虚拟现实技术

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虚拟现实技术

作者：施侃侃

来源：《职业时空》2007年第07期

摘要：随着信息产业的蓬勃发展，也越来越重视信息技术的创新研究和长远发展。而作为信息技术发展重要驱动力的"虚拟现实（Virtural Reality）"技术，也随之成为人们关注的热点之一。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。虚拟场景漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，由于有可贵的3I特性--沉浸感、交互性和构想性，使得沿用固定漫游路径等手段的其他漫游技术和系统无法与之相比。构建三维模型时采用3DS MAX三维建模工具和VRML建模语言相结合来创建虚拟场景。本文简单介绍了虚拟现实技术的概况。

关键词：虚拟现实；VRML；3DS MAX；三维建模

虚拟现实技术 简称VR，又称灵境技术，是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术。虚拟现实技术是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。由于其独有的多感知性、沉浸感、交互性及自主性，虚拟现实技术已经广泛应用于航天、军事、医疗，教育甚至游戏领域。VR技术已经被公认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。

对于人类文化发展历史的考察表明，虚拟现实技术具有悠久的前史。人类不同时期尝试超越文字表现力的局限、超越时间与空间的约束，用形象、色彩和周边条件来创造虚拟化的信息环境的努力。18世纪出现的全景画，可谓构造沉浸式的虚拟体验景象的早期技术。20世纪中叶以来，人们进一步发展出全景电影，创建体验剧场以突破银幕的壁障，然而直到多媒体计算机系统的出现，才真正具有了综合处理音频、视频、图像、数据和文字等多类信息的全面功能。通过利用并集成这种高性能的计算机软硬件并使之与各类先进的传感器相联接，人们才有可能创建一个使参与者具有身临其境的沉浸感和完善的交互作用能力，并能帮助和启发其构思的适人化的多维信息空间，即创建一个比较完备的虚拟现实系统。正如Burdea G.在“Virtual

虚拟现实技术优缺点

优点

1. 沉浸式体验：虚拟现实技术可以提供身临其境的沉浸式体验，让用户感受到身处在虚拟环境中的真实感。这种感觉可以增强娱乐、教育和培训等方面的体验，并为用户提供更加真实的交互体验。

2. 创新应用：虚拟现实技术在多个领域有创新应用的潜力。例如，在医学领域，医生可以使用虚拟现实技术进行手术模拟和培训；在建筑领域，设计师可以使用虚拟现实技术进行建筑模型的演示和评估。这些创新应用可以提高工作效率和质量。

3. 没有地理限制：虚拟现实技术可以让人们超越地理限制，进行远程交流和合作。无论身处何地，人们都可以通过虚拟现实技术互相沟通和协作，为商务和教育等领域带来便利。

缺点

1. 价格昂贵：虚拟现实技术的设备和软件通常价格较高。这使得虚拟现实技术对于一些人来说不太可及，尤其是那些经济条件较差的人群。

2. 物理限制：虚拟现实技术需要使用头戴式显示器等设备，这些设备可能会给用户带来不适感，如晕眩、眼疲劳等。此外，虚拟现实技术还需要大量的计算资源和物理空间支持，这对用户的使用环境提出了一定要求。

3. 社交隔离：虚拟现实技术可能会导致社交隔离。由于用户在虚拟环境中完全沉浸，他们可能会与现实世界中的社交互动减少。这种隔离可能会对用户的社交能力和人际关系产生一定的负面影响。

虚拟现实技术具有沉浸式体验、创新应用和没有地理限制的优点，但也存在价格昂贵、物理限制和社交隔离的缺点。在使用虚拟现实技术时，人们需要综合考虑这些因素，并根据自身需求和情况做出决策。

简述虚拟现实技术的原理

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是一种计算机技术，利用计算机生成的图像、声音等多种感官输入，通过特殊的设备和系统将用户置身于一个虚拟的环境中，并使用户可以与虚拟世界进行交互和控制。

虚拟现实技术的基本原理是模拟真实的环境，通过计算机实现真实环境的交互和视觉体验。虚拟现实的技术可分为三个主要部分：硬件系统，软件系统和虚拟世界环境。

硬件系统是虚拟现实技术的基础设施，包括计算机系统、头戴式显示器、手柄、追踪设备和音频设备。计算机系统是驱动虚拟现实技术的核心，虚拟现实技术需要高性能的计算能力和图形渲染能力来生成逼真的虚拟环境。头戴式显示器是用户的视觉接口，它将虚拟世界呈现给用户，并支持用户的头部运动跟踪，使用户有身临其境的感觉。手柄是用户的输入设备，它可以模拟用户的手部动作，实现用户对虚拟物体的操作和交互。追踪设备可以追踪用户的身体姿态，让用户在虚拟环境中自由移动并与虚拟环境进行身体感觉的交互。音频设备用于提供环境音响效果，增强用户的身临其境感受。

软件系统是虚拟现实技术的另一个重要组成部分，包括虚拟现实引擎、虚拟现实应用程序和交互程序。虚拟现实引擎是虚拟现实技术的核心，它负责渲染虚拟环境，并处理用户的输入信号。虚拟现实应用程序是在虚拟环境中运行的程序，它们可以是游戏、培训模拟、医疗仿真等多种应用场景。交互程序是用户与虚拟环境之间的接口，它们可以通过手柄、追踪设备等用户设备，让用户与虚拟环境进行交互和控制。

虚拟世界环境是虚拟现实技术的核心，它是在计算机内用数学建模方法生成的虚拟环境，模拟真实世界的环境和物体，包括声音、光线、质感、速度和体积。虚拟世界环境需要高质量的渲染技术，以呈现出逼真的效果。根据应用场景的不同，虚拟世界环境可以是游戏场景、培训模拟环境、医疗仿真环境等多种。

虚拟现实技术的原理可以归纳为以下几点：

虚拟现实技术资料整理

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种能够模拟和创造虚拟环境的计算机技术，通过使用特殊的设备，如头戴式显示器和手柄控制器，使用户能够身临其境地感受和交互虚拟环境。近年来，虚拟现实技术在游戏、教育、医疗、娱乐等领域得到了广泛的应用和发展。

一、虚拟现实技术的基本原理

虚拟现实技术的实现主要依靠以下几个关键技术：图像生成与渲染、空间定位与追踪、交互设备与手柄控制、声音与音频处理、实时计算与传输等。

1. 图像生成与渲染

虚拟现实技术通过计算机生成逼真的三维图像，以模拟真实世界的场景。图像生成主要依赖于计算机图形学和计算机视觉技术，包括建模、纹理映射、光照计算等。而图像渲染则是将生成的图像进行处理，使其能够在虚拟环境中呈现出逼真的效果。

2. 空间定位与追踪

为了让用户能够在虚拟环境中自由移动和交互，虚拟现实技术需要实时追踪用户的头部和手部位置。目前常用的定位和追踪技术包括惯性导航、光学追踪、声音定位等。

3. 交互设备与手柄控制

为了增强用户对虚拟环境的交互体验，虚拟现实技术使用各种交互设备和手柄控制器。例如，头戴式显示器可以实时跟踪用户头部的位置和姿态，手柄控制器可以模拟用户的手部动作。

4. 声音与音频处理 虚拟现实技术还需要提供逼真的音频效果，以增强用户的沉浸感。通过声音定位和音频处理技术，可以使用户在虚拟环境中听到来自不同方向的声音，并产生立体声效果。

5. 实时计算与传输

虚拟现实技术需要实时计算和传输大量的图像和数据，以确保用户在虚拟环境中的体验流畅和逼真。高性能的计算机和稳定的网络连接是保证实时计算和传输的关键。

二、虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域。

1. 游戏与娱乐

虚拟现实技术在游戏和娱乐领域有着广泛的应用。通过虚拟现实设备，玩家可以身临其境地参与游戏，感受到更加真实的游戏体验。例如，玩家可以在虚拟现实环境中与游戏角色互动，体验到真实的动作和情感。