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(jiǎn)單的說(shuō)】： VR(Virtual Reality)是虛擬現(xiàn)實(shí)的簡(jiǎn)稱(chēng)，這項(xiàng)技術(shù)原本是美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)研究出來(lái)的一項(xiàng)計(jì)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(pán)、觸摸屏等）上。 它通過(guò)其專(zhuān)用軟件，整合圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)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(guò)該媒體瀏覽、觀賞時(shí)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(chǎng)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(guò)計(jì)算機(jī)虛擬出我們夢(mèng)想中的天堂，人們將有廣闊的虛擬空間，在其間娛樂(lè)生活！虛擬現(xiàn)實(shí)最重要也是最誘人之處是其實(shí)時(shí)性和交互性。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將給人們帶來(lái)全新的視野，我們可以想象，在一個(gè)更絢麗多彩的虛擬的三維場(chǎng)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(zhuān)業(yè)地說(shuō)】： 虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)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(lái)的交叉學(xué)科，對(duì)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(kāi)始作為一門(mén)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(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。
因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)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(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶(hù)接口，它通過(guò)給用戶(hù)同時(shí)提供諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段，最大限度地方便用戶(hù)的操作。
根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所應(yīng)用的對(duì)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(jì)或構(gòu)思可視化和可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場(chǎng)效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價(jià)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(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)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(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。
浸沒(méi)感（Immersion）——又稱(chēng)臨場(chǎng)感，指用戶(hù)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(hù)難以分辨真假，使用戶(hù)全身心地投入到計(jì)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(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。
交互性（Interactivity）——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（包括實(shí)時(shí)性）。 例如，用戶(hù)可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。
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(lèi)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(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)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(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽(tīng)覺(jué)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(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)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(lái)自用戶(hù)的輸入，并允許用戶(hù)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(hù)，使用戶(hù)產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。 其主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模——虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動(dòng)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(jué)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(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，這里的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成。
為了達(dá)到實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)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(lái)的交叉學(xué)科，對(duì)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(kāi)始作為一門(mén)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(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。
因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)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(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶(hù)接口，它通過(guò)給用戶(hù)同時(shí)提供諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等各種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互手段，最大限度地方便用戶(hù)的操作。
根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所應(yīng)用的對(duì)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(jì)或構(gòu)思可視化和可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場(chǎng)效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價(jià)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(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)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(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。
浸沒(méi)感（Immersion）——又稱(chēng)臨場(chǎng)感，指用戶(hù)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(hù)難以分辨真假，使用戶(hù)全身心地投入到計(jì)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(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。
交互性（Interactivity）——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（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶(hù)可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。
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(lèi)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(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)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(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽(tīng)覺(jué)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(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)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(lái)自用戶(hù)的輸入，并允許用戶(hù)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(hù)，使用戶(hù)產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感。 其主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模——虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，動(dòng)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(jué)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(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，這里的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成。
為了達(dá)到實(shí)時(shí)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(lài)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(mǎn)足需要，比如頭盔式三維立體顯示器有以下缺點(diǎn)：過(guò)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(dòng)不便（有線）、跟蹤精度低、視場(chǎng)不夠?qū)挕⒀劬θ菀灼诘?，因此有必要開(kāi)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(jué)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。
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，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。 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。
為了達(dá)到這一目的，必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)工具，例如VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、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)。
