第十章 虛擬實境

一、介紹
『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。

虛擬現實，或虛擬實境(Virtual Reality)，簡稱VR技術，也稱靈境技術或人工環境，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行複雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產生臨場感現在的大部分虛擬現實技術都是視覺體驗，一般是通過電腦屏幕、特殊顯示設備或立體顯示設備獲得的，不過一些仿真中還包含了其他的感覺處理，比如從音響和耳機中獲得聲音效果。

虛擬實境VR 不像傳統的2D 介面人類只能被動地接受固定的視覺角度、聲音來源甚至無法感受傳統介面所傳遞內容中的各種感覺，但是現今在虛擬實境的發展之下所傳達的內容可以經過電腦的處理幻化成為一個虛擬世界，可以主動改其視角以及音源的方位，透過電腦運算的結果以視覺和聽覺的感知器來感受這個虛擬世界更甚者，可以透過觸覺或力回饋的裝置感覺在傳統介面中從未有的真實感受並且和其產生互動達到和真實世界相似的操作介面和環境。

二、配備、配件
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。

虛擬實境手套 圖像:Http://www.mcu.edu.tw/Internet/VR/images/vr2.gif
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。

3D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。

虛擬實境眼鏡
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。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。

三、實物應用
商業上用途：汽車內部的設計、
工業上用途：生產線的模擬、汽車生產裝配訓練、汽車設計模擬、汽車碰撞模擬
軍事上:飛行仿真和作戰訓練
外科手術模擬及訓練之虛擬實境系統:
內視鏡虛擬手術模擬及訓練系統(Laparoscopic Surgery Training System)或稱為最小侵入性外科手術模擬系統，係由一個具有物理屬性(如彈力、重力、變形等)的虛擬腹腔環境與一組類似真實手術刀具兩大模組再搭配一部圖形處理能力大錯的個人電腦所構成，由於簡易的視窗化操作介面及結合 3D/VR 的即時與互動技術，因此本系統除提供使用者一種身歷其境的手術模擬與訓練環境來縮短學習時程，也讓有經驗的醫生預先排演複雜的手術，藉以降低手術的失誤率，並可學習新的外科手術技術 。

醫學:
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

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。

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。

四、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。

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。

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 是它是一個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。

資料來源：http://dns.pmsh.tnc.edu.tw/~wiki/97109/index.php/虛擬實境