“虚拟现实和虚拟导航员”命题解析

山东建筑大学  李建元

一、         高珊珊个人简介

高姗姗：女，1980年生，山东经济学院计算机科学与技术学院教师，讲师，工学硕士。主要从事于计算机辅助几何设计及信息可视化、计算机图形学、数字媒体技术的研究。近年来发表学术论文15篇，其中EI检索13篇；发表教学研究论文4篇，EI检索1篇；参与国家自然基金2项，主持或参与省级科研或教研项目多项；获省部级及厅局级奖项多项。曾参加了3届的软件设计课题指导。

二、         采访全程实录

李建元：请问老师能简要介绍一下大赛题目的由来吗？

高老师：随着科学技术的迅猛发展，虚拟现实技术（Virtual Reality ，VR）成为近几年来国内外科技界关注的一个热点，它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。具体而言，虚拟现实技术利用计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地 “融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉 。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。

虚拟漫游技术是虚拟现实（VR）技术的重要分支，有可贵的3I特性——沉浸感、交互性和构想性，在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。如大型工程漫游、名胜古迹虚拟旅游、虚拟房地产推销、VR虚拟现实教育娱乐等。

人工智能的研究一直是计算机科学界的一项重要研究领域，随着硬件和软件技术的发展，近年智能机器人的研究由成为一大热点问题，甚至在06年微软总裁比尔盖茨预言在未来的几年内智能机器人就会像今天的微机一样普及到普通人的家里，成为人类不可缺少的工具。而虚拟人是完全由计算机表示，看起像真人的图形实体。虚拟现实技术和人工智能技术的发展和客观应用的需求，使虚拟人的研究逐渐成为计算机科学中一个非常重要的研究领域之一，该领域研究的最终目的是在虚拟环境中模拟真人在各种情况下的行为，同时为仿人机器人提供运动控制算法和智能决策算法。

李建元：针对以上所说的，您能简要谈一下本次大赛题目的思路吗？

高老师：基于以上所说的几点，这次大赛的两个题目主要是为了推广虚拟现实技术及数字设计行业在省内计算机及相关专业大学生中的影响。虚拟现实在国内还处于一个蓬勃发展的阶段，市场前景非常广阔，通过比赛，让省内大学生能有一个接触及锻炼虚拟现实或游戏开发机会，并能使其创意作品能够有一个展现与交流的机会，能够影响更多的学生投入数字内容产业，让源源不绝的创意创造数字内容产业无限的可能与价值。通过大赛发掘、锻炼优秀学生。
　  一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。但这些环节的实现均需要特定的设备支持，对普通学生来说恐怕是很难实现的。同时，为了实现虚拟漫游或虚拟人，待研究和解决的技术问题还很多，所以，基于此，我们将两个题目均作了一定的简化，使题目的设计比较贴近学生技术和实际操作能力。如虚拟导游员题目中，其要求不在硬件，而在智能软件的设计及实现。我们仅需要学生能完成一个可与操作人员进行语言交流的虚拟人，主要考察点集中在虚拟人的建模和智能交互，主要是智能回答上。

李建元：能请您介绍一下大赛在本命题上的发展过程吗？

高老师：赛题已经持续了3年。2007年题目为“电子交通GIS系统创意与实现”、“虚拟环境漫游系统”。其中GIS系统当时限于二维地图的搜寻等，虚拟漫游则要求实现对环境建模及漫游。2008年的赛题在这两个赛题的基础上，提升了要求，形成了“三维空间模拟车载导航系统”和“虚拟漫游-建设数字家园”两个题目。其中三维空间模拟车载导航系统要求在虚拟环境中应用模拟车载系统，相当于将2007年GIS系统和虚拟漫游结合在一起，完成虚拟空间位置和二维电子地图的位置映射。而数字家园题目则要求软件能使玩家在空白的三维空间中交互创建自己的三维场景，最终能使玩家根据自己的设计、规划，创建自己的三维数字家园，并在数字家园中进行漫游。增加了创建三维模型库、交互场景构造功能。题目在功能和技术要求上都提高了很多。而今年的题目，我们本着持续性、应用性及开拓性的原则，保留了虚拟漫游的题目，而由于空间模拟车载系统很大一部分功能类似于虚拟漫游的功能和技术，所以将其换成了三维虚拟导游员，能以更多的角度来理解、接触和实现虚拟现实。

李建元：这个命题分为虚拟漫游和虚拟导游员两个题目，那能请老师介绍一下这两个题目有什么区别吗？

高老师：两个题目均是虚拟现实（VR）技术的重要分支，虚拟漫游是由一系列的场景链接在一起组成的虚拟现实，配以缩略图、地图导航、场景说明文字等众多的多媒体表现手段，对一间房屋、一个景点乃至一个城市等进行整体的展示，使观者不仅可以获得整体的认识，亦可深入其中一个场景、一个细节，从不同的角度进行浏览、观看。其最大难点在于建模逼真度和绘制实时性的矛盾。由于这种漫游所看到的景象离观察者近，就要求绘制非常逼真。因此，建模时构造要精细，会消耗很多时间。同样，由于计算机性能的制约，构造出来的模型越复杂，在绘制时要达到实时效果就越困难，实时性太差就会使观察者无法接受。而虚拟导游员则更着重于考察参赛队员对智能的理解与实现。由于人的复杂性，真的达到构造智能虚拟人的目的，还有很多技术问题需要研究和解决。所以基于此，两个题目的要求也不一样。对于虚拟漫游，由于其技术相对成熟，参赛队员需要在创意及细节上下功夫，而导游员则主要考察是否能完成功能，即能否完成与操作人员的智能交流为主。

李建元：最后，能请您对参加本次大赛的同学提几点忠告吗？

高老师：几年来通过和参赛学生接触，觉得一下几个问题值得注意：

1）主动学习，带着问题学习。从分析题目到技术学习，带着目的主动安排学习计划，主动找老师请教，主动到网上查找参考资料。培养主动学习能力和创新精神。

2）用“软件工程”的设计思想来设计软件。问题定义、可行性研究、需求分析、总体设计（概要设计）、详细设计、编码调试和测试，这样的流程会帮助你在今后的工作中建立良好的习惯，提高开发效率。

3）团队合作。在竞争激烈的软件市场中，研发工作只有以团队形式合作开发才有竞争力。通过团队合作形式完成参赛任务，从中培养相互沟通、合作共事的能力。要学会发现别人的优点，虚心接受别人的意见，碰到具体问题或矛盾，要想办法合力解决，而不是互相对立，“英雄主义“不可取。

4）绝不要吝啬准备的时间。有些同学拿过题目来，急于开始编码。殊不知，没有分析好题目，具体技术也没有掌握好，反倒使事情事倍功半。所以尽量花足够的时间来分析题目的功能，及功能所用到的技术，并在分析的同时学习掌握不懂的技术。在脑子里形成对于题目非常清晰的功能和技术画面，再着手编写代码，会比较有的放矢。

李建元：非常感谢高老师在百忙中抽出宝贵的时间和我们进行交流，祝你工作顺利，今年的大赛“战果”累累！