Термин «виртуальная реальность» был введен в обращение в середине 1980-х годов Дж.Ланьером – музыкантом, специалистом по компьютерной технике и предпринимателем, фирма которого «VPL Рисерч» разработала первую цифровую перчатку для управления ВР-взаимодействием, а также средства для построения ВР-моделей.

Виртуальная реальность еще не вышла из младенческого возраста. Однако она сделала начальные шаги в таких технологиях, как имитаторы условий полета и пилотажные тренажеры (использовавшиеся для тренировок пилотов и космонавтов); определенные успехи были достигнуты и в имитационном моделировании боевых операций. Но для ВР существуют и другие, более широкие области применений. Так, виртуальную реальность можно использовать в играх, медицинских исследованиях и обучении медперсонала, а также в архитектуре.

Трехмерная компьютерная графика. Трехмерная компьютерная графика представляет собой сочетание растровой и векторной компьютерной графики с алгоритмами для быстрой перерисовки основного графического профиля и внешнего вида, позволяющими оперативно изменять перспективу и точку наблюдения, – процесс, названный трехмерной визуализацией.

Растры, как следует из названия, – это карты точек, или «битов», образующих картину во многом аналогично растровому воспроизведению фотографий в газетах: линии и тона имитируются полем точек разной густоты. Любая цифровая фотография или изображение, получаемое непосредственно с цифрового сканера или из WWW, представляет собой некоторый битовый массив. Такие массивы сохраняются во многих файловых форматах, например GIF, JPEG и TIFF. Файлы могут быть открыты на любом компьютере, который имеет подходящие программы для просмотра и редактирования графики. Из-за технологии формирования растровых массивов эта графика не всегда выглядит четкой при увеличении. Изменение размера или пропорций растровой графики может вызвать растяжение и изменение размеров точек, что приводит к появлению ступенчатости или пятнистости.

Векторы – это математические символы, содержащие геометрическую информацию о линиях, углах и многоугольниках, образующих изображение. Размеры векторов легко менять компьютерными средствами, не опасаясь появления зубчатости линий. В инженерном деле векторы используют для технического черчения и выполнения иллюстраций с применением программ САПР, а также программных средств для иллюстрирования или обработки графики.

Векторы служат основой для построения трехмерной графической среды виртуальной реальности. Хотя получить растровое графическое трехмерное изображение возможно, растровые изображения не содержат информации о глубине. Чтобы создать иллюзию трехмерного пространства, объекты на экране компьютера строят на основе «проволочного» каркаса, составленного из масштабируемых линий или многоугольников, создаваемых с привлечением средств векторной графики. Для придания желаемого внешнего вида «проволочный» каркас закрывается поверхностным слоем.

Простой поверхностный слой получается разными способами закраски –равномерным нанесением краски (одним цветом для многоугольников объекта), закраской по методу Гуро (с применением ряда алгоритмов, используемых при формировании окружающей среды для компьютерных игр, чтобы получить плавное изменение цвета) и закраской по методу Фонга (с применением более сложных, чем при закраске по методу Гуро, алгоритмов, для которых требуется больше вычислительной мощности, чтобы достичь лучших по внешнему виду результатов).

Другие методы, применяемые для заполнения пустот в «проволочном» каркасе трехмерной окружающей среды, связаны с наложением текстур. В отличие от нанесения теней, при котором выполняется цветное закрашивание многоугольников, при наложении текстур наносится растровая графика текстур, имитирующая предметы, землю и небо. Наложение текстур имеет решающее значение для повышения реалистичности компьютерных игр.

Поскольку трехмерная графика типа используемой в играх, САПР и ВР-средах, предусматривает возможность рассматривать ее из разных точек наблюдения, эта техника позволяет разработчикам строить виртуальные миры, в которые пользователи могут проникать и проводить исследования изнутри. Для таких «проницаемых» сред требуется постоянно менять перспективу, а для коррекции перспективы необходимо быстрое выполнение математических вычислений, так как визуализация «на ходу» может привести к тому, что линии перспективы (исчезающие с увеличением дальности) будут восприниматься как искаженные.

дальше