虚拟现实技术的分类及应用

第8期2018年4月No.8April，2018

虚拟现实（Virtual Reality，VR）单从客观学术表达的

角度，虚拟现实技术指的不仅是计算机图形技术所生成的

视觉，还有听觉、触觉、运动，甚至于现在人们还在探索的

味觉、嗅觉等，所以VR技术被称为多感知，通过这些多方

面多角度技术，让虚拟现实使用者产生身临其境的感觉。

1 VR技术的要素和分类VR技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计

算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络

技术等多种尖端技术相结合而成的，作为一门交叉技术，VR技术拥有一定的难度基础，同时，VR技术又是一门极具

有挑战性的前沿学科和研究领域。1956年之后，随着硬件

设备的飞速发展，VR技术的理论也日趋完善。一般来说，

理解虚拟现实有4个关键要素：想象（Imagination）、交互

（Interaction）、沉浸（Immersion）和行为（Behavior）。由

于这4个关键要素中的前3个要素的英文字母都是以“I”为开

头，后一个以“B”开头，所以业界又简称为“3I+B”。1.1 理解VR的4个要素

1.1.1 沉浸感

沉浸感就是指通过视觉、听觉等使得用户有身临其境的

感觉，来增加虚拟世界的真实性。因为相对于理论的提出顺

序而言，沉浸感是后来加上去的，而同时沉浸感也成了区分，

虚拟现实设备好坏和VR技术类型的一大重要依据，同时这

也是虚拟现实技术发展的目标之一。1.1.2 想象

想象主导着VR内容甚至是VR产业的发展潜力，想象是VR的虚拟世界比之其他技术最吸引人的地方，想象的高度

决定着VR内容以至于VR产业的发展深度以及影响范围，就

拿计算机游戏举例，数学家运用“扫雷”这个游戏研究概率

而普通人只是单纯地用这个游戏来解闷。同时针对行业目前

的情况，想象也是十分重要的。想象为精品内容的出现提供

了可能，为新的交互方式、新的行为方式提供了灵感，跳出

传统思维才是属于未来的思考方式。1.1.3 交互

交互是指计算机通过各种各样的传感器捕捉用户的动

作等信息，同时经过处理后与人能够产生相互作用，包括对

于物体的可供操作的程度，交互是沉浸感中不可缺少的一大

重要影响因子，交互的实时性对于硬件的要求颇高，由于人

类自身的物理反应，稍微的延迟就会严重影响体验。交互也使得VR不单单是简单的360度全景视频，它拓宽了VR的领

域与应用范围。简简单单的转头也是交互的一种，从简单的

环形荧幕到“陀螺仪”，这里不得不谈一个小小的例子：1968

年受制于当时的技术水平，科学家Ivan Sutherland发明的VR

头戴设备“达摩克利斯之剑”是依靠悬挂在天花板上来减少

它的重量，由此我们不得不再次感叹科技的力量。1.1.4 行为

行为是行为的基础，行为是交互的表达方式。从硬件角

度而言，单纯只有头戴显示设备的时候，用户的行为紧紧局

限于视觉的相关方面，从目前来说，要进行更多的互动就意

味着需要更多的不同类别的传感器，所以VR手柄、激光定位

器、追踪器、运动传感器甚至于VR座椅、VR跑步机等应运

而生。

2 VR技术的主要类型

根据VR技术应用在其他领域采用的不同形式和最直观

的沉浸度来区分，VR技术可以划分为以下4类。2.1 小型传感器

简单的光线传感器、距离传感器等小型传感器，抑或者

只是计算机界面的模拟应用。但是由于其造价低和门槛低的

特点，这种类型的VR技术应用最为广泛。2.2 沉浸式虚拟现实

比之桌面式虚拟现实，沉浸式虚拟现实则提供更高层

次的完全的沉浸式体验，使得用户有一种置身于虚拟世界的

感觉。几乎所有沉浸式虚拟现实的分类都是以头盔显示器为

关键设备，当然随着科技的发展，业内的趋势是抛弃繁重的

头盔设备，转而以眼镜甚至是直接投影在眼球上来代替。

沉浸式头盔是一种将使用者与真实环境隔离的先进显

示装置，它可以分别为左眼和右眼提供两个既包含平行视差

又独立的图像，类似于3D电影的拍摄和播放原理。再加上各

种类型的传感器对现实的分别模拟，就能够产生一种极强

的立体真实感。这种类型的VR技术是目前影响最广，在可操

作的前提下潜力最大的一类。更多的商家也愿意在这一类的VR技术上做投资。

2.3 增强现实性虚拟现实

增强现实性虚拟现实，则是跳出了对现实的模拟和仿

真，转而要加强参与者对于真实世界的感受，也就是那些无法

感知或者是不方便感知的事物。比如说用户去参加车展，带上

相关的设备后看车，车子的各类信息就会在设备上显示出来，

作者简介：李巍（1978— ），男，河南安阳人，助理工程师，学士；研究方向：广播电视网络技术。李 巍

（安阳广播电视台，河南 安阳 455000）

摘 要：虚拟现实（VR）技术在各个领域的优秀实例表现，展示了其作为未来主流技术的潜力。文章就VR技术的技术要素和

应用类型进行了分析。

关键词：虚拟现实；沉浸；想象；交互；行为无线互联科技Wireless Internet Technology

虚拟现实技术的分类及应用第8期2018年4月No.8April，2018

这样用户就不必再去询问抑或者查询资料。增强现实是VR技

术发展的目标和最终形态，但是受限于相关技术的发展。2.4 分布式虚拟现实

简单来说，分布式虚拟现实系统是前面3类的集合版本。

分布式虚拟现实系统是指基于网络的虚拟环境，使得位于

不同物理位置的多个虚拟环境或者多个用户能够通过网络

相连接。虚拟现实系统运行在分布式环境下有两种原因：

（1）基于计算机发展的强大的分布计算能力。（2）某些应

用本身就具有分布特性的需要，比如，各类网络游戏或者假使

分隔在两地的人能够通过VR技术实现“面对面”的交流等。

3 VR技术在各领域的应用VR技术在各领域的应用从产生之初就受到高度关注，

特别是需要消耗大量人、财、物以及具有危险性的应用领

域，具体来说主要包括以下几个方面。3.1 在工业上的应用

VR技术使得现代工业设计得以更进一步，新的思路带

来了新的创新的可能，作为现代工业的核心环节，VR技术在

传统设计的基础上代替了老一套的平面设计，使得二维平面

设计上的束缚得以突破。在进行产品设计时，可以利用计算

机仿真、遥感等现代最新技术，将产品的质量、性能等全面

地展示在三维空间中。设计师可以在计算机的帮助下，更加

直观地观察到产品成型的状态，就能迅速地找出产品设计中

的不足并且更快地加以解决，这样就可以缩短设计的周期，

提高现代产品制造的效率，从而减少了研发成本，进而提高

了产品的市场竞争力。不仅如此，利用分布式类型的VR技

术，顾客还可以率先在虚拟世界里使用虚拟的产品，降低了

直接投入市场运营的风险，而且三维空间中产品能够更好地

体现设计者的设计理念，表达出设计者正确的想法。3.2 在教育上的应用

VR教学是VR技术应用领域的一大重要目标，因为不论

在什么情况下，教育的重要属性都不会减弱。比之于传统的

面授黑板教学或者多媒体教学，VR教学能够更加吸引学生

的兴趣，虚拟交互使得教育从被动变为主动，对于知识的表

达也更加的直观。同时也为某些教学增加了安全系数，比如

在化学的教学中，既可以利用VR技术在桌面上使得书本上

的专业器具名词更加的立体，又可以利用沉浸式设备模拟化

学反应的发生，不仅保证了安全，而且相比于视频能够从各

种不同的角度更加直接地观察。3.3 在军事上的应用

利用VR技术搭建的虚拟战场，可以使得士兵能够提前

适应将要作战的环境并且在与实地环境极为接近的状态下

进行战斗的演练等工作，VR技术的发生地美国在这一点上

走在了前列：当年的海湾战争，士兵们对于周遭的环境并不

会感到异常陌生，因为他们之前在模拟器中看到过、感受过无线互联科技·技术应用

不止一次这样黄沙漫天的场景，毕竟在战场上时间是最重

要的，敌人无时无刻不对你进行攻击，你需要做的就是马上

解决眼前的问题。 VR技术在军事中除了在战场上的应用，还有在战后士

兵的心理修复方面也扮演着重要的角色。利用高配置的VR

头盔，在各类传感器的帮助下，使得能够再现当初战场的图

像、声音甚至于是气味，士兵就能在专业医生的监控下重新

面对他们体会他们所经历的一切，同时减轻了谈话治疗的负

担，成为医者的全新的一项改善治疗的选项。3.4 在医学上的应用

VR技术能很好地解决看病远、看病难的问题，患者通

过扫描自身的信息然后发送给医生进行诊断，或者通过之

前设定的数据进行一些小疾病的自我检查。传感器对于身体

的扫描而产生的信息汇总，会比病人自我描述显得更加详

细，有利于缩短诊断的时间，提高疾病治疗的成功率。在某

些医生不能到场的情况下，可以利用VR技术进行远程医疗。

例如医院远程会议、远程实时合作手术等。在手术中，可以

通过操纵手术机器人代替人手来完成一些高难度的动作，甚

至是进入血管等体内的微型机器人，进行肿瘤的切除等外

部很难完成的手术。3.5 在游戏上的应用

普通的游戏无论是2D抑或是3D都不会产生VR游戏这

般真实的体验，同时由于游戏的普适性，VR技术在游戏上

的应用也是VR技术推广的重要部分，抛弃了鼠标和键盘的

束缚，真正的以玩家为主角中心。VR技术帮助玩家“真实”

实现了自己的梦想，例如使命召唤的VR版本可以让玩家体

验真实的战场，实现普通人的战场梦：STEAM的B. Braun Future Operating Room游戏让玩家过了把医生的瘾。还有

赛车、飞行等数不胜数。3.6 在手机上的应用

由于手机和周遭电子设备的智能化，VR技术与手机的

结合可谓是相得益彰，在桌面式虚拟现实方面，手机可以通

过安装APP来模拟各种控制器来达成例如空调温度的控制，

智能电视频道换台，窗帘的自动开关等，这也是最近各厂商

乐忠的生态家居的概念。在沉浸式虚拟现实方面，受限于设

备成本，行业自己的发展衍生出了名为虚拟现实眼镜和虚拟

现实头盔的区别产品，就像手机行业的低端机和高端机的产

品定位分布。除去配置和做工的差别，虚拟现实眼镜是依靠

镜片为技术核心，借助智能手机来作为它的“主机”。由于所

需的硬件在手机内的高度集成，虚拟现实眼镜的成本就大大

降低了，真正降低了沉浸式VR的门槛，例如小米手机推出的

小米VR眼镜，三星手机推出的Gear VR，暴风影音的暴风魔

镜等都属于这个范畴。

Classification and application of virtual reality technology

Li Wei

（Anyang Radio and Television Station, Anyang 455000, China）

Abstract： The virtual reality（VR） technology in all areas of good examples, shows her potential as a mainstream technology in the

future. In this paper, the technical elements and the application of VR technology types are analyzed.

Key words：virtual reality; immerse; imagination; interactive; behavior