一、美國(guó)的研究狀況

 
虛擬現(xiàn)實(shí)研究

美國(guó)是VR技術(shù)的發(fā)源地。美國(guó)VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國(guó)際VR發(fā)展的水平。目前美國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。

美國(guó)宇航局 （NASA）的Ames實(shí)驗(yàn)室完善了HMD；并將VPL的數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品。NASA研究的重點(diǎn)放在對(duì)空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真上，大多數(shù)研究是在NASA的約翰遜空間中心完成的。他們大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。NASA完成的一項(xiàng)著名的工作是對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。NASA的Ames現(xiàn)在正致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗(yàn)計(jì)劃，這一項(xiàng)目能使“虛擬探索者”（Virtual Explorer）利用虛擬環(huán)境來考察遙遠(yuǎn)的行星，他們的第一個(gè)目標(biāo)是火星。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的VR教育系統(tǒng)。

北卡羅來納大學(xué) （UNC）的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行VR研究最早最著名的大學(xué)。他們主要研究：分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。在顯示技術(shù)上，UNC開發(fā)了一個(gè)幫助用戶在復(fù)雜視景中建立實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的并行處理系統(tǒng)，叫做像素飛機(jī)（Pixel planes）。

Loma Linda大學(xué)醫(yī)學(xué)中心是一所經(jīng)常從事高難度或者有爭(zhēng)議課題的醫(yī)學(xué)研究單位。DAVID Warner博士和他的研究小組成功地將計(jì)算機(jī)圖形及VR的設(shè)備用于探討與神經(jīng)疾病相關(guān)的問題。他們以數(shù)據(jù)手套為工具，將手的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)地在計(jì)算機(jī)上用圖形表示出來；他們還成功地將VR技術(shù)應(yīng)用于受虐待兒童的心理康復(fù)之中，并首創(chuàng)了VR兒科治療法。

麻省理工學(xué)院（MIT）是一個(gè)一直走在最新技術(shù)前沿的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。MIT原先就是研究人工智能、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及動(dòng)畫的先鋒，這些技術(shù)都是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，1985年MIT成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。這個(gè)媒體實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)名叫BOLIO的測(cè)試環(huán)境，用于進(jìn)行不同圖形仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。利用這一環(huán)境，MIT建立了一個(gè)虛擬環(huán)境下的對(duì)象運(yùn)動(dòng)跟蹤動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外，MIT還在進(jìn)行“路徑計(jì)劃”與“運(yùn)動(dòng)計(jì)劃”等研究。

SRI研究中心建立了“視覺感知計(jì)劃”，研究現(xiàn)有VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。1991年后，SRI進(jìn)行了利用VR技術(shù)對(duì)軍用飛機(jī)或車輛駕駛的訓(xùn)練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。另外，SRI還利用遙控技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)仿真的研究。

華盛頓大學(xué)華盛頓技術(shù)中心的人機(jī)界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（HIT Lab）在新概念的研究中起著領(lǐng)先作用，同時(shí)也在進(jìn)行感覺、知覺、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)控制能力的研究。HIT將VR研究引入了教育、設(shè)計(jì)、娛樂和制造領(lǐng)域。例如，波音公司的V22運(yùn)輸機(jī)就是先在實(shí)驗(yàn)室中造出虛擬機(jī)后再投入生產(chǎn)的。

Dave sims 等人研制出虛擬現(xiàn)實(shí)撤退模型來觀看系統(tǒng)如何運(yùn)作。此系統(tǒng)先假設(shè)在倫敦地鐵中突然發(fā)生火災(zāi)，一些人向出口跑去，母親們努力聚攏孩子們，而一些人卻在詢問起火的原因。在出口處，人群擁擠在門口，使勁地向前擠，但卻不能前進(jìn)一步。這時(shí)單擊鼠標(biāo)左鍵，加寬門口拉走門柱，許多人能迅速通過。人們得出結(jié)論：在突發(fā)事件中，保持平靜和快速是非常重要的。現(xiàn)在在維加斯的虛擬購(gòu)物商場(chǎng)中，每一個(gè)字符都指定為一個(gè)隨意的數(shù)字發(fā)生器，當(dāng)突然發(fā)生火災(zāi)時(shí)，發(fā)生器立即指示一個(gè)熟悉的出口，并且省去人們聚集家人或詢問出口的麻煩。

SOFTIMAGE公司的專家們提出了滲透將有助于擴(kuò)大虛擬現(xiàn)實(shí)的美學(xué)感，這是VR未來的一個(gè)發(fā)展方向。

伊利諾斯州立大學(xué)研制出在車輛設(shè)計(jì)中，支持遠(yuǎn)程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)，不同國(guó)家、不同地區(qū)的工程師們可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)協(xié)作進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)車輛的過程中，各種部件都可以共享一個(gè)虛擬環(huán)境，并且可以查看對(duì)方任何一個(gè)位置的視頻傳遞和相應(yīng)的定位方向。在系統(tǒng)中采用了虛擬原型，從而減少了設(shè)計(jì)圖像和新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，這樣，產(chǎn)品在生產(chǎn)之前就可以估算和測(cè)試，并且大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

喬治梅森大學(xué)研制出一套在動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。在一個(gè)分布交互式仿真系統(tǒng)中仿真真實(shí)世界復(fù)雜流體的物理特性，包括仿真正在穿過水面行駛的船、仿真攪拌液體、仿真混合不同顏色的液體、仿真混合不能溶解的油和水、仿真下雨和流動(dòng)的地形以及仿真流體的相互影響等特性。但該系統(tǒng)有一些缺陷，例如：當(dāng)船行進(jìn)時(shí)不能顯示出水的不同波浪曲線；不能用于任何精確的工程用途等。

二、日本的研究狀況

在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國(guó)家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實(shí)硬件是從美國(guó)進(jìn)口的。

東京技術(shù)學(xué)院精密和智能實(shí)驗(yàn)室研究了一個(gè)用于建立三維模型的人性化界面，稱為SPINAR（Space Interface Device for Artificial Reality）的系統(tǒng)。

NEC公司計(jì)算機(jī)和通信分部中的系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它能讓操作者都使用"代用手"去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過VPL公司的數(shù)據(jù)手套把對(duì)模型的處理與操作者手的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。

京都的先進(jìn)電子通信研究所（ATR）系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)者們正在開發(fā)一套系統(tǒng)，它能用圖像處理來識(shí)別手勢(shì)和面部表情，并把它們作為系統(tǒng)輸入。該系統(tǒng)將提供一個(gè)更加自然的接口，而不需要操作者帶上任何特殊的設(shè)備。

日本國(guó)際工業(yè)和商業(yè)部的工業(yè)科學(xué)和技術(shù)代辦處經(jīng)營(yíng)的產(chǎn)品科學(xué)研究院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置。他們把這種裝置應(yīng)用于一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的“游戲棒”中。

東京大學(xué)的高級(jí)科學(xué)研究中心將他們的研究重點(diǎn)放在遠(yuǎn)程控制方面，最近的研究項(xiàng)目是主從系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使用戶控制遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)和一個(gè)模擬人手的隨動(dòng)機(jī)械人手臂。

東京大學(xué)的原島研究室開展了3項(xiàng)研究：人類面都表情特征的提取、三維結(jié)構(gòu)的判定和三維形狀的表示、動(dòng)態(tài)圖像的提取。

東京大學(xué)的廣瀨研究室重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化問題。為了克服當(dāng)前顯示和交互作用技術(shù)的局限性，他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)。現(xiàn)在他們已經(jīng)有了4項(xiàng)成果：一個(gè)類似CAVE的系統(tǒng)、用HIMD在建筑群中漫游、人體測(cè)量和模型隨動(dòng)、飛行仿真器。

筑波大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院研究了一些力反饋顯示方法。他們開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器：開發(fā)了虛擬行走原型系統(tǒng)，步行者只要腳上穿上全方向的滑動(dòng)裝置，他就能交替邁動(dòng)左腳和右腳。

富士通實(shí)驗(yàn)室有限公司正在研究的一個(gè)項(xiàng)目是虛擬生物與VR環(huán)境的相互作用。他們還在研究虛擬現(xiàn)實(shí)中的手勢(shì)識(shí)別，已經(jīng)開發(fā)了一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識(shí)別姿勢(shì)，也可以識(shí)別表示詞的信號(hào)語言。

三、英國(guó)的研究與開發(fā)

在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備 （包括觸覺反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國(guó)是領(lǐng)先的。到1991年底，英國(guó)已有從事VR的六個(gè)主要中心，它們是WIndustries（工業(yè)集團(tuán)公司），British Aerospace（英國(guó)航空公司），Dimension International，DiVision Ltd,Advanced Robotics ReseARCh Center和Virtual Presence Ltd（主要從事VR職產(chǎn)品銷售）。

WIndustries位于Leicester ，是國(guó)際VR界的著名開發(fā)機(jī)構(gòu)，正在開發(fā)一系列VR產(chǎn)品,主要是娛樂業(yè)方面的。盡管用于其產(chǎn)品的基本技術(shù)與其他研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)類似，但該公司和它的投資者們已經(jīng)在技術(shù)的包裝和市場(chǎng)化上投入了大量資金 （1992年投資超過 1100萬美元），以確保能在早期的VR市場(chǎng)上賺錢，它的許多產(chǎn)品已進(jìn)入商店和模擬游戲中心，有的還用于廣告制作。該公司新近推出了虛擬100CS產(chǎn)品，這是一種通過聯(lián)網(wǎng)可供多人參與的憑真功夫打斗的虛擬游戲系統(tǒng)，并且己經(jīng)在諾丁漢的娛樂場(chǎng)所 （LBE-location based entertainment）聯(lián)接了四個(gè)這樣的結(jié)點(diǎn)，LBE概念得到WIndustries公司的全面支持，該公司出版了一本介紹"如何開始你自己的VR商店"的小冊(cè)子。這本小冊(cè)子用樣品現(xiàn)金流圖給出了詳細(xì)賬目，以指導(dǎo)那些熱心的未來經(jīng)理和投資者，這本小冊(cè)子甚至建議為感興趣的公司提供地方法人。個(gè)人俱樂部和公共場(chǎng)所還可以向公司租用WIndustries的系統(tǒng) 價(jià)格是每晚2000--3000英磅。WIndustries一直試圖擴(kuò)展其產(chǎn)品的范圍和結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)入工業(yè)設(shè)計(jì)和可視化等重要應(yīng)用領(lǐng)域，并且正在計(jì)劃推出新型輕量顯示頭盔和功能強(qiáng)大的圖形引擎 （graphics engine）。

British Aerospace（BAe）的許多區(qū)縣參與了VR，其中最有成效的是Brough分部的工作。在Roy kalawsky教授領(lǐng)導(dǎo)下，Brough分部正在利用VR技術(shù)設(shè)計(jì)高級(jí)戰(zhàn)斗機(jī)座艙，BAe開發(fā)的大項(xiàng)目VECTA（virtual environment configurable training aid）是一個(gè)高級(jí)測(cè)試平臺(tái)，用于研究VR技術(shù)以及考察用VR替代傳統(tǒng)模擬器方法的潛力。VECTA的子項(xiàng)目RAVE （real and virtual environment）就是專門為在座艙內(nèi)訓(xùn)練飛行員而研制的，已在1992年的Farnborough航空展示會(huì)上進(jìn)行了首次演示。Roy Kalowsky教授是英國(guó)從事VR的第一位教授，是Hull大學(xué)的客座教授，他也是英國(guó)主張?jiān)赩R應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)人性因素重要性的學(xué)者之一。

Dimension International位于英國(guó)南部的Aldermason，是桌面VR 的先驅(qū)。盡管桌面VR是非沉浸式的（non-immersive,即不使用頭盔式顯示器），但是與那些可視效果和動(dòng)態(tài)質(zhì)量差的沉浸式 （Immersive）系統(tǒng)相比，許多學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的用戶更喜歡該公司基于PC486系統(tǒng)提供的優(yōu)質(zhì)圖像和實(shí)時(shí)交互特性。該公司已生產(chǎn)了一系列商業(yè)VR軟件包，都命名為Superscape。最初推出一個(gè)基本的VR工具庫，然后擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)功能、編寫應(yīng)用程序的界面等，最后發(fā)展成為完全專業(yè)性的Superscape系統(tǒng)，其圖形輸出是通過SPEA圖形卡和高分辨率顯示器。該系統(tǒng)的主要輸入設(shè)備是一個(gè)空間球 （spaceball）控制器和一個(gè)普通鼠標(biāo)。Superscape軟件包的前端主要由圖形編輯器、世界編輯器和可視化模塊三個(gè)環(huán)境組成。圖形編輯器用于創(chuàng)建三維物體，預(yù)定義圖形放置在世界編輯器的世界坐標(biāo)系中，可視化程序允許用戶在虛擬世界中移動(dòng)并與之交互，通過空間球和鼠標(biāo)發(fā)布命令。Dimension還與電視公司合作開發(fā)cyberzone（宣稱是世界上第一個(gè)VR電視游戲節(jié)目）。雖然這種游戲是非沉浸式的，但它是交互式的。相互競(jìng)爭(zhēng)的兩個(gè)隊(duì)員坐在一個(gè)分隔開的封閉艙中驅(qū)使虛擬探險(xiǎn)者（虛擬世界中的隊(duì)員）在同一虛擬世界中移動(dòng)，設(shè)法破壞其虛擬對(duì)手的進(jìn)展。兩個(gè)隊(duì)員都在搜尋，當(dāng)一個(gè)隊(duì)員與虛擬世界中圖像交互時(shí)，在電視屏幕上投影一個(gè)3*4矩陣，從而擋住另一隊(duì)員的視域，這時(shí)探險(xiǎn)者在場(chǎng)，另一隊(duì)員通過地圖顯示或別的虛擬表示指示其虛擬探險(xiǎn)者。由于通過能感知步態(tài)的壓力板來獲得用戶的狀態(tài)，所以允許用戶在現(xiàn)場(chǎng)走動(dòng)或跑動(dòng)。繼1991年制作了飛行員對(duì)陣系統(tǒng)之后，1992年10月又開始在曼徹斯特的Granada電視演播室制作一幕更精彩的Cyber zone電影，并于1993年1月4日下午在英國(guó)電視三臺(tái)首次上映，是以足球名將John Fashanu（溫布爾頓隊(duì)）和John Barnes（利物浦隊(duì)）之間的對(duì)陣為特色的。

第一個(gè)廣泛宣傳的教育VR工程將在Newcastle-Upon-Type的WestDenton中學(xué)建立，以Dimension International的技術(shù)為基礎(chǔ)，初步?jīng)Q定使用Dimension的VR軟件包。該校正在探索用VR進(jìn)行外語教學(xué)和工業(yè)安全培訓(xùn)的方法。近期在教育和學(xué)術(shù)方面的進(jìn)展還有諾丁漢大學(xué)的VlRART（Virtual Reality Application ReseARCh Team）項(xiàng)目，其目標(biāo)在于探索桌面VR可用的輸入設(shè)備。將特別考察這些輸入設(shè)備的應(yīng)用，了解現(xiàn)有交互設(shè)備新的可能應(yīng)用，以及有關(guān)的人類工程因素和技術(shù)限制。例如VIRART的目標(biāo)之一是改進(jìn)現(xiàn)有VR手套和服裝系統(tǒng)，以便能用于Dimension的VR，然后用它控制和操縱虛擬環(huán)境中現(xiàn)有的人模型（man-model），讓它在虛擬原型設(shè)計(jì)中模擬人的運(yùn)動(dòng)或者通過自然手勢(shì)來操縱虛擬環(huán)境。另一目標(biāo)是開發(fā)一種造價(jià)不高但能記錄所有手關(guān)節(jié)角度的新型手套系統(tǒng)，以使桌面VR系統(tǒng)中的人模型能夠逼真地模擬手指和手掌的運(yùn)動(dòng)。VIRART小組正在和學(xué)校緊密合作，把桌面VR技術(shù)用于教育學(xué)習(xí)有困難和身體嚴(yán)重殘疾的孩子。

Division Ltd創(chuàng)建于1989年，位于布里斯托爾。該公司在開發(fā)Vision、ProVision和Supervision系統(tǒng)/模塊化高速圖形引擎中，率先使用了Transputer和i860技術(shù)，從而避免了早期方法在生成、交互模擬世界時(shí)所產(chǎn)生的處理 “瓶頸”。該公司的軟件是按客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)的，軟件作為一個(gè)單一服務(wù)器進(jìn)程。客戶進(jìn)程各自管理VR模擬中自己的具體對(duì)象，每個(gè)客戶裝載和維護(hù)自己的對(duì)象。當(dāng)一個(gè)客戶決定交互時(shí)，它發(fā)送包括交互類型和具體交互類型信息的報(bào)文（message）給服務(wù)器，然后服務(wù)器重新將這些交互分配給對(duì)這種交互感興趣的其他客戶。近來Division在與IBM合作，為RISC系統(tǒng)6000工作站開發(fā)VR操作系統(tǒng)/UniVRS，并將其操作系統(tǒng)移植到SG硬件上。Division正在考慮利用其豐富的并行處理資源，將VR用于模擬分子模型化和遙現(xiàn)（telepresence）項(xiàng)目中。目前Division公司正在用DiVision的硬件創(chuàng)造建筑物和房屋，以使人們能夠從中體驗(yàn)和修改各種內(nèi)景。建筑物的外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)造都是動(dòng)態(tài)可適應(yīng)的，尤其是燈具的選擇、布景、亮度、其他光源的定位和規(guī)格。燈光模擬的基礎(chǔ)是 “平行自適應(yīng)光照”parallel adaptive radiosity），這一創(chuàng)新技術(shù)在描繪燈光效果時(shí)大大提高了景物的真實(shí)性。

UK Advanced Robotics ReseARCh Center在英國(guó)貿(mào)易工業(yè)部支持下，于1987年成立了高級(jí)機(jī)器人研究有限公司（ARRL）。該公司的核心計(jì)劃包含三個(gè)基本發(fā)展層次：第一階段搞一個(gè)基本的系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)，作為協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)劃的框架；第二階段開展一系列一般性研究（GR）項(xiàng)目，解決有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題；第三階段設(shè)立一組研究演示系統(tǒng)（RD）項(xiàng)目，為證實(shí)部分功能體系結(jié)構(gòu)提供可行性分析。在廣為宣傳的人機(jī)界面項(xiàng)目（虛擬現(xiàn)實(shí)與遙現(xiàn)項(xiàng)目， 也稱GR6項(xiàng)目）之下集成了下列三個(gè)RD子項(xiàng)目：

• RD8：應(yīng)用激光測(cè)距的三維景象生成系統(tǒng)
• RD1：遠(yuǎn)程世界的計(jì)算機(jī)模擬（以激光測(cè)距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)）
• RD7：運(yùn)行和操縱機(jī)器人的遙操作及其遙現(xiàn)場(chǎng)

  因此，GR6項(xiàng)目的主題是在設(shè)計(jì)高級(jí)機(jī)器人的控制和顯示系統(tǒng)時(shí)，利用人類操作員的自然能力和缺陷方面的知識(shí)，這與以前的做法截然不同。在以前的遙操作設(shè)備設(shè)計(jì)中，受長(zhǎng)期使用非直覺和笨拙設(shè)備的影響，其人--系統(tǒng)界面使得操作員努力控制遠(yuǎn)程設(shè)備，甚至以低效和不安全方式操作。GR6項(xiàng)目，也稱虛擬環(huán)境遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（VERDEX）項(xiàng)目，其最初目標(biāo)是為使用運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的遙現(xiàn)（遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)）研究開發(fā)一種交互式的頭控視聽顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在遙現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模擬中把立體電視畫面和熟悉的控制設(shè)備的圖形表達(dá)一起顯示出來。與控制設(shè)備的交互是通過虛擬手表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，然后手表達(dá)控制儀器手套（VPL dataGlove）的手指彎曲和手跟蹤傳感器。

  在構(gòu)造測(cè)試平臺(tái)的最初一年半中，隨著工作的進(jìn)展出現(xiàn)了一些概念問題和實(shí)際問題。首先是商用頭盔顯示技術(shù)的局限，尤其是目前的顯示器低劣的清晰度和對(duì)比度；其次是儀器手套的可靠性和校準(zhǔn)，問題在于使用這些儀器手套究竟該有多大的直覺和可靠性；再次是在驅(qū)動(dòng)VERDEX測(cè)試平臺(tái)的計(jì)算技術(shù)方面的限制（對(duì)世界模型尺寸的限制，原始圖像的質(zhì)量以及Division Vision系統(tǒng)很長(zhǎng)的圖像生成時(shí)間）。然而問題的焦點(diǎn)在于如果遙現(xiàn)的研究目標(biāo)是在MMI設(shè)計(jì)中利用人的技能的話，那么與虛擬控制臺(tái)的交互就不是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑。

  因此，該中心于1992年初重新制定了VR計(jì)劃的目標(biāo)。新目標(biāo)通過采用非可視（non-visual）傳感器的幾何圖形輸出，允許對(duì)遠(yuǎn)程環(huán)境進(jìn)行可視重構(gòu)。如果機(jī)器人配置在一個(gè)充滿灰塵、煙霧、水花、火焰、污水和黑暗的環(huán)境里，其電視畫面在2米外無法辨識(shí)，此時(shí)就要用到非可視傳感器（如RD8項(xiàng)目的激光掃描儀、超聲波和雷達(dá)）。由于最新的CAD或者經(jīng)過處理的距離圖像模型可以顯示環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)，所以使用ARRL的升級(jí)VR計(jì)算系統(tǒng)（Division的SuperVision原型系統(tǒng)），就可以為人類操作員展示立體虛擬圖像。這樣就能用人的自然技能考察這種虛擬世界，機(jī)器人最終也就會(huì)跟隨操作員行動(dòng)，并在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂米约旱谋镜嘏鲎脖苊鈧鞲衅鳌Ｒ坏┎僮鲉T距某任務(wù)足夠近，該任務(wù)需要的可視信息又比當(dāng)前VR系統(tǒng)所提供的還細(xì)，而且來自機(jī)器人身上的電視攝像機(jī)的任務(wù)距離合適,那么操作員就可以把開關(guān)扳到立體圖像模式（例如使用口語識(shí)別系統(tǒng)）來完成任務(wù)。在對(duì)項(xiàng)目GR6的重要性認(rèn)識(shí)還處于變化之中時(shí)，ARRL使用的RD8激光測(cè)距儀能在2秒鐘內(nèi)輸出現(xiàn)場(chǎng)物體的分段三維平面描述和立體描述，并于 1991年展示了把這些描述轉(zhuǎn)換成三維圖像的可行性，這些虛擬圖像適合在立體頭盔中顯示。此后，1992年又轉(zhuǎn)換成用于Division Super Vision VR引擎顯示的立體融合圖像。作為遙現(xiàn)場(chǎng)概念的一部分，也為了配合GR6項(xiàng)目近期任務(wù)的進(jìn)行，ARRL與Overview公司合作開發(fā)了一系列頭控立體攝像系統(tǒng)，達(dá)到了轉(zhuǎn)動(dòng)/傾斜 1800度/秒，適于安裝在該公司的Cybermotion K2A運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上為了應(yīng)用VR和遙現(xiàn)場(chǎng)，ARRL還與Airmuscle公司合作首先在手套和3D/6D鼠標(biāo)上使用了觸覺反饋。現(xiàn)在Airmuscle Teletact I、II手套以及Teletact Commander立體手技器已成為商品。

  在虛擬世界建筑方面，已經(jīng)構(gòu)作和展示了復(fù)雜的虛擬世界模型。其中結(jié)合機(jī)器人中心的模型與動(dòng)畫美洲豹機(jī)器人，就能在虛擬操作間用圖標(biāo)控制臺(tái)進(jìn)行遙操作，并演示 “教-重復(fù)”動(dòng)作。ARRL已經(jīng)開始專門研究將商業(yè)CAD系統(tǒng)的模型和動(dòng)態(tài)序列以及其他建模和仿真軟件包移植到支持虛擬可視化的高級(jí)平臺(tái)，以便人能進(jìn)行沉浸式和直覺交互。

  VR和機(jī)器人的結(jié)合是隨著ARRL在人性因素方面研究工作的進(jìn)展而發(fā)展的，該公司的RD7項(xiàng)目基本上證明了“使人沉浸于虛擬環(huán)境并給以交互自由的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制顯示外設(shè)，同樣可以用來有效控制真實(shí)的機(jī)器人設(shè)備”。RD7實(shí)質(zhì)上是一個(gè)系統(tǒng)集成演示器，它吸收了ARRL的一些關(guān)鍵技術(shù)成果。單從技術(shù)角度看RD7有兩方面的成就：一是開發(fā)了一種用于遙操作的新型高級(jí)機(jī)械手控制器（AMC）；二是為光學(xué)跟蹤（用于評(píng)估寫入開發(fā)了低價(jià)的電子線路板。盡管最初強(qiáng)調(diào)的是遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)中的遙現(xiàn)場(chǎng)，但RD7的主要技術(shù)和商業(yè)成果之一是開發(fā)了一套強(qiáng)健的通用機(jī)械手控制系統(tǒng)。在機(jī)器人遙現(xiàn)場(chǎng)方面的一個(gè)關(guān)鍵性人員因素是提供了這樣的控制系統(tǒng)：它使操作員擺脫笨拙、疲勞的姿勢(shì)。

  遙操作通常應(yīng)用于核工業(yè)和水下作業(yè)等危險(xiǎn)環(huán)境中的操作任務(wù)。現(xiàn)在主要以接合空間（joint space）控制系統(tǒng)，即操作員用輸入設(shè)備（其中典型的有操縱桿或主控手臂）來獨(dú)立指 定需要接合的位置。這種方法既降低了機(jī)械手的物理構(gòu)造局限的影響，也不受從笛卡爾坐標(biāo)到接合空間動(dòng)態(tài)變換所帶來的不良影響。然而這種控制方式使得遙操縱裂縫焊接之類的工作極其困難，需要對(duì)操作員進(jìn)行大量技能培訓(xùn)。我們需要的控制器是允許對(duì)來自輸入設(shè)備的終端效應(yīng)笛卡爾位置和方向進(jìn)行遙操作。不幸的是，與初衷不同，操作員不能開發(fā)出這樣的程序：既能通過在無奇異、無接合極限的路徑上運(yùn)動(dòng)來執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)又不超過機(jī)械手的動(dòng)態(tài)限制。當(dāng)在笛卡爾路徑時(shí)，笛卡爾遙操作控制器必須能夠按操作員實(shí)時(shí)指定的任何輸入，并且滯留在錯(cuò)誤狀態(tài)。也就是說，對(duì)完全非結(jié)構(gòu)化的輸入它必須是強(qiáng)健的。在為RD7項(xiàng)目開發(fā)強(qiáng)健的高級(jí)機(jī)械手控制器，以及基于Ascension Bird Tracker開發(fā)Teletact Commander立體輸入設(shè)備時(shí)，都提出了這種問題。

  在1992年8月RD7項(xiàng)目的總結(jié)階段，進(jìn)行了一系列非正式但卻是成功的遙操作/遙 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試了該計(jì)劃中提出的遠(yuǎn)程處理和遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)概念，并測(cè)試了在ARRL的人-系統(tǒng)界面實(shí)驗(yàn)室、運(yùn)動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室和美洲豹562機(jī)械手工作間之間接口的完整性。為了便于觀看，又進(jìn)一步建立了GR6的SuperVision VR計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和立體LCD投影顯示之間的視頻聯(lián)接。

  ARRL在VR方面的工作仍在繼續(xù)，除高級(jí)機(jī)器人和遙現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域外，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、CAD軟件包轉(zhuǎn)換、煙霧和爆炸的建模與可視化、VR多媒體集成系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)可視化以及納米技術(shù)（nanotechnology）。ARRL的VR小組打算充分利用大學(xué)（University of Salford）的學(xué)術(shù)力量進(jìn)行研究和開發(fā)，并正在制定新的課題和項(xiàng)目。這些項(xiàng)目涉及從測(cè)量到紡織品和時(shí)裝設(shè)計(jì)，從矯形術(shù)到信息技術(shù)，從電子和航空工程到納米技術(shù)，以及高級(jí)顯微學(xué)等領(lǐng)域。

  四、國(guó)內(nèi)研究狀況

  和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，制定了開展VR技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把VR列入了研究項(xiàng)目。 在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。

  北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接。

  浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了層面迭加的繪制技術(shù)和預(yù)消隱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺，同時(shí)還提供了方便的交互工具，使整個(gè)系抗的實(shí)時(shí)性和畫面的真實(shí)感都達(dá)到了較高的水平。另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

  哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已輕成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢(shì)和手勢(shì)動(dòng)作，話音和語調(diào)的向步等。

  清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感的方面進(jìn)行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動(dòng)、克服立體圖閃爍的措施和深度感實(shí)驗(yàn)等方面都具有不少獨(dú)特的方法。他們還針對(duì)室內(nèi)環(huán)境水平特征豐富的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對(duì)應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三堆結(jié)構(gòu)的新穎算法。

  西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)--立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究。他們?cè)诮梃b人類視覺特性的基礎(chǔ)上提出了一種基于JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方案，并獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度，并且己經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方案的優(yōu)越性。

  中國(guó)科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實(shí)中視覺接口技術(shù)，完成了虛擬現(xiàn)實(shí)中的體視圖象對(duì)算法回顯及軟件接口。他們?cè)谟布_發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化。

  北方工業(yè)大學(xué)CAD研究中心是我國(guó)最早開展計(jì)算機(jī)動(dòng)畫研究的單位之一，中國(guó)第一部完全用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)制作的科教片《相似》就出自該中心。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的研究已經(jīng)完成了2個(gè)“863”項(xiàng)目，完成了體視動(dòng)畫的自動(dòng)生成部分算法與合成軟件處理，完成了VR圖像處理與演示系統(tǒng)的多媒體平臺(tái)及相關(guān)的音頻資料庫，制作了一些相關(guān)的體視動(dòng)畫光盤。

  另外，西北工業(yè)大學(xué)CAD/CAM研究中心、上海交通大學(xué)圖像處理模式識(shí)別研究所，長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所、華東船舶工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)系、安徽大學(xué)電子工程與住處科學(xué)系等單位也進(jìn)行了一些研究工作和嘗試。