、仿真器等进行整合，在网络技术参与及指导下实现有效衔接目标。对于该过程而言，相关工作者要明确一体化的标准，建立统一的数据库、信息结构及协议内容等，基于时间层面与空间角度建立虚拟合成体系，而使用者也可以在该环节中自由、有效地进行交互，从最大化程度上利用计算机技术，发挥其虚拟现实功能。就现阶段的分布式虚拟现实交互情况来说，其已经在中长期发展中成为国际的重要研究热点。因此，在今后发展计算机技术时，要将大型分布式的网络虚拟现实技术应用于生活中，这是计算机技术发展的关键性趋势。这是由于大型分布式虚拟现实技术的发展，对航天事业进步非常重要，价值突出。利用该技术来研究航空事业，可以控制成本支出及经费，且控制相关人员的研究情绪，避免研究人员出现不适感，让计算机虚拟现实技术的作用得以充分发挥，从而推进我国军事航天事业的长久及稳定发展，值得关注。

结束语

综上所述，虚拟现实技术实现的基础是计算机技术，虚拟现实技术的广泛应用提高了人们的理性认知和感性认知，将计算机技术在人们工作和生活中的应用提高到一个新的层次，对计算机技术的发展具有十分重要的意义。另外，虚拟世界是依托计算机技术来对信息数据进行整合，并在虚拟现实世界中依赖于三维动态而形成。所以，计算机技术、虚拟现实技术二者呈现出相辅相成的关系，计算机技术工作者要科学区别计算机技术、虚拟现实技术二者的相同点及不同点，正确认识二者关系，进一步更新技术思维，探索虚拟现实技术的特点，精准掌握新时代下计算机技术、虚拟现实技术的特色，将计算机技术科学应用于虚拟现实技术中，让这两种技术紧密联系在一起，发挥虚拟现实技术价值的同时，推进计算机技术的更新，让虚拟现实技术得以高质量发展。