陈福民

轰动京城的虚拟故宫

不久前，在北京中国人民革命军事博物馆举行的“863”十周年成果汇报展览上，由杭州大学开发的“虚拟故宫”系统引起了京城的轰动。

笔者也像数千名参观者一样，跨上一辆固定的真实自行车，戴上一个特制的头盔，作了一次故宫漫游。最先映入眼帘的是形象逼真的天安门城楼，宛如自己正骑车向天安门驶去，来到午门前的大道。穿过午门，跨上金水桥，越过太和门，就到了太和殿广场。笔者正打算往右，沿台级骑车上太和殿，不料车速太快，竟“破墙而入”太和殿了。连忙刹住自行车一看，恰好停立在金銮殿的宝座前。殿内有72根挺拔的柱子，其中有6根还是盘龙金柱呢，真是活龙活现。随着骑车的快慢，故宫的景色忽而飞驰而过，忽而姗姗走来；故宫的三大殿和三大宫尽收眼底，直到御花园的绿树、红亭、碧池，给人以身临其境的感受。出了神武门，拿掉头盔，眼前的故宫已不翼而飞。这就是引人入胜的“虚拟故宫”游。

杭州大学的“虚拟故宫”在国内是首创，它的开发是追踪了国际上先进的虚拟现实技术，对目前主要承担“863”项目“幻境技术与系统研究”和国家自然科学基金重点项目“用户界面评估和人机对话系统及虚拟座舱实例”等研究项目有重要的意义；特别是对我国的航天、航空事业有重大的应用前景。

“虚拟故宫”系统目前还只能提供一种骑车游“故宫”的体验，还只能“走马观花”式的浏览，一旦建立一个完整的故宫模型三维数据库，既可模拟运动和物理特性，又可把交互的声音响应增加到参观对象的活动中去，将会使参观者置身于真实的故宫之中一样，一切就显得特别逼真。

真假难分的电脑模拟

有如此神奇效果的虚拟故宫，是利用电子技术开发的一种设备，叫做虚拟现实装置。它能让人通过传感器与电脑产生的逼真的立体世界发生相互作用，有身临其境的感受。实现虚拟现实装置这种效果的技术，就叫做虚拟现实技术。它既要有功率大、具备大量储存和惊人的制图能力的电脑，又要有充分表现人造世界的新一代计算机软件。就拿虚拟故宫来说，首先要利用计算机“建模软件”在名叫“图形工作站”的电脑里创建虚拟故宫的模型。这模型可不比造房子简单。先要根据故宫长961米、宽753米的真实大小，建立全部故宫建筑和景物的立体形状，然后拍下真实故宫的表面照片，输入电脑，对这些景物的里里外外，屋顶地面进行纹理、颜色及反光程度等处理，犹如“贴”上故宫的墙、琉璃瓦、地砖一样，使景物具有真实感。

景物的立体的图形出来后，还要使虚拟景物有各种特征和感觉：移动、碰撞、捕获、重量、硬度、声音及表面变形等等。例如，用手去触摸太和殿中虚拟的盘龙金柱，要计算两个物体的相对位置，作出手与柱的碰撞检测，使人对虚拟景物有动态感；用虚拟手抓住一个虚拟照相机，由于照相机重心和手掌心之间的距离差，要让人感到有力的作用感觉。

在虚拟世界中，同样要有“闻其声见其人”的真实感。虚拟房间的墙上有口钟，能发出嘀嗒声；窗口有温度计，桌上有日历本，时间和日期将随计算机系统的时间而改变，温度将随外部温度计与计算机相连而显示当时的实际温度。每当人“走过”这虚拟房间时，钟声要有远近变化，时间、日期和温度计数据都将随时改变。这样，犹如给虚拟景物一定程度的“智能”，使一切虚拟物具有真实感，再通过头盔显示器和数据手套，人就能在虚拟世界中相互作用了。

头盔显示器相当于电脑的液晶显示屏，由于加有一个立体视听器，可对电脑输出的虚拟世界有身临其境的体验。头盔上还装有位置跟踪器，电脑随时可以知道头部位置及运动的方向，相应地改变显示器中的图景。当你走进大殿时，看到的是前方平视的陈设，头往右摆便可看到大殿右侧的图景，头往左偏则看到左侧的情景，头往上抬便见殿顶的图景，低头则见大殿地面敷设。由于车把上还装有电位传感器以及车轮上的光电传感器，计算机根据车龙头的转角及车轮的转速，就可随时显示所看到的故宫景物的角度及图景飞出来的快慢。

妙用无穷的虚拟技术

虚拟现实技术能使人通过传感器与计算机模拟的环境相互作用，让实际同虚拟景象得到交流，会产生许多奇妙的用途。