虚拟现实在路上
综合报道
特殊的驾驶训练
一个20多平方米的房间内，一辆白色的普通桑塔纳轿车停在房间中，车前方的墙上有一个大屏幕，车的前轮下是一对滚轴，车后摆放着一台电脑，电脑上方还有一台小型投影仪正对屏幕。
坐到桑达纳轿车的驾驶座，点火、起步。前方屏幕上出现了违规提示：没有放下手刹。记者的脸“唰”一下就红了。
记者选了“雪地练车”这一项训练科目，这是在南方的驾校里没学过的。记者知道雪地路滑要慢行，起步以后，挂在二挡，可以听到车与道路摩擦的声音，感受到车跑起来的轻微震动。看着屏幕上显示的道路和车辆来往情况，记者心里略略有些紧张，很小心地驾驶，系统提示前方左转弯，快到路口，赶紧并线，又是一违规操作：忘了打转向灯。一会儿工夫，记者的违规记录已是一大串。
随后，记者坐到副驾驶座，由工作人员演示。经过起步练习、坡起练习、雨天行驶、跟随前车行驶、刹车反应时间测试等多项训练，记者只觉得汽车不断停车、起步，不断变换速度，竟然有了晕车的感觉。
实际上，刚刚所有的感受，不过是来自于一场模拟的驾驶训练──2004年2月中旬，记者在北京科技大学亲身感受到虚拟现实技术带来的神奇。
“解剖”VR-4
这台代号为VR-4的汽车驾驶模拟器由四个部分组成：一台计算机，实时计算模拟车行驶轨迹，生成三维场景图像，显示驾驶员违规操作信息；车前的弧形大屏幕宽3米，高2米，液晶投影仪将活动道路景象投射到屏幕上，视角达80度，给驾驶员带来身临其境的感受；轿车内的发动机由交流电机取代，轿车前轮由一对摩擦辊支撑，原地旋转；车轮的动能传递给力学模拟器，它的作用是模拟汽车运动时的惯性和摩擦阻力。
VR-4的核心技术就是虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)，由计算机生成实时交互式三维图形。
计算机依据汽车运动方程计算出汽车当前位置和前进方向，然后迅速画出驾驶员应该看到的道路景象，并通过投影仪将活动的画面投影到车前的大屏幕上，使驾驶员有如同在道路上练车一样的现场感。
模拟系统的研发者，北京科技大学电子信息系的钟延炯教授对自己的成果颇为自豪，他告诉记者：“我们学校原来的副书记刘建平(现任天津大学党委第一书记)，现在的副校长徐金梧，都是用我这台驾驶模拟器训练后考取驾照的。”
钟教授如数家珍地列举了模拟驾驶训练的一系列优点：“借助计算机领域的虚拟现实技术，VR-4提供了多项独有的训练项目，如恶劣天气下的训练，跟随前车的训练等，这是在教练场的正常条件下无法提供的训练科目”；“VR-4模拟器可以监测学员近30种违规操作，并及时提示。有些错误教练一般不易发现，如点火时应踩下离合器踏板，踩刹车时不应先踩离合器……这些错误虽不属于违规，但属于不良习惯，只有电脑教练才会及时发现，不厌其烦地指出……”
据介绍，曾有218名学员采用VR-4模拟器训练16学时，再到教练场实际道路上训练3至4学时，然后参加考试，一次路考通过率高达95%。而现在北京驾校训练要求学员上车训练时间是58学时。
也正是由于这些优点，清华大学汽车系主任陈全世教授领导的鉴定委员会对VR-4给予了“具有独创性和实用性，居国内领先水平”的最高评价。
“中国科学院文献中心联机检索3900多万篇国内外文献，没发现与这个模拟器相同的产品或成果。VR-4模拟器已获国家专利授权。”不过，更让钟教授自豪的是，VR-4模拟器离产业化已经很近了：以这台演示的模拟器为例，采用的电脑就是普通的PC，CPU在800MHz以上，内存128MB，对显卡的要求高一些，好的显卡能提高显示图像质量。
从军事走向民用
VR-4摸拟器只是虚拟现实技术在生活中应用的一个特例。钟教授告诉记者，虚拟现实技术，就是利用计算机生成一种模拟环境，如记者刚刚感受到的汽车驾驶环境，并且通过各种传感设备创造出人可以感受到的各种感觉，比如听觉、视觉、味觉、触觉等等，让用户能够直接观测这个虚拟环境中的事物变化，并参与其中。
1965年，美国麻省理工学院的科学家设计了一种头盔显示器，通过传感器和计算机仿真环境的相互作用，可以感觉到自己在几何图形中的移动，产生身临其境的感受，由此诞生了一种新的仿真手段──虚拟现实技术。
上个世纪90年代，这项技术开始走出实验室，并被广泛运用到军事训练中。1992年，美国陆军投资10亿多美元开发“近战战术训练系统”，就是建立起一个虚拟的作战环境，让士兵在其中完成作战训练任务。这个虚拟现实系统通过局域网和互联网联结着从韩国到欧洲的60多个工作站，各站之间可以迅速传递模型和数据，让士兵在虚拟环境中的各种动态地形上作战。与此同时，美国空军也开始采用虚拟现实技术研制飞行训练模拟器，让飞行员在虚拟的环境中以正常方式操控飞行器，并处理各种紧急状态，比如气球的威胁、导弹袭击等等。
随后，各国军方纷纷仿效。但虚拟现实技术真正引起各界的关注，还是由于它在远程教育、建筑、机械、工业设计、临床外科等领域日渐显现出来的广泛用途和产业化前景。
中国在这个方面起步比较晚。1996年，在国家863计划的资助下，北京航空航天大学、国防科技大学、中科院软件所、解放军测绘学院等研究机构开始了“分布式虚拟战场环境”的研发，这是我国较早的虚拟现实研究项目。
随后，清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学等院校也积极投入到虚拟现实技术的研究之中。记者看到的代号为VR-4的汽车驾驶模拟器，就是其中的一个成果。
实用与创新
今年66岁的钟教授看起来精力充沛，在接受记者采访时，谈锋甚健，身体还有节奏地轻微摆动，让人产生一种错觉，好像钟教授从事的实用化研究很容易。
其实不然。为研制这套系统，在很长一段时间里，钟教授每天在实验室工作到深夜，学校里的路灯是晚上11：30关灯，如果哪天他回家的路上看到路灯还亮着，他就觉得回家太早了。连他留有的一头艺术家式的长发，也是舍不得在理发厅耗时间的结果。
钟教授告诉记者，早在1996年10月，看到公安部改革驾驶考试制度的消息，他就开始考虑将虚拟现实技术应用到驾驶训练上。他的思路是仿飞行模拟器的构建，所有部件要用真的部件。
1998年5月1日，钟教授的模拟器初步完成，两个学生开始用模拟器训练，检验这个研发成果。他们用这个模拟器练习十几个小时，然后到练车场，半小时就完全进入角色。
钟教授的记忆中，对一些细节印象颇为深刻。为汽车“前束”专门编制一个软件处理前束问题，被汽车系教授称赞专业。前束是汽车专业的一个术语，如没有前束的考虑，驾驶时就会有飘的感觉，这会让模拟器很不正常，也不真实，要让车走直，需要前束模拟。另一个是变频调速的考虑。就连软特性也要模拟，如车上承载的重量不同，车速会有变化；上坡路段也同样与平地不一样。
现在，钟教授又有新的想法，要用虚拟现实技术增加山间路、立交桥的路况。如果通过建模的手段来实现，这样的工作量太大，所以现在采用实景拍摄，拍摄的图像用到虚拟现实系统中。基于图像的虚拟现实技术很难，国内没有这方面的文献可供参考。这又是一个创新。“我们打算在两幅图片间用插帧的方式来实现方向转变时图像转变的实现。这个工作现在已完成了60%。”
而这种种努力开始有了收获。“……该汽车驾驶模拟训练系统，具有较高的科技含量，较好的环境效益，符合北京科技奥运、绿色奥运的要求，”“北京市若采用该种汽车驾驶模拟系统，每年可直接减少排放一氧化碳13500吨──相当于减少15万辆达到欧洲2号排放标准的轿车的排放量。” 北京环境保护科学研究院的分析报告对VR-4模拟器作出了这样的评价。
除了环保效益之外，这一系统还能扩充驾校容量，减少驾校练车场地对土地的占用，间接扩大教练队伍(一个教练可以看两台车)。根据最粗略的估计，全国驾驶培训中需要2万套这样的系统，光北京就要1000套，这是一个很大的市场。目前，已经有很多机构对VR-4表示了很大的兴趣，“北京首丰驾校的校长来看过三次，离开时很是不舍。”而就在记者采访的当天中午，就有河北的客人表示要投资这个项目。
通过钟教授和他的同行们的努力，先进的虚拟技术与传统的技能训练结合在一起，让记者这样的普通人也感受到了虚拟现实技术广阔的应用前景。这，或许正是中国虚拟现实技术产业的希望所在。