实境与虚境

摘要 本文简要介绍有关实境和虚境以及有关名词的概念,并推荐这些名词的译法。随着计算机图形学的发展及其日益广泛的应用,用计算机作图的方法可以产生各种景象,这些景象有别于人们观察到的客观世界,称之为虚境(virtuality)。与此对应,人们观察到的真实生活中的客观世界则为实境(reality)。通常,虚拟实境是由计算机产生的立体图形(stereographics)。将真实世界的景象按一定比例和虚拟实境结合,可以得到混合实境(mixed reality)。在实境和虚拟实境之间有一系列混合实境。实际上,在这两者之间是一个连续体,如下图所示。实境-虚拟实境连续体示意图在这里,我们首先介绍“实境-虚境连续体”概念。实境-虚境连续体包括所观察到的景象主要是真实景象或者主要是虚拟景象的各种情况。真实物体能够简单地用扫描、传送和再生图象的方法显示,如同普通电视显示那样,不需要显示系统“知道”关于物体的任何情况(这包括直接或通过某种光学媒介观察真实世界景象)。另一方面,产生图象的计算机显示系统,只有当具有所画物体模型时,才能产生虚拟图象。此物体模型可以是由计算机作图法“凭空”产生的,也可以是由客观物体的图象(照片)用计算机的某种算法抽象出来的。后者称为虚化(的)实境或实境虚化。与真实物体的图象相比,虚化实境的数据量小,便于存储和传输,而且便于处理,例如在场景中移动、旋转和缩放等等。如图所示,混合实境是指存在真实环境和虚拟实境某种程度组合的各类显示。其中,增扩实境(augmented reality)表示一类显示,其显示内容主要是真实环境,但加上一些计算机产生的图形以增强或增扩显示内容。即增扩实境(AR)一词专指此连续体的左半,例如,使用一个可看透的头戴显示器,就可以在观察者跟前的给定位置的空间中呈现一个计算机产生的任意图象。这种图象能够显示信息,或者能够用作为测量或控制环境的交互作用工具。与此相反增扩虚境(augmented virtuality)表示另一类显示,它是在虚拟实境中叠加一些起初世界的图象,即指此连续体的右半。这种叠加能够采用直接观察(DV)物体的形式,这时使用者可以看到自己的身体,而不是像虚拟实境中由计算机产生的模拟象那样。增扩虚境还能将拟实境和立体电视图象合并,例如可以从一个虚拟窗户向外看到远处的真实世界。增扩虚拟工具是增扩虚境一个的例子。它的研制是为了解决增扩虚境的一个主要限制,即缺乏接触感。在这种系统中,用真实物体安装在特殊传感器上,作为虚拟实境系统输入装置的具体部件。只要显示的形状和真实物体的形状匹配,并且感觉到的尺寸和位置大体正确,则真实物体和虚拟物体是一回事的幻觉就能一直保持。所有的混合实境系统都受其准确、完整显示的能力限制。感知的偏见能够影响实现的性能。将计算机产生的图形叠加在立体电视上的增扩实境有着广泛的用途。它可以用作为增强人和遥控机器人间的交互作用的工具,用于有危险的军事环境,例如战场、炸弹消除场、武器处理和有害物质管理,以及用于非军事环境,例如海床、火山内部和外层空间。使用增扩实境能够产生虚拟物体,并显示在已有的电视图象上。例如,使用计算机作图法产生某种能够仔细校准的虚拟指示器,并允许操作者在三维电视空间中调整此指示器的位置,用这种方法就能使操作者为遥控机器人指示精确的目的地,或指示它应遵循的路径。操作者还能够自由地移动此指示器,并用其和远方物体对准的办法以决定远方物体的位置。给一个虚拟指示器定位,比驱动一个遥控机器人简单得多。因为虚拟指示器能够用以确定远处的单个点,所以能够简单地把它推广到进行虚拟皮尺-测量,使操作者能测量远处物体的位置和尺寸。例如,虚拟皮尺-测量能够用于测量显微镜下的细胞中标志的大小和位置,或者测量远处两点间的距离。使用这样一个接口将大大降低操作者的工作负担。这种办法把人类和感知和理解能力与计算机的精确计算和作图能力结合起来,产生了一个具有更强功能的增扩实境系统。增扩实境的另一个例子是太空行走。所有的太空电视图象都遇到同样的阴影问题：因为太空中没有空气散射光线,阴影处是完全黑的。在阴影中的任何东西都完全看不见。然而,因为送入太空的每件物体的尺寸是清楚的,所以能够用它产生丢失的图象,在电视图象中的正确位置仔细画出来。又如,正常观察不到的物体,可以用其他的传感器检测到。在许多水下情况,正常观察只能看到很有限的距离。然而,使用雷达、声呐和红外摄象机能够感知用其他方法看不见的物体。若把来自这些传感器的信息送到增扩实境计算机,就能够在空间的正确位置上画出物体的正确形状,产生能够看到正常看不到的东西的效果。类似地,来自各种医学成象传感器的信息,例如CT扫描器,能够用于画出人体内部的图象。使用增扩实境技术能够把这种图象叠加在人体的真实电视图象上,并看到三维图象。只要有足够的作图和计算能力,就能够产生所想要的任何复杂度和真实感的虚拟物体动画。附：本文所用(并推荐)新名词对照表如下：reality 实境augmented reality 增扩实境mixed reality 混合实境virtuality 虚境augmented virtuality 增扩虚境virtual reality 虚拟实境     

实境与虚境

本文简要介绍有关实境和虚境以及有关名词的概念，并推荐这些名词的译法