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简述虚拟现实技术
作者：李文霞 顾翀
来源：《今日印刷》2013年第06期
虚拟现实的特点
虚拟现实采用以计算机技术为核心的现代高技术，生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，使用户如身临其境一般，可以及时而没有限制地观察三维空间内的事物。由此可见，虚拟现实的主要特征为交互性、沉浸感和构想性。具体来说可以用3个“I”来概括，即Immersion、Interactivity和Imagination。
1.交互性（Interactivity）
虚拟现实的交互性是指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度以及用户从该虚拟环境中得到反馈的自然程度。而这种交互的产生，需要借助于各种专用的三维交互设备。例如，船舶结构虚拟装配系统中借助三维鼠标，用户便可以感受在虚拟船舶内走动并可以拆装设备。
2.沉浸感（Immersion）
又称临场感，指用户感到作为主角存在于该虚拟环境中的真实程度。VR技术最主要的技术特征就是使用户具备一种在计算机虚拟环境中的沉浸感，即让使用者觉得自己是计算机系统所创建的虚拟环境的一部分，使人由观察者变为参与者，从而能投入到计算机实践并沉浸其中。在曼恒数字呈现的虚拟船舶内，用户戴上三维立体眼镜便能感觉自己抽离了现实，沉浸于大海之中的船舶上。理想的模拟环境应该使用户全身心投入到计算机创建的三维虚拟环境中，在该环境中，看起来、听起来、闻起来、摸起来甚至尝起来感觉都是真的，跟现实世界毫无分别。
3.构想性（Imagination）
构想性强调虚拟现实技术广阔的想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。在电影《阿凡达》中，卡梅隆依靠自己的想象和虚拟现实技术，创造了一个梦幻般的星球——潘多拉星球，片中的岩石沙尘、森林陡山、外星生物都是构想的，虚拟现实的构想性应用给观众带来了首当其冲的视觉震撼。
论文
虚拟现实技术
- 1 - 浅谈虚拟现实技术
摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域，涉及的关键技术，最新研究进展，应用与前景展望。
关键词虚拟现实技术，研究现状，相关应用，信息安全
一．虚拟现实的概念、特征及应用领域
虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。
虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感器等。
（虚拟现实技术穿戴的装备）
- 2 - GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作 “Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的 “3I”特性：交互性
(interactivity) 、沉浸感 (Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能，由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
一、 虚拟现实技术概述
自从计算机发明以来，计算机一直是传统信息处理环境的主体，它只具有在数字化的单维信息空间中处理问题的能力。而事实上，人类是依靠自己的感知和认知能力全方位的获取知识，是在多维化的信息空间中认识问题。这样就产生了人类认识问题的认识空间与计算机处理问题的信息空间不一致的矛盾，人类被排斥在计算机为主体的信息处理环境之外，而且较难以直接理解信息处理工具的处理结果，更难以把人类的感知能力和认知经验与计算机信息处理环境直接联系起来。因此，人们迫切需要突破现有的数字计算机只能处理单纯数字信息的限制，建立一个能包容图像、声音、化学气味等多种信息源的信息空间，人们不但可以从外部观察信息处理的结果，而且能通过视觉、听觉、嗅觉、口令、手势等多种形式参与到信息处理环境中去，这种信息处理环境被称为虚拟环境。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。
虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统(其中虚拟世界是全体虚拟环境的总称)。通过虚拟现实系统所建立的信息空间，已不再是单纯的数字信息空间，而是一个包容多种信息的多维化的信息空间(Cyberspace)，人类的感性认识和理性认识能力都能在这个多维化的信息空间中得到充分的发挥。
要创建一个能让参与者具有身临其境感，具有完善地交互作用能力的虚拟现实系统，在硬件方面，需要高性能的计算机软硬件和各类先进的传感器；软件方面，主要是需要提供一个能产生虚拟环境的工具集。
二、 国内外虚拟现实技术的研究状况
2.1 国外虚拟现实技术的研究
（1）、美国的研究状况
美国是从事虚拟现实研究最早、研究范围和水平最高、相关研究对国家发展贡献最大的国家，从事虚拟现实的大学包括MIT、Stanford大学、华盛顿大学、UniversityofIllinoisatChicago、CMU等几乎所有著名的大学，其研究内容侧重新概念发展(如虚拟现实的概念模型)、单项关键技术(如触觉反馈)和系统实现，并参加了许多有关虚拟现实的国家项目。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
vr虚拟现实技术特点
VR（Virtual Reality）是一种通过电脑图形学与计算机仿真技术，利用人对三维空间的感知与交互设备，创造出逼真感官体验的人机交互技术。在现实虚拟化之后，用户可以沉浸在一个虚拟的环境中，与虚拟世界进行实时互动。VR技术具有以下特点：
1.沉浸感高：VR技术可以提供高度沉浸感，在虚拟环境中用户可以感受到身临其境的体验。通过佩戴VR头显，用户可以进入一个完全虚拟的世界，与虚拟对象进行互动。
2.交互性强：与传统的使用键盘和鼠标进行交互相比，VR技术可以提供更直接、自然的交互方式。通过手柄、手势识别技术，用户可以直接通过手部动作来操控虚拟对象。
3.多感官体验：VR技术通过模拟人类的多感官体验，包括视觉、听觉、触觉等。通过视觉上显示的虚拟画面、3D音效和触觉反馈，用户可以感受到真实的存在感。
4.可定制性强：VR技术可以根据用户的需求进行定制。用户可以根据自己的喜好，自定义虚拟环境、虚拟对象和交互方式，满足个性化的需求。
5.应用广泛：VR技术不仅可以用于娱乐领域，还可以在教育、医疗、建筑设计、航天航空等领域得到应用。在教育方面，VR技术可以提供沉浸式的学习环境，帮助学生更好地理解抽象概念。在医疗方面，VR技术可以用于医学训练和手术演练，提高医护人员的技能水平。 6.商业化前景广阔：VR技术已经进入商业化阶段，并且在游戏、旅游和娱乐等领域取得了成功。众多的企业和创业公司都投入到VR技术的研发和应用中，展现出较好的商业化前景。
7.高度依赖计算技术：VR技术对计算机性能的要求较高，需要有压倒性的图像计算和图形渲染能力。因此，VR技术的发展与计算技术的进步具有密切关系。
8.挑战和难点：尽管VR技术在很多领域有着广泛的应用前景，但其仍面临一些挑战和难点。例如，虚拟画面的分辨率和帧率需要进一步提高，以提供更真实和流畅的体验。此外，VR技术在长时间使用过程中容易造成用户的眼部疲劳和晕眩感，需要进一步改进。
