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虚拟现实技术未来怎样，能影响到我们生活中的那些方面?( 八 )


至于设计领域，作为一个极其庞大的领域，囊括了从室内设计到建筑设计，软件设计，系统设计和服装设计等几乎所有方面。作为一种将内在的设想的外在表现出来的过程，设计需要不断获得反馈以此进行优化。比如服装设计，设计师首先构思衣服样式，再将其在纸上画出来，裁缝根据图纸制作出这件衣服并给模特穿上，设计师再根据模特身上的效果进行继续优化。整个过程周期长，耗材多，效率不高。如果将这一切搬移到虚拟环境中，设计师直接在虚拟现实中设计衣服样式，并交由虚拟裁缝进行定制，再给虚拟模特穿上，由于这些都通过数字手段实现，整个设计，展现和优化的过程将会非常迅速和高效，而且还无需担心选材，耗材，场地和资金问题。另外，广大服装设计爱好者也能够在极低的成本下展现自己的设计灵感。
最后是影视娱乐领域，该领域将会成为把VR技术用到极致的领域。当VR技术发展到以假乱真的程度时，它会帮助人类实现在现实中永远都实现不了的幻想和想象，包括穿越时空，成为他人，无限创造，超越现实等等。而影视娱乐作为专门呈现人类无限遐想的领域，如果引入VR技术，那么将会得到空前的发展，同时会给世界的经济发展水平带来空前的刺激和提升。试想一下，在不久的将来，有一天人类能够进入到电影本身，成为电影中的任何一个角色，比如小龙女，钢铁侠或者一只可爱的蓝精灵，那该是多么的令人激动的场景啊！ 这也是一直以来研究者们花费一生的心血和时间，致力于攻克VR的技术难点，使之能早日实现的重要原因之一。
1.3 小结 由于目前的VR技术还不足以提供足够的技术支持，上一小节中介绍的大部分应用思路还停留在理论状态。但是VR的发展已经是一个不可阻挡的趋势，将来会有越来越多的人投身于这个行业中，同时不断发展的通信与计算机网络技术也会为VR的发展保驾护航。
2 虚拟现实的技术实现2.1 VR中的技术问题虚拟现实旨在利用计算机技术和其他相关技术（如物理学，生物学和工程学等等）仿真和复制现实世界，构造近似甚至超越现实的虚拟世界，而外部世界亦可以对其进行控制和改造.总的来说，实现VR需要解决三个主要的技术问题，分别可以用in, show,和do三个英文单词来表示，它们各自的含义如图2.1所示。
虚拟现实技术未来怎样，能影响到我们生活中的那些方面?


2.1 VR中的三大技术难题
其中，建模是将现实世界中的物体，物体与物体之间的关系和遵循的自然规律通过一定的函数关系映射到数字世界的过程。根据建模对象的类别和应用，建模方法也不尽相同，大致可分为行为建模，景观建模，虚实融合（即增强现实）和基于物理的建模。基于物理的建模是利用目标的物理性质，运动状态和与其他目标的作用规律（如碰撞，形变和燃烧等），使得虚拟世界同样遵循现实世界中的自然规律。基于物理的建模对象主要有刚体，柔性物体，不定形物（如液体和气体）和人体运动。
2.2 浅谈刚体建模因为无需考虑形变，对刚体的建模相比其他物体较为容易，建模时只需对形状，位置和运动状态进行模拟和约束，涉及的理论主要有力学，动力学，运动学，能量和时空约束方程等。其中，对运动状态的仿真模型涉及到摩擦，挤压，联结和碰撞。Kaufman等构建了刚体间的摩擦和挤压模型，可根据刚体的速度，位置和质量等参数对临界状态的速度和响应进行约束和控制。
由于门把手，窗户和轮胎等对象关联到了其他物体，需要在多重约束下进行运动，因此需要借助关联运动学，通过每个连接点的转动角度和长度，计算出最大可达位置和方位，目前这些模型在自动化控制，人工智能和数字动画领域已经有所应用。
要实现刚体的碰撞，需要满足这三个基本条件：（1）运动约束。即，刚体甲向左碰撞刚体乙，碰撞完成后，刚体甲向左的速度绝不会超过刚体乙。（2）动量约束。两个刚体碰撞前的总动量等于碰撞后的总动量。（3）能量约束。两个刚体以及它们所在的环境组成的系统碰撞前后的能量守恒。最基本的碰撞过程涉及到的模型建立在以下两个方程上：


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