ACM通信
共同愿景
图为，在美国通用汽车公司(GM)北美设计中心的一间昏暗的房间里，正在就一款汽车的概念展开讨论。在评论者的对面，一辆详细的、全尺寸的汽车在阳光照耀的露台上的转盘上旋转。按下按钮，庭院就变成了冬季的景色，光秃秃的树木倒映在汽车表面。接下来，这款车会与现有的汽车品牌线并排放置，或者以半透明的方式覆盖其前身，以展示设计的演变。
通过虚拟环境的使用，以前不切实际或昂贵的操作(如在户外检查车辆模型)在汽车行业变得很常见。通用汽车自1995年开始在生产中使用，这些场所已经成为协作会议室，现在通过共享的虚拟模型将全球工作组通过电子方式连接在一起。在这里，我描述了在设计评审中使用单一的和网络化的协作虚拟环境，包括在小组交流、视觉感知和模型和视点的远程控制中获得的经验教训。
艺术家和工程师之间的合作，以及跨功能车辆开发团队的其他成员之间的合作，需要一种明确的语言，即当前物理模型的通用语言。对于外观美学，设计师依靠2D草图(电子或其他形式)来实现其流动性和表现力。从设计意图到产品涉及到2D艺术品到3D形状的转换，以及美学概念与工程和制造现实的协商融合。详细的物理模型在这两个阶段都继续扮演着核心角色，因为没有其他的代表足够好来取代它们。然而，使用电子替代品是因为物理模型的生产时间和费用，以及无法在全球企业中共享它们。虚拟现实(VR)帮助这些电子模型看起来更真实。我们的研究目标是创造和推进现实虚拟模型的使用，为未来的数字化企业铺平道路。
vr最初的符号手套和头戴式显示器(HMD)在汽车行业并不常见[1］．相反，沉浸式投影技术(IPT)显示系统变得流行起来。IPT显示器由若干立体投影屏幕组成，通常配置为一堵墙或CAVE [2]如图1．前者是“向外看”，后者是“向内看”;在这里，分别是查看汽车外观和内部。
立体眼镜、3D头部跟踪设备(以确定正确的视角)、3D指向设备和音频扬声器完成了基本的硬件界面。它与呈现存储模型的计算机和软件一起组成了显示系统。在我们的应用中，一个真正的桶形座椅和方向盘与cavevr中的虚拟汽车内部进行空间协调，可以帮助驾驶员调整他们的身体位置，让他们感觉更像是在车里，而不是在剧院里。
踢轮胎
自1992年以来，转基因研究与发展公司协助开发并在全球范围内推广IPT系统[9］．虽然这里讨论的例子必须针对我们的经验和应用，但希望这种提炼对其他沉浸式应用有用。
视觉交流。令人惊讶的是，许多工程师认为可视化只是一种检查。CAD数据是在多种可视化之前必须存在的数据，它可以用来计算车辆尺寸、包装体积、人的到达曲线和视线。为什么想象?视觉探索提供了新问题的发现以及预期的验证。设计的方方面面，例如美学，甚至是室内空间感，都是主观感受，并不是直接可计算的。理念和经验的交流是关键。
减少硬件入侵。如果你戴着HMD，就很难和站在你旁边的人交流。IPT显示器更受欢迎，但即使使用它们，需要佩戴立体眼镜也很烦人，以至于人们会完全放弃立体视觉，如果立体视觉对某一特定任务的价值最小的话。
显示模型的全尺寸。一辆漂亮的汽车显示在立体，头部跟踪19英寸。班长是一种新鲜事物，不会产生什么真正的热情。它和同一模型之间的差异显示了全尺寸的18英尺。宽墙被一位经理简洁地说:这是一个模型;这是一辆车!”心理影响是巨大的。但也有现实和感性的原因促使1:1的比例。
- 在大屏幕前开小组会议比在显示器前开小组会议更容易。
- 一个全尺寸的显示器促进与一个人的比例，熟悉的对象的自然互动。你可以走近一辆虚拟汽车，看里面的情况，用你被跟踪的手去摸车门，模拟打开车门。当你坐在室内时，你可以以第一人称体验到接触和可见度的问题。
- 在真实场景和沉浸式显示器中，人们根据眼睛在地面上的高度来正确估计垂直模型的大小，但是不在小图片或显示器上显示[5］．描绘汽车的墙壁屏幕需要延伸到物理地板，所以车辆和观众的地面平面一起流动。
- 比例模型，即使是物理模型，也不能为全尺寸模型生成正确的形状预期。设计师经常评论说，一辆全尺寸的汽车看起来与他们日常习惯观看的物理比例模型不一样。全尺寸的虚拟模型可以帮助消除这种错误的预期。
通过虚拟环境的使用，以前不实用或昂贵的操作在汽车行业变得司空见惯。
拓展
网络虚拟环境[68，12共享数据和控制。通用汽车公司有多个站点通过公司内网连接。其中四个包含在同一个房间的CAVE和Wall，这样如果需要，虚拟车辆的内部和外部可以一起查看。在这些显示系统中，主要的数据结构是场景图，它保存着要以图形方式呈现的对象之间的参数和关系。通过一个允许通过网络动态修改数据的编程接口，场景图可以以几种方式共享:在应用程序和显示系统之间;在同一房间内的两个或多个显示系统之间;以及地理分布的显示系统。
住编辑。生活链接．应用程序之间共享的场景图(图2一个)可以保存各种数据，例如，美学表面和工程模拟数据(热流，安全气囊部署)。每个应用程序的特定插件可以通过网络将数据链接到场景图中的相应实体，因此可以实时更改一些参数[10)。虽然在虚拟环境中可以使用3D交互工具，但对场景图的远程应用控制有一些优势:
- 人们接受了应用程序用户界面的培训，这使得修改特定数据更加容易。
- 需要精细控制或数字输入的数据编辑工具(如材质编辑器)在传统2D鼠标/键盘界面中比沉浸式3D显示更容易使用(根据我们的经验)。
- 更改保存在它们所属的应用程序的本机数据库中。
- 助手可以远程控制或指导操作。审稿人通常不会直接控制。
看到我看到的了吗?除了与应用程序数据库相连接外，多个显示系统中的场景图还可以逐项(图2 b)．如果一个项目被修改，所有的显示都会被更新。共享模型的每个显示系统的视点可以是独立的或受控制的。从CAVE中看到的汽车内部的景色可以控制同一内部的墙壁上的景色，使许多坐在墙壁前的人更容易体验到司机通过眼睛看到的东西。这些展示可以放在同一个房间，也可以分布在全球;在后一种情况下，口头交流是通过扬声器实现的，尽管已经进行了数字音频的实验[4］．
看到我在做什么了吗?全身化身可用来代表远程参与者。然而，通用汽车目前的设计评审是预先构建的，目前一次最多涉及两个站点，并且关注共享模型，而不是参与者。在这个受约束的上下文中，全身化身是不必要的，而且是不使用的。指示模型中感兴趣的区域的虚拟箭头指针是远程参与者的唯一表示，而不是请求的语音。
我们已经试验了约束较少的设计评审场景，其中意识[3.其他参与者的问题更重要。特别是，化身被用来说明远程参与者发起的各种行动[10，11］．例如，通过预先定义的动作捕捉动画或精确的模拟，一个角色可以向另一个观众演示如何伸手去拿手套箱。真正的参与者只需用一只被跟踪的手去拿手套箱，就能触发他的远程化身动画。只有触发命令需要通过网络发送，而不是实时跟踪信息或更改所有角色的关节，因为动画是在本地完成的。
在路上
协同设计的未来取决于比这里所描述的更多的技术问题。首先，数据库管理问题在任何企业都是棘手的，而且对于全球分布的数据更具挑战性，尤其是当我们设想设计的各个部分来自世界各地的不同工作室，甚至是不同的供应商，正好可以共同努力。但真正决定成败的是这项技术是否能变得隐形，也就是说，不仅适合这项任务，而且不引人注目。
今天，通信网络中的延迟使分布式的面对面的会议感觉不自然，并使细粒度的交互变得困难。在单个IPT站点中还有其他问题。大多数IPT显示器只有一个正确的视角，除了一个观众外，其他所有人都看到共享模型在某种程度上扭曲了。即使有了正确的观点，个人的感知也会因某些不为人知的原因而有很大的差异。用幻觉取代物理现实需要大量的额外研究，但即使是有限的成功也会产生巨大的影响。
参考文献
1.布林格,周宏儒。，Blach, R., and Breining, R. Projection technology applications in industryTheses for the design and use of current tools. In第三届国际沉浸式投影技术研讨会论文集．(德国斯图加特,1999)。
2.Cruz-Neira, C.， Sandin, d.j.， DeFanti, t.a.， Kenyon, r.v.，和Hart, J.C. CAVE:音频视觉体验自动虚拟环境。Commun。ACM 35， 6(1992)， 6472。
3.支持远程沉浸式的协作意识。在第三届国际沉浸式投影技术研讨会论文集．(德国斯图加特,1999)。
4.Daily, M. Howard, M.， Jerald, J.， Lee, C.， Martin, K.， McInnes, D.， Tinker, P.和Smith, R.C.虚拟环境中的分布式设计评审。在协同虚拟环境学报，2000。(2000年9月10日，旧金山)。
5.Dixon, m.w.， Wraga, M.， Proffitt, d.r.和Williams, G.C.在沉浸式和非沉浸式显示器中的眼睛高度绝对尺寸缩放。实验心理学:人类的感知与表现2 582593年。
6.Leigh, J.， Johnson, A.和DeFanti, T.A. CAVERN:一种在协作虚拟环境中支持可扩展持久性和互操作性的分布式架构。2 .虚拟现实技术与应用， 2(1997)， 217237。
7.王志强，王志强，王志强，等。NPSNET:面向大规模虚拟环境的网络软件架构。3,4(1994), 265287。
8.S. Singhal和M. J. Zyda。网络虚拟环境的设计与实现．1999年7月。ACM出版社，纽约，纽约。
9.Smith, r.c.， Peruski, L.， Celusnak, T.和McMillan, D.J.真正进入你的工作:沉浸式模拟的使用。在国际主体工程会议(IBEC)论文集，先进技术与工艺(1996)。虚拟现实在制造、研究和教育中的应用。(芝加哥,1996)。
10.Smith, r.c.， Pawlicki, r.r.， Leigh, J.和Brown, D. Collaborative VisualEyes。在第四届国际沉浸式投影技术研讨会论文集．(爱荷华州艾姆斯,2000)。
11.Smith, r.c.， Pawlicki, r.r.， Leigh, J.和Brown, D. Collaborative VisualEyes Video。在IEEE VR 2000视频论文集。(新不伦瑞克，新泽西州，1822年3月)。
12.H. Avocado Tramberend:分布式虚拟现实框架。在IEEE虚拟现实学报。(休斯顿,德克萨斯州。, 1999)。
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