虚拟现实赋能科学可视化工作流程

MRLi 5月前 397

长期以来,虚拟现实技术一直是一种高度专业化的定制技术,是为解决非常具体的问题而开发的,一般具有较高的价格。诸如位置跟踪系统和沉浸式显示系统等虚拟现实组件的价格从几万到上百万不等。这一高成本常常将用户群体限制在少数资金充足的研究型实验室内。

尽管虚拟现实技术在研究型实验室中被证明是有用的,但将该技术应用到用户日常的使用中仍然具有很大的挑战。然而,当Facebook收购沉浸式显示技术公司Oculus VR后情况出现了改变,这事实上已经在谷歌、三星、zSpace和索尼等公司之间引起了一场开发竞赛,并逐渐将VR技术推向主流。这对降低虚拟现实显示系统、跟踪系统以及诸如Optirack、Leap Motion和MSKinect等交互系统的成本具有积极的效果。如今,一个正常运行的虚拟现实系统只需几千元就可以组装起来。

图1 Oculus Rift

随着虚拟现实硬件价格的降低,研究机构越来越有兴趣将虚拟现实融入他们的项目中。然而,低成本的虚拟现实硬件还需要支持相应的虚拟现实软件,以便研究人员将该技术纳入其研究工作流程中。目前,已经有一些科学家将虚拟现实技术纳入日常的科学工作流程。加州大学戴维斯分校的Kreylos教授描述了一种科学可视化的工作流程,其中涉及带有4面CAVE系统的VR技术。Kreylos描述了在加州大学戴维斯分校的地球科学界使用虚拟现实技术进行数据探索的优势。比如,科学家在虚拟现实环境中探索数据时,能够同时对数据和模型进行三维感知和三维交互,这对发现数据中隐藏的规律具有很大的促进作用。


图2 研究人员在CAVE中查看数据

然而,上面的CAVE系统一般适用于评审交流、汇报展示和演练培训,如果应用于日常的工作流程还是会略显“笨重”。目前在办公环境中如何将沉浸式虚拟现实融入科学可视化工作流程的研究还在起步阶段。下面就介绍一种框架,允许用户在办公室进行科学可视化时使用虚拟现实。

图3 硬件系统组成

此框架由硬件和软件一起构成,硬件包括PC和zSpace,软件指具有科学可视化和虚拟现实功能的工具。两台显示器的选择旨在为人们提供最佳的工作环境。普通的液晶显示器被设置为主要显示器,用户可以通过鼠标和键盘与计算机系统进行交互。zSpace是辅助显示,仅当工作流程中需要沉浸式虚拟现实时才使用。尽管zSpace显示器也可以使用鼠标和键盘交互运行基于桌面的应用程序,但其物理配置并不适合该任务。zSpace设计用于半沉浸式三维光学跟踪系统和三维触笔交互。从人体工程学角度讲,常规显示器更适合与桌面应用程序进行长期交互。

图4 日常办公中科学可视化工作流程

用户可以使用普通的桌面显示器、鼠标以及键盘,以用户熟悉的方式设置其数据的可视化管道。他们的3D数据使用zSpace显示屏显示。用户可以使用触控笔与三维可视化数据进行交互,并在真实的三维环境中对其进行操作。

根据任务合理的使用硬件和软件是很重要的。虚拟现实技术并不是一种适用于计算任务的技术,它是一种非常适合于在三维环境中对三维对象进行可视化和交互的技术。对于我们中的一些人来说,我们的日常工作流程通常包括一些3D物体。在二维显示系统上可视化三维对象并使用二维交互操作三维对象一直是正常的工作流程。然而,由于目前虚拟现实技术的先进性和可用性,没有理由不利用虚拟现实技术在真实的三维环境中交互和可视化三维对象。

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