（一）概述：

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(英文名稱(chēng)：Virtual Reality，縮寫(xiě)為VR)，又稱(chēng)靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

（二）簡(jiǎn)介：

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)，顧名思義，就是虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合。從理論上來(lái)講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶(hù)沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號(hào)，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過(guò)三維模型表現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)檫@些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來(lái)的現(xiàn)實(shí)中的世界，故稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受到了越來(lái)越多人的認(rèn)可，用戶(hù)可以在虛擬現(xiàn)實(shí)世界體驗(yàn)到最真實(shí)的感受，其模擬環(huán)境的真實(shí)性與現(xiàn)實(shí)世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺(jué)；同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)具有一切人類(lèi)所擁有的感知功能，比如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等感知系統(tǒng)；最后，它具有超強(qiáng)的仿真系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使人在操作過(guò)程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實(shí)的反饋。正是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛(ài)。

（三）發(fā)展歷史：

1、第一階段（1963年以前）有聲形動(dòng)態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的階段

1929年，Edward Link設(shè)計(jì)出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器；1956年，Morton Heilig開(kāi)發(fā)出多通道仿真體驗(yàn)系統(tǒng)Sensorama。 

2、第二階段（1963—1972）虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽階段

1965年，Ivan Sutherland發(fā)表論文“UltimateDisplay”（終極的顯示）；1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（HMD）；1972年，NolanBushell開(kāi)發(fā)出第一個(gè)交互式電子游戲Pong。

3、第三階段（1973—1989）虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段

1977年，Dan Sandin等研制出數(shù)據(jù)手套SayreGlove；1984年，NASA AMES研究中心開(kāi)發(fā)出用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺(jué)顯示器；1984年，VPL公司的JaronLanier首次提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念；1987年，JimHumphries設(shè)計(jì)了雙目全方位監(jiān)視器（BOOM）的最早原型。

4、第四階段（1990年至今）虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用階段

1990年，提出VR技術(shù)包括三維圖形生成技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)和高分辨率顯示技術(shù)；VPL公司開(kāi)發(fā)出第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD“EyePhoncs”；21世紀(jì)以來(lái)，VR技術(shù)高速發(fā)展，軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不斷完善，有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等。 

（四）特征：

1、沉浸性

沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的特征，就是讓用戶(hù)成為并感受到自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)造環(huán)境中的一部分，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性取決于用戶(hù)的感知系統(tǒng)，當(dāng)使用者感知到虛擬世界的刺激時(shí)，包括觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感知等，便會(huì)產(chǎn)生思維共鳴，造成心理沉浸，感覺(jué)如同進(jìn)入真實(shí)世界。 

2、交互性

交互性是指用戶(hù)對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度，使用者進(jìn)入虛擬空間，相應(yīng)的技術(shù)讓使用者跟環(huán)境產(chǎn)生相互作用，當(dāng)使用者進(jìn)行某種操作時(shí)，周?chē)沫h(huán)境也會(huì)做出某種反應(yīng)。如使用者接觸到虛擬空間中的物體，那么使用者手上應(yīng)該能夠感受到，若使用者對(duì)物體有所動(dòng)作，物體的位置和狀態(tài)也應(yīng)改變。 

3、多感知性

多感知性表示計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)該擁有很多感知方式，比如聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)、嗅覺(jué)等等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。 

4、構(gòu)想性

構(gòu)想性也稱(chēng)想象性，使用者在虛擬空間中，可以與周?chē)矬w進(jìn)行互動(dòng)，可以拓寬認(rèn)知范圍，創(chuàng)造客觀世界不存在的場(chǎng)景或不可能發(fā)生的環(huán)境。構(gòu)想可以理解為使用者進(jìn)入虛擬空間，根據(jù)自己的感覺(jué)與認(rèn)知能力吸收知識(shí)，發(fā)散拓寬思維，創(chuàng)立新的概念和環(huán)境。

5、自主性

是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。如當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、或翻倒、或從桌面落到地面等。

（五）關(guān)鍵技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

2、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實(shí)時(shí)”生成。為保證實(shí)時(shí)，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴(lài)于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿(mǎn)足需要，力學(xué)和觸覺(jué)傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。 

4、應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達(dá)到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)工具。 

5、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成技術(shù)等。