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虚拟空间

已有 779 次阅读 2024-5-3 10:34 |个人分类:工作点滴|系统分类:科研笔记

(2008-04-01 07:36:48)

数据融合、计算机仿真、虚拟现实、计算机图形学,又是一代进化和超越……。最近,吾有两个学生努力研修着这类问题,并且从网络上下载了一个“兔子”的三维模型数据,汝在虚拟空间中迷失了方向。泰戈尔先生有诗吟:“信念是鸟,它在黎明仍是黑暗之际,感觉到了光明,唱出了歌。”    

吾研究计算机仿真技术已经有十多年的时间了,最为著名的成就要算是水轮发电机的大型计算机仿真软件了。这个仿真软件运行在丰满水电厂已经有六七个年头了,仿真软件的目的就是希望将真实的发电机配置、运行、故障现象在计算机空间里仿真出来。简单地讲,汝可以在计算机空间里配置发电机、运行发电并且进行故障检测,同现实世界中的操作一模一样。    

斗转星移,十几年过去了,几代人不断地在这个空间里进化着。计算机空间,虚拟现实,吾有的时候也称呼其虚拟空间,英文是Cyberspace,是一个非常奇怪而且超自然的想象空间。真实世界的时间和空间是不能够分割的概念,然而在这里时间和空间是完全可以不相干的事情。

吾人知道,在真实世界里一切事物都必须具有属于自己的位置,并且每一个位置都唯一的为这个事物而设立。对于空间的近代科学研究涉及到数学、物理、天文、力学、计算机图形学,这些学科被人类的想象力交织在一起,甚至融合到了人类心灵的最深处。吾认为空间在计算机意义上并非是静止的、绝对的、平面的,更不仅仅是物体表演各自角色的舞台。在虚拟空间中,空间是动态的、相对的、弹性可弯曲的,空间表达了人类对现实世界的直觉、知觉、理解、曲解、幻觉,甚至是凭空之想象。    

欧几里德几何学是否必然提出平行线永远不相交的公里?“大道无形,生育天地;大道无情,运行日月;大道无名,长养万物。”科学与哲学在人类过去的3,000年里将空间解释为一个固定舞台背景,天体运行其上却对其本质毫发无伤。空间是事物交互作用的场地,毫无疑问在这个舞台上事物的运动受制于牛顿力学的运动规律。科学发现,牛顿运动定律规定了物体在空间水平运动时,不管其运动形式如何变化,都没有丝毫改变空间的形态。既是宇宙之中的所有物质、运动以及能量消失殆尽,空间与时间仍然与世隔绝、依然长存永住。

爱因斯坦博士最大限度发展了十九世纪纯粹数学的研究成果,引发了伟大的革命。令人感到最为惊讶的是非欧几里德几何学体系的理论,在几个世纪里的许多方面之进展费尽周折才总算有了一点建树。然而,几个世纪以来的人类艺术家和工程设计者们却早已经觉察到弯曲表面的几何构图中所隐含的逻辑问题。    

人类坚信只有欧几里德几何学才具有逻辑可能性,并且所描述的空间真实存在。其实,欧几里德集合空间也只是人类观察的一个样板,虽然不是一个观察的近似结论,但是也不能全部地构成绝对真理。对于空间的研究,如果不能够接近客观现实,那么研究的结论就只能是宗教发挥想象的希望。否则,空间之有效性和延续性对探究最终真理之本义就会提出质疑,而产生对神学和宗教的绝望。

由于真实世界中商业成本之约束,所以吾对虚拟现实的研究,其实仅仅是停留在计算机仿真和图形之想象之中。在欧几里德几何学之外,同样还存在着并非支持平行线假设的几何学。这些几何学在逻辑上首尾一致,由于其具有无限多种逻辑一致性,所以分别在不同的弯曲表面描述了三角形的性质。

众所周知,日常生活用品的表面通常表现出三种空间弯曲率,即正曲率、负曲率和零曲率(或者水平曲率)。不同的表面曲率划分的依据就是三角形内角之和,这里所说的三角形并非仅仅由连接三点之间最短的直线所构成。欧几里德几何学告诉吾,如果三角形的三个内角之和等于180度,那么这个三角形一定是位于一个简单的平面之内。然而,如果三角形的三个内角之和小于180度,那么这个三角形将向观察者方向弯曲,或者叫做负曲率;如果三角形的三个内角之和大于180度,那么这个三角形将向观察者的观察方向弯曲,或者叫做正曲率。

    

自然,曲面映射与物体之间的一一对应关系同时也受到反射定律的制约,或许吾之学生从中能够演绎出非欧几里德几何学中存在的一些不言而喻的基本原理,吾儿时玩耍的“哈哈镜”就是一个曲面映射的生活例子。

    人类向往阳光,是因为有了道德的约束;人类期望自由,是因为无法克服自然束缚。这是一个“以人为本”的世界,人类所接受的观察和描述都是与人类自身的器官进化密切相关的。当人类的眼睛所直接观察到的现象不再是唯一的观察方式的时候,人类只能够依赖于计算机图形学去放大或者曲解真实世界中人类所希望看到的幻想了。



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