科技專欄
 

3D虛擬實境

2010-07-26

近來最夯的娛樂之一,可說是坐在電影院裡戴著特製的立體眼鏡看3D電影了!隨著劇情變化,螢幕上不時飛來拳腳或史前怪獸,讓人彷彿身歷其境,臨場效果十足。其實不僅電影可以3D立體呈現,電腦科學家也已經利用電腦繪圖或者影像合成技術,同時結合聲音的處理,而模擬建構出來各式各樣虛擬的世界 – 這就是所謂的「虛擬實境」。

虛擬實境這個名詞聽起來很炫,但到底背後是透過怎樣的技術才能把各種想像的、平時接觸不到的、或者已經發生過的影像、環境、或過程等栩栩如生地投射在我們眼前呢?虛擬實境可說是由3D電腦繪圖、立體音效、以及其它感知介面所形成的一個模擬環境。由於電腦可以隨時偵測使用者在虛擬環境中的活動,並且隨著即時作出適當的反應與回饋,而讓使用者藉由即時互動而產生融入整個模擬的虛擬環境中的感覺。舉例來說,在一個模擬打棒球的虛擬球場環境中,當頭戴立體顯示器的使用者,看到虛擬投手投過來的球,並朝著飛來的球揮出握著球棒的手臂時,就會看到眼前立體影像呈現球被擊出往右外野飛去的景象。

一般公認最早的虛擬實境技術,是美國電腦學者伊凡‧蘇德蘭於1968年發明的頭戴式顯示系統,當時這套系統由於太重了,還必須懸吊在天花板上,而且所呈現的影像也很簡單,只是由線條構成的空間模型而已。隨著專家不斷地研究以及電腦運算技術大幅改進,虛擬實境呈現立體影像的精緻度與反應速度,已經與真實世界幾乎無異。也由於虛擬實境能夠接近真實地呈現一些無法輕易取得或重複發生的環境,所以除了娛樂之外,也非常適合運用在教學、空間導覽、工程及建築設計、及醫學等方面。

舉例來說,考古學家挖掘到數千年前的地下古墓,經過數年到數十年仔細研究與考證後,將占地數十公頃的完整古墓全貌,運用虛擬實境技術一一重現,從地上已被破壞的建築物外貌與內部結構,到深入地下四通八達的地道與大大小小的墓室,都能夠真實地呈現在我們眼前,甚至隨著我們控制而向前後左右或往上往下移動,古蹟內的影像也隨著改變,這可說是化不可能為神奇了。除此之外,由於實機飛行訓練既昂貴又有風險,虛擬實境技術也已經廣泛地運用在模擬飛行訓練了。醫學解剖學習也是如此,學生可透過虛擬實境技術瞭解各器官構造的位置、功能與關係,做為一種輔助教學的有力工具。

虛擬實境的特徵包括了人與機器的互動,以及產生一種融入虛擬環境的感覺。它能夠被實際應用來解決在工程、醫學、及日常生活中許多問題,未來就靠人類發揮創造力,繼續將虛擬實境技術運用在更多有益人類生活的用途上。

文/臺灣大學計資中心  邵喻美

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