分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

虛擬實境科技-《知識大圖解》

627px-Orlovsky_and_Oculus_Rift

Source: wikipedia

當今3D電影已在各地電影院風靡,但你能想像鋼鐵人不只能從螢幕向你飛出,更能真正置身實境嗎?你是否想過待在沙發上便能出遊、從事危險的運動卻毫無受傷風險?這些都是50年代虛擬實境技術剛起步時的願景,如今隨著智慧居家科技逐漸普遍,這些願景即將實現。虛擬實境不像3D技術那般只能在平面螢幕上呈現景深效果;它可以讓你全方位360度置身於畫面環境中,並讓你的感知認定其為真實的環境。

人類眼睛所見、手指所觸,都是經過大腦感知詮釋的電子脈衝。基本上,虛擬實境技術的運作方式,是愚弄你的感知,使大腦相信你體驗到的是真正世界的畫面,但其實一切都是電腦製造出來的。早期的虛擬世界是以虛擬實境模組語言(VRML)所程式化創造出來的。後來VRML被使用XML格式的X3D取代。X3D這種建模語言可與3D繪圖應用程式(包括Blender)結合使用,後者則提供各種3D繪圖功能,可整合進虛擬實境的環境。其實有各種方式可創造出能以瀏覽器觀看的虛擬實境世界,而透過電腦遊戲是最能展現虛擬實境技術進展的方式。

虛擬實境除了電腦遊戲以外也有許多其他應用。美軍就採用了「近距離作戰策略訓練器」,該訓練器利用虛擬實境來訓練士兵與敵軍作戰,很像電玩遊戲《決勝時刻》(Call of Duty)與《星艦迷航記》(Star Trek)中全像甲板的綜合體。

虛擬實境與擴增實境(或3D效果)最大的差別是讓人能有身歷其境的感覺。虛擬實境也用於進階手術訓練,並被美國太空總署所採用。而且多虧了一些虛擬實境系統,如頭戴式顯示器以及虛擬實境眼鏡(本期雜誌也將深入探討),虛擬實境技術將展開一場復興運動。虛擬實境若要做到讓人信服,必須讓使用者不只覺得自己完全置身在該環境中,更要能與環境進行互動。這個可以互動的特質即所謂「遙現」(telepresence),正是虛擬實境與其他虛擬世界系統或3D電影技術的最大不同之處。此外,虛擬實境的環境要讓人信以為真,就必須能即時與使用者互動。

想想看你是如何與真實世界互動的。你可以觸摸、拾起物品,感覺其觸感;當你開門或撿起遙控器時,你就能影響這些物體。這些與物體互動的特徵稱為「力回饋」。假設你是個遊戲玩家,力回饋的一個好例子,就是在你中彈的時候,搖桿和身上的護具都會即時發出振動,這些總稱為觸覺系統,是建構仿真虛擬環境的基本要素,用以迷惑你的大腦。

65

請點擊以觀看大圖。

虛擬實境系統往往以更先進的操作系統控制,譬如虛擬實境手套。早期的嘗試包括了任天堂的威力手套,而如今的虛擬實境系統多用Razer Hydra這類平台來控制,後者廣泛用於頭戴顯示器Oculus Rift。Razer Hydra靠著一個可發射微弱磁場的機台運作,它利用強化線路、數位訊號處理器和定位演算法,將控制器收集到的數據轉為位置和方向資訊,這些資訊接著再被用作電腦繪圖環境的控制元素。

虛擬實境結合了數種技術,為使用者創造出令人信以為真的虛擬世界。其中頭戴顯示器是最重要的配件,它利用了所謂立體觀測的技術,讓我們的兩隻眼睛看到些微不同的影像。Oculus Rift含有顏色深度24位元的單一LCD螢幕,內裝1000赫茲的鄰接現實追蹤器,可以減少畫面遲滯的現象,使得頭戴顯示器移動時,能有更真實的成像品質;此外,每隻眼睛前方的鏡片更會提供了景深資訊,因此能呈現圍繞穿戴者視線中的完整景象,頭戴顯示器內亦含追蹤軟體,讓使用者移動頭部,虛擬世界也會隨之移動。

內建的三軸陀螺儀、磁力計以及加速器都有助於精確追蹤使用者頭部的運動,讓使用者對環境的感受更真實。這三項技術決定穿戴者在四處移動時透過頭戴顯示器所看到的影像,當使用者一動,所見到的畫面隨之改變,虛擬實境就是利用這種感知模擬來欺騙大腦,讓你的大腦以為身處真實環境。

動作也是虛擬實境能夠讓人信以為真的重要因素。Virtuix公司推出的Omni跑步機是虛擬實境頭戴顯示器和操作器的完美附加裝置,使用者必須穿著一雙特製的鞋子來使用Omni跑步機。當鞋子接觸到Omni具有紋道、摩擦力低的表面時,跑步機裡的平台會隨之移動,模仿出在平地行走的狀態;使用者甚至可以奔跑或跳躍,相對位置資訊會即時傳回電腦,即時產生頭戴顯示器中的畫面。使用者在沒有支撐的情況下行走時,就會看到自己在虛擬空間中的移動狀況。

當然,那只是電腦繪圖合成的環境。虛擬實境系統究竟如何讓你的大腦放下懷疑,將虛擬實境當作真實世界般回應呢?一個令人信以為真的虛擬環境必須擁有超高解析度的成像,頭戴顯示器中的畫面更新率也必須至少每秒顯示30影格數。要製造出一個仿真的虛擬世界,觸感、陰影和光線效果的組合也必須十分精確,缺一不可。此外,聲音必須具方向性,並且要能環繞使用者,如此才能讓使用者感受到如同真實世界般的聲音效果。

虛擬實境界的新產品還有蘋果公司將推出的新Mac Pro,配載了擁有12顆運算核心的英特爾Xeon E5 Ivy Bridge處理器。英特爾公司宣稱這個最新型的晶片能讓目前Xeon的中央處理器提高一倍效能。

Oculus Rift則是最新型的頭戴顯示器,其目的在讓每個人都能體驗虛擬實境。過去虛擬實境系統的價格高昂,讓消費者卻步,只有像美國太空總署和軍方單位才有足夠的資金購買。Oculus Rift可能預告了虛擬實境新紀元的到來,我們將經歷全新的互動與沉浸式體驗。這些虛擬實境技術顯然會應用在電玩遊戲上,但也許也會被應用於行動裝置上。想像你打開iPad並透過頭戴顯示器得到全新的沉浸式體驗。

倘若你一直認為《星艦迷航記》的全像甲板可以提供最終極的虛擬生活,那麼即將問世的虛擬實境技術也許可以讓你在自家中體驗使用全像甲板的感覺。

 

 

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第10期(2015年7月號)

更多精彩內容請上知識大圖解

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

本月的泛科選書 《不腦殘科學2》是泛科學作者編輯團隊嘔心瀝血的超級鉅獻!不只能滿足大人與小孩的好奇心,更將拓展你的視野,帶領大家發現一個嶄新的世界!

泛科限時優惠79折(含運),現在就帶一本回家

關於作者

知識大圖解

How It Works擅長將複雜的知識轉化為活潑有趣的圖解知識,編輯方式以圖像化百科呈現,精簡易懂、精采動人、深入淺出的圖文編排,讓各年齡層的讀者們都能輕鬆閱讀。