虚拟现实技术(Virtual Reality,VR),又称灵境技术,是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体,其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境,从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展,各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步,并逐步成为一个新的科学技术领域。
从理论上来讲,虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术利用现实生活中的数据,通过计算机技术产生的电子信号,将其与各种输出设备结合,使其转化为能够让人们感受到的现象,这些现象可以是现实中真真切切的物体,也可以是我们肉眼所看不到的物质,通过三维模型表现出来。
因为这些现象不是我们直接所能看到的,而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界,故称为虚拟现实。
虚拟现实技术受到了越来越多人的认可,用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受,其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假,让人有种身临其境的感觉;同时,虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能,比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等;最后,它具有超强的仿真系统,真正实现了人机交互,使人在操作过程中,可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱。
VR涉及学科众多,应用领域广泛,系统种类繁杂,这是由其研究对象、研究目标和应用需求决定的。从不同角度出发,可对VR系统做出不同分类。根据沉浸式体验角度分类,沉浸式体验分为非交互式体验、人-虚拟环境交互式体验、群体-虚拟环境交互式体验等几类。
该角度强调用户与设备的交互体验,相比之下,非交互式体验中的用户更为被动,所体验内容均为提前规划好的,即便允许用户在一定程度上引导场景数据的调度,也仍没有实质性的交互行为,如场景漫游等,用户几乎全程无事可做;而在人-虚拟环境交互式体验系统中,用户则可用诸如数据手套,数字手术刀等设备与虚拟环境进行交互,如驾驶战斗机模拟器等,此时用户可感知虚拟环境的变化,进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受。
根据系统功能角度分类,系统功能分为规划设计、展示娱乐、训练演练等几类。规划设计系统可用于新设施的实验验证,可大幅缩短研发时长,降低设计成本,提高设计效率,在城市排水、社区规划等领域均可使用,如VR模拟给排水系统,可大幅减少原本需用于实验验证的经费;适用于娱乐类系统,给用户提供逼真的观赏体验,如数字博物馆,大型3D交互式游戏,影视制作等,如VR技术早在70年代便被Disney用于拍摄特效电影。
虚拟现实的技术应用:在制造业,在工程规划方面,可以对生产进行模拟布局,减少投入成本。在工程装配阶段,虚拟装配可以帮助工程师在不需要实际原型的情况下进行产品可视化,从而对产品的设计做出决策。在员工培训方面,VR技术能够提供虚拟培训空间,消除地理因素。
在教育方面,传统的教育只是一味的给学生灌输知识,利用虚拟现实技术可以帮助学生打造生动、逼真的学习环境,使学生通过真实感受来增强记忆,相比于被动性学习,利用虚拟现实技术来进行自主学习更容易让学生接受,激发学生的学习兴趣。
在医疗方面,医学专家们利用计算机,在虚拟空间中模拟出人体组织和器官,让学生在其中进行模拟操作,并且能让学生感受到手术刀切入人体肌肉组织、触碰到骨头的感觉,使学生能够更快的掌握手术要领。而且,主刀医生们在手术前,也可以建立一个病人身体的虚拟模型,在虚拟空间中先进行一次手术预演,这样能够大大提高手术的成功率,让更多的病人得以痊愈。
在军事方面,由于虚拟现实的立体感和真实感,在军事方面,人们将地图上的山川地貌、海洋湖泊等数据通过计算机进行编写,利用虚拟现实技术,能将原本平面的地图变成一幅三维立体的地形图,再通过全息技术将其投影出来,这更有助于进行军事演习等训练。
在电子商务方面,采用VR技术进行产品的虚拟化展示可以兼具网购与实体店购物两者的特色优势,由此也创造出一种极富竞争力的新兴购物模式:一、随时随地遍历海量商品库资源,具备网购的便携特性;二、可以虚拟化试穿和体验商品的效果,具备实体店购物准确挑选、所见即所得的准确特性;三、通过平台实现虚拟化社交,具有社交属性。在娱乐方面,人们通过VR设备投射出的巨大虚拟屏幕看电影,就好像在自己的个人影院里。
在图像和声音效果的包围中,会觉得自己身临其境。同时,随着虚拟现实技术的不断创新,此技术在游戏领域也得到了快速发展。虚拟现实技术是利用电脑产生的三维虚拟空间,而三维游戏刚好是建立在此技术之上的,三维游戏几乎包含了虚拟现实的全部技术,使得游戏在保持实时性和交互性的同时,也大幅提升了游戏的真实感。
GCT高引学者库的虚拟现实学者库收录了100位在虚拟现实领域近十年有影响力的学者。
在这100位学者中,男性89位,女性11位。在H指数方面,有29位学者H指数40+,在论文数量上有66位学者的论文数超过100篇。在学者任职机构上,排在第一的是美国的南加州大学,第二和第三分别是南澳大利亚大学和斯坦福大学。该库学者的统计信息如下:虚拟现实学者库链接:https://gct.aminer.cn/eb/gallery/detail/eb/5d54d54b7390bff0dbca8c7f
在虚拟现实学者库中,根据H指数排名第一的学者是来自卡内基梅隆大学的金出武雄教授,不仅如此,他还是该学者库论文被引用次数最多的学者,共发表857篇论文,被引用总数达到107793次,单篇引用最高的是1981年发表在IJCAI会议上的《An iterative image registration technique with an application to stereo vision》,被引用13453次。
金出武雄于1974年获得东京大学电子工程博士学位,之后留校担任助理教授。1980年赴美担任卡耐基·梅隆大学机器人研究所高级研究员,在该研究所担任过准教授、教授,并于1992年到2001年期间升任所长。2006年成立生活质量工程研究中心并担任中心主任。2001年在日本成立产业技术综合研究所数字人类研究中心,并在2001年到2009年间兼任中心主任,现在是该研究所的特别研究员。
金出武雄是全美工学学会会员,曾获富兰克林鲍尔基金会奖、C&C奖、大川奖、立石特别奖、IEEE机器人工学先锋奖等。金出武雄的研究兴趣涉及计算机视觉,视觉和多媒体技术以及机器人技术。他目前的项目包括计算机视觉(运动、立体和目标识别)、面部表情识别、虚拟现实、基于内容的视频和图像检索、基于VLSI的计算传感器、医疗机器人和自主直升机的基础研究和系统开发。
在学术活跃度方面,排在第一的学者是慕尼黑工业大学的Nassir Navab教授,此外,Nassir Navab还是该学者库发表论文最多的学者,共发表论文998篇,单篇被引用最多的是2016年发表的《V-Net: Fully Convolutional Neural Networks for Volumetric Medical Image Segmentation》,被引用844次。
Navab教授专注于医学和增强现实中的计算机应用。重点是开发有助于提高医疗干预质量的技术。在学习了数学和物理以及计算机工程和系统控制之后,Navab教授完成了他的博士学位,随后在美国剑桥的麻省理工学院媒体实验室进行了两年的博士后研究。在2003年TUM任命之前,Navab教授是普林斯顿西门子企业研究(SCR)技术人员的杰出成员。2006年,Navab教授被任命为MICCAI协会的董事会成员。
他是医学计算机应用领域领先会议的组织者,也是IEEE TMI,Media和Medical Physics等许多国际期刊的编辑委员会的组织者,他是数百种科学出版物和60多项国际专利的作者。