數(shù)字地球——虛擬現(xiàn)實及其發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是近來計算機網(wǎng)絡(luò)世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

　　虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計算機進(jìn)入這個環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對象并與之交互。三維環(huán)境下的實時性和可交互性是其主要特征。

　　虛擬現(xiàn)實不是真的，也不是現(xiàn)實，它只是一個在桌面上可實時地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標(biāo)驅(qū)動用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實可使得運用計算機更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計者的構(gòu)想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時間內(nèi)與現(xiàn)實環(huán)境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺。

　　虛擬現(xiàn)實界面的數(shù)據(jù)交互工具是一項正在發(fā)展中的技術(shù)，它的目的是使信息系統(tǒng)盡可能地滿足人的需要，人機的交互更加人性化，用戶可以更直接地與數(shù)據(jù)交互。除了傳統(tǒng)的顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、游戲桿外，現(xiàn)在的儀器手套（Instrumented glove）、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）、立體偏振眼鏡，就是這類產(chǎn)品。立體視覺的產(chǎn)品還有頭盔式顯示器（HMD）、液晶快門眼鏡（Liquid Crystal shutter glasses）。據(jù)報道，處于實驗室研究階段的VR設(shè)備有沉浸式VR系統(tǒng)，加入了如HMD、多個大型投影式顯示器，甚至增加觸覺、力感和接觸反饋等交互式設(shè)備，更有人大膽預(yù)言會向全身數(shù)據(jù)服裝的方向發(fā)展。

　　虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計、計算機輔助設(shè)計（CAD）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。

　　Web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個用戶可以進(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個真正的三維社區(qū)已不再只是夢想中的事。

　　VRML是面向?qū)ο蟮囊环N語言，它類似Web超級鏈接所使用的HTML語言，也是一種基于文本的語言，并可以運行在多種平臺之上，只不過能夠更多地為虛擬現(xiàn)實環(huán)境服務(wù)。它提供對三維世界及其內(nèi)部基本對象的描述，如球體、平面、圓錐、圓柱、立方體等，并把他們同二維的頁面鏈接起來，是一種非常簡潔的高級語言。最新的VRML2.0版除了提供VRML 1.0版的基本功能外，最主要的特點是加入了行為功能和多用戶環(huán)境，使Web網(wǎng)上的三維世界動起來了。另外，它將支持動畫、交互性、與javascript和JAVA的集成及聲音。VRML的出現(xiàn)，是由于當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展的需要，它使得Web的頁面不再局限于二維空間。VRML增加動作、動畫模擬、傳感器和聲音后，網(wǎng)絡(luò)站點創(chuàng)作人員可以制作規(guī)模大、交互性強的三維應(yīng)用程序。

　　虛擬現(xiàn)實發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)�改變�(nèi)藗儗κ澜�、自己、空間和時間的看法。它是一項發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計算機及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數(shù)字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!

　　憧憬未來總是令人興奮，它會引發(fā)人們的美夢般的遐想。數(shù)字地球如夢想插上科學(xué)的翅膀，使我們感到并不是遙不可及，甚至其中的一部分雛形已經(jīng)應(yīng)用到我們的現(xiàn)實生活中。

　　“一個小孩去本地的博物館參觀數(shù)字地球展覽。在戴上顯示頭盔后，她看見地球從太空中出現(xiàn)，使用數(shù)據(jù)手套放大電子圖像；使用越來越高的分辨率，看見大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是住房、樹木和其他天然和人工的物質(zhì)。”

　　“利用聲音識別能力系統(tǒng)，她能夠請求得到關(guān)于陸地覆蓋、植物和動物的物種分布、實時天氣、道路、政治范圍以及人口的信息。她也能使她和其它學(xué)生收集的作為全球環(huán)境的一部分信息具體化。這些信息能被天衣無縫地溶入到數(shù)字地圖之中。通過使用數(shù)據(jù)手套單擊一個連接按鈕，她能夠獲得她所看見的許多事物的更多信息�！�

　　“她不受限制穿越空間和時間。在進(jìn)行虛擬地去巴黎參觀盧浮宮的場景旅游之后，她通過對時間的反向移動，學(xué)習(xí)法國的歷史……新聞短片、口述歷史、報紙等主要的原始資料。她向自己的電子郵件信箱發(fā)送一些有用的信息，以便今后學(xué)習(xí)。時間序列，從這里延伸到遙遠(yuǎn)的過去，能以天、年、世紀(jì)、甚至恐龍的時代�！�

　　上述是戈爾關(guān)于數(shù)字地球講演的一部分，向人們描繪了未來一位學(xué)生的生活片段，很美妙。由此讀者也可以發(fā)揮豐富的想象力，在我們的電腦前就可以實現(xiàn)與大西洋底的鯊魚嬉戲；參觀非洲大陸的天然動物園；感受古戰(zhàn)場的硝煙與刀光劍影，發(fā)幽古思今之情；中國人可以體驗開國大典的莊嚴(yán)和東方巨人站立起來的壯志豪情……