定義

  何謂虛擬實境?就字面上的意思而言,『虛擬』就是無 中生有;而『真實』就是現實的環境,所以『虛擬實境』就 是由電腦無中生有出一個現實的環境。簡單地說就是在電腦 上建構一個虛擬的世界,並藉由特殊的使用者界面讓人們進 入該虛擬世界中,使人們在電腦中就可以獲得相同的感受, 如同身處在真實世界一般。虛擬實境的實現使我們可以「不 出門而達到身歷其境」。的境界。

硬體配備

頭盔顯示器

頭盔顯示器 ﹝Head-mounted Display,HMD﹞是屬於 軌跡系統就是電腦的輸入設備之一。頭盔的架構包括:有 一個固定的頭套,頭套內含有兩個顯像裝置和聲音傳放裝 置,罩在頭上分別成為眼睛及耳朵的播放器,因此可以讓 使用者有身歷其境的感受。外部接有感應裝置,感應裝置 是用來接收感應器訊息的軌跡裝置,可以精密的計算使用 者的動作。並且透過音效阜與序列阜兩處和電腦系統相連 接,因此電腦可以精確的追蹤使用者的動向。



訊息手套

所謂的虛擬實境手套又稱訊息手套。此種硬體配備最 主要的是能追蹤使用者手部和手指的運動,進而將訊息轉 換成電腦碼傳送回去的一種虛擬實境硬體。手套是以萊卡 布配合光纖構成,在每各手指上皆附上兩條光纖,並在指 尖處連接一各發光二極體,另一端在手指肘背後則連接一 個光學識別晶體。由二極體發出光源訊號,透過光纖傳遞 給光學識別晶體,再由晶體將光波轉微成為電子訊號。由 於手套內部具有許多精密的感應器,所以價格方面並不低 廉。目前手套多半運用於工程設計方面的研究。



立體眼鏡

目前市面上所出售的虛擬實境眼鏡大約可以分成以下 三種:塑膠鏡片的眼鏡、液晶鏡片的有線眼鏡、以及液晶 無線眼鏡。 塑膠鏡片的眼鏡:

此種眼鏡是利用光線折射的原理去製造的,多半利用塑膠鏡框 搭配紅色與藍色的塑膠鏡片來製造完成,因此價格十分低廉。而 由於此種眼鏡不能讓我們的眼睛與螢幕之間傳遞任何同步訊號, 因此多半只能拿來觀看被動是的圖片或是動畫。

液晶鏡片的有線眼鏡

目前使用者用來觀看主動式的虛擬實境場景時─劇情會隨著使 用者的操作而有所反應的稱之,多半都是使用此種眼鏡。此種眼 鏡透過一條同步的傳輸線和電腦相連接,於螢幕輸出是以交叉輸 出左右眼,當螢幕顯示左眼的畫面就只有左眼可看到,右眼就只 能看到右眼的影像,如同我們眼睛真正的構造。

液晶無線眼鏡

此種液晶無線眼鏡和液晶有線眼鏡所不同的是,此種眼鏡和螢 幕間沒有一條同步的傳輸線,是一種專業的眼鏡,有很好的立體 呈現效果。



3 D滑鼠

此種硬體配備是屬於虛擬實境硬體中比較平價的配備 。他們主要的功能是改進傳統的2D輸入,將輸入方式改良 成為具有3D輸入的一種裝置。目前市面上的 3D 滑鼠大約 有:由搖桿所改良的三度空間板、空間球、三度空間鼠等 等。





套裝軟體

Virtus WalkThrough Pro

Virtus WalkThrough Pro 是一套很基本的虛擬實境軟 體,很適合初學者去使用。由於此套系統並不能支援虛擬 實境的一些硬體輸出、輸入裝置,例如:手套、頭盔、眼 鏡、甚至是 3D 加速卡等裝置,而且它也不能接受外來的 物件資料,一般而言,此程式的定位主要在於讓使用者能 夠設計出一套簡易的建築物遊歷程式或是僅僅只是為了體 驗一下虛擬實境的觀念,而不能用於建構高階的互動虛擬 實境物件。 Virtus WalkThrough Pro 是在 Windows 下所 執行的,在 Windows下可藉由選單以及滑鼠來設計自己的 虛擬世界,但是由於軟體本身的限制,以及本程式設計出 來的虛擬世界個體皆為靜態的個體,而且無法設計許多複 雜的不規則個體,所以無法深入的描述出虛擬實境的環境 ,至於在表面材質方面,新板的 Virtus WalkThrough Pro 提供了許多一些材質可供使用者應用。



Virtual Reality Studio

VR Reality Studio簡稱為VR Studio。和Superscape VRT 相比較起來,是一套屬於比較低階的虛擬實境產品,但是, 它仍然具有個體行為控制的能力。VR Studio 中提供行為控 制能力的是一套Freescape Control Language─簡稱FCL, 因此能提供使用者去建構出相當複雜的虛擬個體行為。



Sense8 WorldToolkit

Sense8 公司的 WorldToolKit 是一套高階的虛擬實境 軟體。它所提供的程式工具可用於 DOS 、 Windws 及各種 Unix 的機種之下, 如 DEC, HP, IBM, SGI 及 Sun 等 。此套軟體可以支援許多虛擬實境硬體配備, 同時具備許 多功能 。國防管理學院資管系即耗資約兩百餘萬新添購兩 套設備(含軟硬體),建構出戰車操作教學系統。



Superscape VRT

Superscape VRT 是由 Supercape 公司所研發的一套 專業級的虛擬實境軟體。這一套語言是一套具有和C語言類 似的程序式個體控制語言,它所強調的是─建立虛擬物件的 資料庫﹝虛擬個體行為控制能力﹞,以及與使用者的互動關 係。它本身所具備的功能十分強大且完整─支援許多種虛擬 實境的硬體配備、可以提供比較優美的畫面、即時的互動等 等的功能。同時由於此軟體的功能十分強大,因此費用並不 低,所以消費者為一般高階層專業人士。



VR BASIC

VR BASIC 是一套屬於虛擬實境系統中入門級的系統 。和 REND 386 的初階虛擬實境建構系統相容,其描述個 體行為的方式和 REND 386 一樣,但是它並不提供程式庫 給使用者呼叫,所以對於複雜的行為很難去描述。



VRVIEW

VR VIEW 是由 REND 386 系統的其中一名作者自行 發展設計而成的。 VR VIEW 和 REND 386 相容,並且 額外提供了程式庫(VRVIEW.LIB)供使用者呼叫。



REND386

REND 386 是一套免費的虛擬實境軟體,任何人均可 透過 Internet 取得最新的執行版本以及程式原始碼,使用 者可以用簡單的方式建構虛擬世界,而且REND386 也有提 供瀏覽器, 使用者可以透過瀏覽器觀看建構完成的虛擬世 界。在 REND 386 中,是由 State Machine Language 簡 稱 SML 來控制虛擬個體行為,此種控制語言是屬於較低 階的語言,所以比較不適合去描述太複雜的行為。



VREAM

VREAM 和 Superscape VRT 及 VR Studio 不同的地方 是 ─ VREAM 所提供的個體控制行為語言是屬於非程序式 的語言方式。在 VREAM 中,每一個虛擬物件和虛擬物件 動作是分開的 , 而這些虛擬動作是否會發生則要看此動作 所指定的發生條件是否滿足 。 基本上,這是一種屬於條件 式判斷的行為控制機制。



AVRIL

AVRIL ─ A Virtual Reality Interface Library 是由 VR VIEW 的作者設計而成的一套可提供C語言呼叫的程式 庫,也是 VR VIEW 的後續版本。此版程式庫支援許多種 虛擬實境的硬體裝置,是 PC 上的虛擬實境軟體。



dVise

dVise也是一套屬於一種非程序式的控制模式的語言去 控制個體物件的行為。 dVise 是一套在 Silicon Graphics 工 作站上執行的虛擬實境軟體。在 dVise 中提供了「事件-動 作」對, 也就是使用者可以自己設定『虛擬物件的回應』 ─就是當某些事件發生後, 需採取哪些動作來回應此一事 件的發生。除了「事件-動作」對的控制方式外, dVise 也 提供了簡易的行為控制能力,以彌補「事件-動作」在行為 控制方面的不足。



VRML

VRML 的全名是 Virtual Reality Modeling Language 稱為虛擬實境模組語言,最早先的名稱為 Virtual Markup Language (虛擬標示語言)。而 VRML 的觀念主要是由 HTML 發展出來的。 VRML 和 HTML 所不同的 VRML 是它是一種可以於網路上描述出虛擬空間的一種語言 。基 本上,他是為了彌補當今 HTML 只能處理文字、影像、聲 訊、視訊等媒體, 卻無法應付三維的幾何雛型的遺憾而設 計的一種描述語言。在 VRML 中,圖形、聲音、文件和 虛擬空間都可以整合在一起, 使用者可以在虛擬的空間裡 游走, 如同在真實日常生活中般的自然地去接觸人 、事、 物。




未來發展

醫學

早在70年代的時候,虛擬實境的技術便被運用在醫學 研究上了。目前所運用於醫學方面的技術有:虛擬實境的 超音波顯像系統、放射線治療以及手術模擬等等的技術。 虛擬實境於醫學方面的貢獻可以分成兩種:一是教育訓練 ,二是臨床研究。 教育訓練

在教育訓練方面虛擬實境可以提供實習醫生作為醫療的學習工 具,由於電腦可以模擬真實的環境,並且電腦可以隨著醫生所作 的診療而作出種種真實的回應,所以,此種系統可以提供給醫生 逼真且反覆的練習環境,對於醫療學習上的幫助很大。

臨床研究

目前虛擬實境系統廣泛的被心理醫師們所應用,而其中最為成 功的可以算是『懼高症』的治療,病人由虛擬實境系統所建構出 的高樓大廈向下鳥瞰,經過不斷的練習最後終於克服懼高症。因 此,目前正努力研究虛擬實境系統,希望能為人們帶來更大的福 音。



軍事

虛擬實境最早便是運用於軍事的用途上,當初最主要 是用來『模擬飛行』。因為軍用飛機本身的價格十分昂貴 ,加上駕駛員皆為優秀人才,而如果於練習過程中,因為 駕駛員的熟練度不夠而發生意外就十分慘重,因而發展模 擬飛行的技術。而目前就軍事用途方面不僅包含教育訓練 ,同時也有工程研究。軍事專家利用超級電腦規劃出未來 所需要的武器,並且以虛擬實境的技術模擬出武器的功能 以及配備,如此一來不僅僅可以節省大量的成本而且可以 針對武器的功能加以改進。



工業

之前工業界都以電腦輔助設計﹝CAD﹞來幫助設計 產品,現在,工業界在設計產品時則增加了虛擬實境的技 術。這是因為虛擬實境本身具有互動、擬真及沈浸等特性 ,這些特性使得設計者可以依照工程設計,對產品進行多 方面的模擬及規劃,進而使得產品能更符合設計者以及使 用者的需求。目前虛擬實境在工業設計方面所運用的範圍 十分的廣大,幾乎只要有運用CAD技術的工業,都可以 虛擬實境的技術加以輔助,例如:汽車製造、工廠規劃、 景觀設計、建築工業、室內設計、都市計畫、航太設計、 以及儀器製造等等。



教育

虛擬實境在教育方面可以分成兩部份:一是教學、二 是訓練。 教學

所謂的虛擬實境教學是指教導學習者去認知及了解一件學習者所 未知的事物。而目前在教學上多半都以電腦輔助教學﹝CAI﹞ 的方式去教導學習者,其成效遠比一般的傳統、古板的教學法來 的好。由於虛擬實境的技術能讓使用者有身歷其境的感受,同時 也能提供反覆的練習給予使用者,所以,如果能以虛擬實境的技 術輔助CAI的教學法,相信能提供給學習者一個更逼真、更具 彈性、學習效果更好的學習環境。

訓練

訓練是指讓學習者反覆的演練,因而能夠更熟練某些特別的技能 稱之。當某一樣技能的訓練可能會導致高資產損失的高風險時, 或是可能危及學習者的生命時,為了不造成損失及傷害,通常放 棄實地演練而是以較低廉的模擬環境反覆練習來取代。而虛擬實 境的技術正好可以符合此種需求。例如:航空駕駛員的訓練、戰 車的訓練、以及太空人員的訓練等等。

娛樂

將虛擬實境技術運用於遊戲上是目前PC game 最熱門的事。而實際上目前市面上的一些號稱虛擬實境的 軟體遊戲最引人注目的並非其戰鬥畫面或故事內容與架構 ,而是其十分逼真的環境設計,但是這些軟體所呈現的方 式,仍然是屬於被動式的虛擬實境而不是主動的。大略上 目前美國與日本都有一些主動式的虛擬實境遊戲機。這個 遊戲的介面設計是在一個類似虛擬的 3D 環境中,使用 者必須戴上頭盔,虛擬環境中隨自己的心意走動,而感受 真實。


虛擬世界

虛擬世界是一個互動式的模擬環境,由一個個的虛擬 物件所組成;同時虛擬世界亦包含一個大型的資料庫,資 料庫中存有每一個虛擬物件的基本屬性、動作、聲音、行 為等等的資料,以及虛擬世界的原始設定:如背景、控制 台、視窗等等。

虛擬物件

虛擬世界中的虛擬物件不僅僅需要以立體的方式呈現 出原本的形態外,更重要的是每一個物件都必須具有原本 世界中的特質─這是說它必須根據真實世界中的『本份』 ,與使用者達成互動式的溝通:如同虛擬世界中的電腦, 當使用者按下電源後就必須有出現螢幕,更進一步時當使 用者在鍵盤上打字時螢幕也應該出現使用者所打的字。因 此虛擬物件比一般的物件多了一種與使用者達成互動的行 為責任。