虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：隨著第三次工業(yè)革命的迅猛發(fā)展，計算機(jī)這個眾所周知的高級人類助手早已融入人類生活。然而人類從未停止對其內(nèi)部技術(shù)及應(yīng)用潛能的發(fā)掘，漸漸的，一個新的代名詞出現(xiàn)了——VR（虛擬現(xiàn)實），為了進(jìn)一步了解它的內(nèi)部技術(shù)并拓展應(yīng)用，該作者通過摘取科技知識以及運(yùn)用自身對專業(yè)知識的了解能力編寫此文。巧妙而成功地得出一部分該技術(shù)在汽車駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；汽車駕駛；虛擬世界

1 VR的簡介

VR，相信大部分人對其早有耳聞，一個令眾多年輕人和專業(yè)高新技術(shù)研究者為之癲狂的東西，即 Virtual Reality， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。它是仿真技術(shù)與計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。然而，它并非是近幾年被提出的，它蘊(yùn)含著豐富而悠久的發(fā)展歷史。四個階段有聲形動態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實思想的第一階段（1963），虛擬現(xiàn)實萌芽為第二階段（1963-1972），虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1973-1989），虛擬現(xiàn)實理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段（1990-2004）。而21世紀(jì)10年代以后人類對其技術(shù)及應(yīng)用的考察更為熱烈。[1]

2 VR對于人類的意義及主要原理

VR的出現(xiàn)究竟有著怎樣的意義？這是人們一直在思考的問題。眾所周知，計算機(jī)，一種高速計算的電子計算機(jī)器。人類大腦能力固然有限，在20世紀(jì)為了發(fā)明設(shè)計一種協(xié)助人類大腦完成更多先進(jìn)高級的成就，探索科技發(fā)展的極限，它誕生了。隨著它的普及，它給人類帶來的高級享受固然是不可小覷的，然而，這種東西被越來越多的人認(rèn)定為一種將眾多零件（硬件和軟件系統(tǒng)）拼裝而成的高級機(jī)械。其內(nèi)部具有高級計算程序可協(xié)助人類完成各種高難度高強(qiáng)度的工作。這個時代雖然科技超前，但漸漸的，人類開始追求人性的不可替代性。人們追求著可以將這種內(nèi)部高級技術(shù)應(yīng)用到更加貼近人性，添補(bǔ)現(xiàn)代人類生活的空虛的一種領(lǐng)域，也就意味著VR技術(shù)出現(xiàn)的必然性。煩悶的現(xiàn)實生活及現(xiàn)實壓力促使人類追求虛擬世界的生存方式。VR恰好滿足了人類這一需求，它集中了計算機(jī)的高級技術(shù)，但它與計算機(jī)最大的不同，除了擁有視覺感知外，它還有聽覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至還包括味覺、嗅覺等感知。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。然而身臨其境并不容易，想要完全騙過人類大腦，幾乎是不可能完成的任務(wù)。這也是它幾十年后才登上普及之路的原因。當(dāng)前VR設(shè)備可以大致分成兩個類別，一是需要借助外部硬件協(xié)助運(yùn)算的，比如Oculus Rift和HTC Vive，它們需要連接一臺高性能電腦才能運(yùn)作。另一個類別則是依賴設(shè)備內(nèi)置硬件完成運(yùn)算的，比如Pico NeoVR一體機(jī)、大朋VR一體機(jī)，這些VR眼鏡的特點是無需其他設(shè)備協(xié)助，能夠完全獨立工作。而這些設(shè)備都是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。[2]

3 現(xiàn)代汽車駕駛現(xiàn)狀及培訓(xùn)涉及內(nèi)容

現(xiàn)代汽車駕駛采用現(xiàn)實方式最真實的培訓(xùn)新手駕駛技術(shù)。駕駛技術(shù)本質(zhì)上是培訓(xùn)并發(fā)展人類多感官協(xié)調(diào)應(yīng)用的能力，其借助汽車這一載體，狹義上看方便了人們交通出行，其實本不僅如此。個人認(rèn)為其實質(zhì)上培訓(xùn)了人類對汽車內(nèi)部設(shè)備的宏觀掌控及協(xié)調(diào)能力、對外界環(huán)境危急聲音及視覺沖擊的應(yīng)變能力、對路段路況的視覺辨別及認(rèn)知能力、對災(zāi)禍的處理能力。可以稱得上是對人類綜合能力的考察。可見汽車駕駛技術(shù)領(lǐng)域的重要性。然而現(xiàn)代汽車駕駛培訓(xùn)耗費(fèi)場地、汽車、汽油、人力資源的同時，不能給人類帶來全新的體驗，甚至很多國家出現(xiàn)擁擠癱瘓問題，通俗點說，人們?yōu)閳竺麑W(xué)車而煩惱。此時，VR的應(yīng)用將實屬必要了。其具有虛擬仿真技術(shù)環(huán)境的特點應(yīng)用到汽車駕駛領(lǐng)域?qū)橐淮髢?yōu)勢。

4 VR在汽車駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

VR應(yīng)用在汽車駕駛領(lǐng)域中可以稱得上是汽車駕駛模擬技術(shù)，實屬合適。它使駕駛學(xué)員沉浸到模擬駕駛的虛擬環(huán)境中，實可謂“身臨其境”，可使人類在享受VR這一全新技術(shù)中達(dá)到完美學(xué)習(xí)駕駛的目的。下面將對VR應(yīng)用技術(shù)及原理進(jìn)行簡單說明。

（1）對內(nèi)部設(shè)備：方向盤、油門、剎車操作、離合器操作進(jìn)行觸覺反饋。首先先進(jìn)的駕駛艙中包含自帶微型汽車設(shè)備自不必說，場地可自行選擇，大部分集中于家中。節(jié)省空間，新手可充分享受私人空間帶來的滿足感，免除了外界交通擁堵帶來的干擾。新手駕駛的同時，駕駛艙中獲取上述設(shè)備狀態(tài)及控制面板的按鈕輸入信號，通過傳感器電路轉(zhuǎn)換為電信號，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機(jī)中。計算機(jī)自帶識別系統(tǒng)對該信號進(jìn)行識別及模擬。真正意義上實現(xiàn)了計算機(jī)和VR技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

（2）對外界聲音：雨聲，雷聲，外界車輛喇叭，外界撞擊的聽覺應(yīng)變。駕駛艙內(nèi)利用聲音傳導(dǎo)技術(shù)，新手在駕駛艙中除正常操作外還要佩戴刺激聽覺系統(tǒng)的新型高級耳麥，其與聲音傳導(dǎo)設(shè)備相連，再連計算機(jī)。計算機(jī)加載逼真雷聲、雨聲、車輛喇叭、及撞擊聲響，傳導(dǎo)入人耳，環(huán)繞立體聲，考察了新手的應(yīng)變能力。

（3）對外界視野：外界車輛及本車輛、路況路段、紅綠燈、各種天氣的視覺應(yīng)變。駕駛艙內(nèi)采用agent建模技術(shù)及適當(dāng)物理因素建立車輛三維模型及紅綠燈效果。[3]

通過圖形渲染技術(shù)更新路況路段，以及展現(xiàn)虛擬汽車相對于周圍物體的位置，將實時物理仿真狀態(tài)顯示在三臺計算機(jī)屏幕上，新手通過屏幕上顯示的內(nèi)容進(jìn)行操作，然后圖形渲染技術(shù)再根據(jù)其操作進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生新的狀態(tài)，實時更新再傳導(dǎo)到屏幕上，如此往復(fù)。[3]其中VRAY渲染器及C4D都能達(dá)到較好的圖形渲染效果。同時，利用粒子系統(tǒng)模擬雨天效果。

（4）對外界意外災(zāi)禍：車輛撞擊等的處理能力。同時模擬車輛嚴(yán)重撞擊時的火藥氣味，制造氣氛。完全可以利用一家美國VR公司推出的一款Cyrano圓形設(shè)備。[4]散發(fā)專業(yè)火藥氣味，當(dāng)然，需采用合適的配套手機(jī)app store 決定它的氣味。氣味是一種強(qiáng)大的情緒催化劑，能使人類聯(lián)想到很多東西并產(chǎn)生真實的感受，這種嗅覺刺激遠(yuǎn)比視覺和聽覺要好得多?？梢娝谄囻{駛領(lǐng)域?qū)崒俦匾?/p>

（5）最后，這是VR技術(shù)的巔峰應(yīng)用：自動糾正系統(tǒng)。汽車駕駛培訓(xùn)必不可少的是對新手的有效指導(dǎo)，那么既然沒有真人輔導(dǎo)，VR技術(shù)必將憑借自身優(yōu)勢達(dá)到這一成就。評判系統(tǒng)將在計算機(jī)內(nèi)部自動生成一套標(biāo)準(zhǔn)人性化的汽車駕駛過程，合理的對新手操作進(jìn)行比較并實時打分，顯示到右上角的屏幕上，低于一標(biāo)準(zhǔn)將對新手進(jìn)行指導(dǎo)，顯示正確應(yīng)對策略。達(dá)到面向訓(xùn)練的汽車駕駛效果。使新手自主的完成駕駛訓(xùn)練。

5 關(guān)于VR個人評價及見解

目前VR在汽車駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)可觀，但廣泛來看，其一些發(fā)展障礙仍不容忽視。首先其無法使人類真正進(jìn)入虛擬世界，在Oculus Rift開發(fā)圈有一個著名的笑話，每當(dāng)有人讓使用者站起來走走時，對方通常都不敢輕易走動，因為Oculus Rift還依然要通過線纜連接到計算設(shè)備上，而這也大幅限制了使用者的活動范圍。用戶的活動范圍是有限的，畢竟無法創(chuàng)造真正的現(xiàn)實自然環(huán)境帶給人的舒適體驗。其二，虛擬現(xiàn)實更大的挑戰(zhàn)也許是如何在虛擬世界中與目標(biāo)進(jìn)行互動。輸入設(shè)備仍有待改進(jìn)。其三，它帶給人類一定的疲勞之感，VR某些設(shè)備的鏡頭如果使用不當(dāng)將會帶給人惡心感。經(jīng)調(diào)查顯示，女性通常要比男性更容易對這些設(shè)備產(chǎn)生不適[5]。因此這些缺陷也是當(dāng)今人類發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)須突破的瓶頸。同時，怎樣使其遍及廣大人群，不論老少，無論男女皆宜，這將成為一大難題。

在某種意義上來說，VR可以說是一個廣泛的創(chuàng)新思想，例如尤其在當(dāng)今汽車駕駛培訓(xùn)領(lǐng)域就極適合注入這種鮮活的思想，它是人類偉大思想的結(jié)晶。它一反從前現(xiàn)實的汽車駕駛對生態(tài)環(huán)境的耗費(fèi)，以及人性的疲勞，通過全新的虛擬技術(shù)帶給現(xiàn)代人全新的多感官人性化體驗，獨創(chuàng)一片天地，實屬難得。在這個虛擬的世界中，人類必將充分尋求并享受一種新的生活方式。

參考文獻(xiàn)

[1]VR的定義以及發(fā)展歷程[EB/OL].百度百科.

[2]東海資訊之快訊——VR的工作原理是啥？用最淺顯的話來告訴你[EB/OL].中國網(wǎng).

[3]論文 CN200710069926面向訓(xùn)練的汽車模擬機(jī)實現(xiàn)方法[Z].

[4]硅谷密探之嗅覺[EB/OL].互聯(lián)網(wǎng).

[5]VR之五大障礙[EB/OL].百度百科.

作者簡介：李安格，來自大連育明高中，現(xiàn)就讀高一三班。平時比較關(guān)注新科技方面的新聞，并充滿興趣，具備一定思考能力。閑暇之余，精心思考VR的發(fā)展前景，有了更深的領(lǐng)悟。