虛擬現(xiàn)實(shí)(什么是虛擬現(xiàn)實(shí)?)
1.什么是虛擬現(xiàn)實(shí)?
【一句話助你理解】：游戲中的房屋、武器、人物就是虛擬現(xiàn)實(shí)的一種體現(xiàn)啊 【簡單的說】： VR(Virtual Reality)是虛擬現(xiàn)實(shí)的簡稱，這項(xiàng)技術(shù)原本是美國軍方開發(fā)研究出來的一項(xiàng)計算機(jī)技術(shù)。
VR媒體就是將VR技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)今最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒚襟w Internet及其它的數(shù)字元媒介（如CD-ROM光盤、觸摸屏等）上。 它通過其專用軟件，整合圖像、聲音、動畫等，將三維的現(xiàn)實(shí)環(huán)境、物體等模擬成二維形式表現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)，再由數(shù)字元媒介作為載體傳播給人們。
當(dāng)人們通過該媒體瀏覽、觀賞時就如身臨其境一般，并且可以選擇任一角度，觀看任一范圍內(nèi)的場景或選擇觀看物體的任一角度。 虛擬現(xiàn)實(shí)不僅可以模擬現(xiàn)實(shí)的世界，更重要的是它將過計算機(jī)虛擬出我們夢想中的天堂，人們將有廣闊的虛擬空間，在其間娛樂生活！虛擬現(xiàn)實(shí)最重要也是最誘人之處是其實(shí)時性和交互性。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將給人們帶來全新的視野，我們可以想象，在一個更絢麗多彩的虛擬的三維場景中，一些數(shù)字化的有著真正三維身體的"人" 在其間交談工作。 【專業(yè)地說】： 虛擬現(xiàn)實(shí)是在計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科，對該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代。
直到90年代初，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才開始作為一門較完整的體系而受到人們極大的關(guān)注。 基本概念 概括地說，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。
虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。 而“虛擬”是指用計算機(jī)生成的意思。
因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。 從本質(zhì)上來說，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實(shí)時感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作。
根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所應(yīng)用的對象不同，其作用可表現(xiàn)為不同的形式，例如將某種概念設(shè)計或構(gòu)思可視化和可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價模擬訓(xùn)練目的等。該技術(shù)的主要特征有以下幾方面： 多感知性（Multi-Sensory）——所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。
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，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種。
浸沒感（Immersion）——又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。 理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。
交互性（Interactivity）——指用戶對模擬環(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（包括實(shí)時性）。 例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。
構(gòu)想性（Imagination）——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。
這里，虛擬環(huán)境處理器是VR系統(tǒng)的心臟，完成虛擬世界的產(chǎn)生和處理功能。輸入設(shè)備給VR系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。
而輸出設(shè)備是由VR系統(tǒng)把虛擬環(huán)境綜合產(chǎn)生的各種感官信息輸出給用戶，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。 其主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 動態(tài)環(huán)境建?！摂M環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實(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。
三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)，更多的情況則需采用非接觸式的視覺技術(shù)，兩者有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。 實(shí)時三維圖形生成技術(shù)——三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，這里的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時”生成。
為了達(dá)到實(shí)時的目的，至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。 在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率是該技。
2.什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)是在計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科，對該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代。
直到90年代初，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才開始作為一門較完整的體系而受到人們極大的關(guān)注。 基本概念 概括地說，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。
虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機(jī)生成的意思。
因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。 從本質(zhì)上來說，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實(shí)時感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作。
根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所應(yīng)用的對象不同，其作用可表現(xiàn)為不同的形式，例如將某種概念設(shè)計或構(gòu)思可視化和可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價模擬訓(xùn)練目的等。 該技術(shù)的主要特征有以下幾方面： 多感知性（Multi-Sensory）——所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。
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，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種。
浸沒感（Immersion）——又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。
交互性（Interactivity）——指用戶對模擬環(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（包括實(shí)時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。
構(gòu)想性（Imagination）——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。
這里，虛擬環(huán)境處理器是VR系統(tǒng)的心臟，完成虛擬世界的產(chǎn)生和處理功能。輸入設(shè)備給VR系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。
而輸出設(shè)備是由VR系統(tǒng)把虛擬環(huán)境綜合產(chǎn)生的各種感官信息輸出給用戶，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。 其主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 動態(tài)環(huán)境建?！摂M環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實(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。
三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術(shù)，更多的情況則需采用非接觸式的視覺技術(shù)，兩者有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。 實(shí)時三維圖形生成技術(shù)——三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，這里的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時”生成。
為了達(dá)到實(shí)時的目的，至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。 在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率是該技術(shù)的主要內(nèi)容。
立體顯示和傳感器技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，比如頭盔式三維立體顯示器有以下缺點(diǎn)：過重（1。5 kg至2kg）、分辨率低（圖像質(zhì)量差）、延遲大（刷新頻率低）、行動不便（有線）、跟蹤精度低、視場不夠?qū)?、眼睛容易疲勞等，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。
同樣，數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等都有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn)。另外，力覺和觸覺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。
應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具——虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。 選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具，例如VR系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。 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)。
