VR系統(tǒng) 又名：虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)理論

　　VR是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué),人機(jī)交互技術(shù),傳感技術(shù),人工智能等領(lǐng)域，它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽(tīng)、嗅覺(jué)等感覺(jué)，使人作為參與者通過(guò)適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

　　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。

　　基本特征

　　多感知性

　?。∕ulti-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，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

　?。↖mmersion）——又稱臨場(chǎng)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(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

　?。↖nteractivity）——指用戶對(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。

　　組成

　　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。

　　應(yīng)用

　　城市規(guī)劃

　　城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來(lái)切實(shí)且可觀的利益： 展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過(guò)其數(shù)據(jù)接口在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理，有利于設(shè)計(jì)與管理人員對(duì)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與方案評(píng)審。 規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn) 虛擬現(xiàn)實(shí)所建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求建立逼真的三維場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。用戶在三維場(chǎng)景中任意漫游，人機(jī)交互，這樣很多不易察覺(jué)的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無(wú)可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。 加快設(shè)計(jì)速度運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金，提供合作平臺(tái) 。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門(mén)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖。有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤(pán)乃至動(dòng)畫(huà)等所不能達(dá)到的。 加強(qiáng)宣傳效果對(duì)于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來(lái)制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來(lái)。當(dāng)項(xiàng)目方案最終確定后，也可以通過(guò)視頻輸出制作多媒體宣傳片，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的宣傳展示效果。

　　醫(yī)學(xué)

　　VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺(jué)手套，學(xué)生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)有的采用教科書(shū)的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個(gè)SGI工作站建立了一個(gè)虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺(jué)手套，使用者可以對(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。但該系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)，如需提高環(huán)境的真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時(shí)培訓(xùn)多個(gè)使用者，或可在外地專家的指導(dǎo)下工作等。另外，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過(guò)程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術(shù)都有十分重要的意義。

　　藝術(shù)教育

　　豐富的感覺(jué)能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂(lè)方面對(duì)VR的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來(lái)VR在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開(kāi)放了世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的VR娛樂(lè)系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場(chǎng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)；英國(guó)開(kāi)發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感；1992年的一臺(tái)稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計(jì)算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強(qiáng)了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度VR產(chǎn)品獎(jiǎng)。另外在家庭娛樂(lè)方面VR也顯示出了很好的前景。

　　作為傳輸顯示信息的媒體，VR在未來(lái)藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。VR所具有的臨場(chǎng)參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)（如油畫(huà)、雕刻等）轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。另外，VR提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力，如一個(gè)虛擬的音樂(lè)家可以演奏各種各樣的樂(lè)器，手足不便的人或遠(yuǎn)在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂(lè)廳欣賞音樂(lè)會(huì)等等。

　　對(duì)藝術(shù)的潛在應(yīng)用價(jià)值同樣適用于教育，如在解釋一些復(fù)雜的系統(tǒng)抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一個(gè)“虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。

　　軍工

　　模擬與練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)，以提供坦克協(xié)同訓(xùn)1練，該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺(tái)模擬器。另外利用VR技術(shù)，可模擬零重力環(huán)境，可以代替非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。

　　室內(nèi)設(shè)計(jì)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺(jué)形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計(jì)許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見(jiàn)的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時(shí)間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用。

　　房產(chǎn)開(kāi)發(fā)

　　隨著房地產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，傳統(tǒng)的展示手段如平面圖、表現(xiàn)圖、沙盤(pán)、樣板房等已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足消費(fèi)者的需要。因此敏銳把握市場(chǎng)動(dòng)向，果斷啟用最新的技術(shù)并迅速轉(zhuǎn)化 為生產(chǎn)力，方可以領(lǐng)先一步，擊潰競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是集影視廣告、動(dòng)畫(huà)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營(yíng)銷方式，在國(guó)內(nèi)的廣州、上海、北京等大城市，國(guó)外的加拿大、美國(guó)等經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)達(dá)的國(guó)家都非常熱門(mén)，是當(dāng)今房地產(chǎn)行業(yè)一個(gè)綜合實(shí)力的象征和標(biāo)志，其最主要的核心是房地產(chǎn)銷售！同時(shí)在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的其他重要環(huán)節(jié)包括申報(bào)、審批、設(shè)計(jì)、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

　　工業(yè)仿真

　　當(dāng)今世界工業(yè)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，大規(guī)模人海戰(zhàn)術(shù)早已不再適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用顯現(xiàn)出巨大的威力，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用正對(duì)工業(yè)進(jìn)行著一場(chǎng)前所未有的革命。虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)企業(yè)提高開(kāi)發(fā)效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少?zèng)Q策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)起到了重要的作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入,將使工業(yè)設(shè)計(jì)的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合社會(huì)發(fā)展的需要,可以說(shuō)在工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可行且必要的。

　　軍事模擬

　　虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境 采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使受訓(xùn)者在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上真實(shí)體驗(yàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、熟悉將作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境特征。用戶通過(guò)必要的設(shè)備可與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)方法可通過(guò)相應(yīng)的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境圖形圖像庫(kù)，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場(chǎng)景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等。通過(guò)背景生成與圖像合成創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、幾近真實(shí)的立體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。使演練者“真正”進(jìn)入形象逼真的戰(zhàn)場(chǎng)。從而可以增強(qiáng)受訓(xùn)者的臨場(chǎng)感覺(jué)，大大提高訓(xùn)練質(zhì)量。

　　單兵模擬訓(xùn)練與評(píng)判在該應(yīng)用系統(tǒng)中導(dǎo)調(diào)人員可設(shè)置不同的戰(zhàn)場(chǎng)背景，給出不同的情況，而受訓(xùn)者則通過(guò)立體頭盔、數(shù)據(jù)服、和數(shù)據(jù)手套或三維鼠標(biāo)操作傳感裝置可做出或選擇相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，輸入不同的處置方案，體驗(yàn)不同的作戰(zhàn)效果，進(jìn)而像參加實(shí)戰(zhàn)一樣，鍛煉和提高技戰(zhàn)術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受力。與常規(guī)的訓(xùn)練方式相比較，虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練具有環(huán)境逼真，“身臨其境”感強(qiáng)、場(chǎng)景多變，訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)和安全經(jīng)濟(jì)，可控制性強(qiáng)等特點(diǎn)。如美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺(jué)控制，能處理三維實(shí)時(shí)交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。

　　諸軍種聯(lián)合虛擬演習(xí)建立一個(gè)“虛擬戰(zhàn)場(chǎng)”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，實(shí)施“真實(shí)的”對(duì)抗演習(xí)。在這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境中，可以使眾多軍事單位參與到作戰(zhàn)模擬來(lái)中，而不受地域的限制，可大大提高了戰(zhàn)役訓(xùn)練的效益；還可以評(píng)估武器系統(tǒng)的總體性能，啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。

　　虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)可以任意增加聯(lián)合演習(xí)的次數(shù)。這樣便于作戰(zhàn)方案與理論的研究。傳統(tǒng)的實(shí)兵演習(xí)周期長(zhǎng)、耗費(fèi)大，如果借助虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，就可以較小的代價(jià)、較短的時(shí)間實(shí)施大規(guī)模戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)略級(jí)演習(xí)，并可通過(guò)多次演習(xí)或一次演習(xí)多種方案，發(fā)現(xiàn)、解決實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。 進(jìn)行指揮員訓(xùn)練利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場(chǎng)全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過(guò)傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場(chǎng)情況，以便判斷敵情，定下正確決心。例如美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地模擬與真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動(dòng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實(shí)的”戰(zhàn)場(chǎng)之中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使相距幾千公里的士兵與作戰(zhàn)指揮人員在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行對(duì)抗作戰(zhàn)演習(xí)和訓(xùn)練，效果如同在真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)上一樣。

　　文物古跡

　　利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將文物的展示、保護(hù)提高到一個(gè)嶄新的階段。首先表現(xiàn)在將文物實(shí)體通過(guò)影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起實(shí)物三維或模型數(shù)據(jù)庫(kù)，保存文物原有的各項(xiàng)型式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等重要資源，實(shí)現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久的保存。 其次利用這些技術(shù)來(lái)提高文物修復(fù)的精度和預(yù)先判斷、選取將要采用的保護(hù)手段，同時(shí)可以縮短修復(fù)工期。 通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)整合統(tǒng)一大范圍內(nèi)的文物資源，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在大范圍內(nèi)來(lái)利用虛擬技術(shù)更加全面、生動(dòng)、逼真地展示文物，從而使文物脫離地域限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以推動(dòng)文博行業(yè)更快地進(jìn)入信息時(shí)代，實(shí)現(xiàn)文物展示和保護(hù)的現(xiàn)代化。

　　游戲中

　　三維游戲既是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重要的應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展起了巨大的需求牽引作用。 盡管存在眾多的技術(shù)難題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的游戲市場(chǎng)中還是得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，電腦游戲自產(chǎn)生以來(lái)，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實(shí)的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)已經(jīng)成為三維游戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，游戲在保持其實(shí)時(shí)性和交互性的同時(shí)，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強(qiáng)。我們相信，隨著三維技術(shù)的快速發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲必將為人類娛樂(lè)、教育和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出新的更大的貢獻(xiàn)。

　　WEB3D

　　WEB3D主要有四類運(yùn)用方向：商業(yè)、教育、娛樂(lè)、和虛擬社區(qū)。對(duì)企業(yè)和電子商務(wù) 三維的表現(xiàn)形式，能夠全方位的展現(xiàn)一個(gè)物體，具有二維平面圖象不可比擬的優(yōu)勢(shì)。企業(yè)將他們的產(chǎn)品發(fā)布成網(wǎng)上三維的形式，能夠展現(xiàn)出產(chǎn)品外形的方方面面，加上互動(dòng)操作，演示產(chǎn)品的功能和使用操作，充分利用互聯(lián)網(wǎng)高速迅捷的傳播優(yōu)勢(shì)來(lái)推廣公司的產(chǎn)品。對(duì)于網(wǎng)上電子商務(wù)，將銷售產(chǎn)品展示做成在線三維的形式，顧客通過(guò)對(duì)之進(jìn)行觀察和操作能夠?qū)Ξa(chǎn)品有更加全面的認(rèn)識(shí)了解，決定購(gòu)買(mǎi)的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來(lái)更多的利潤(rùn)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)最流行的WEB3D平臺(tái)是VR-Platform Internet Explorer，又稱VRPIE或者VRPIE3D互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。[1]

　　對(duì)教育業(yè)現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純的依靠書(shū)本、教師授課的形式。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化的知識(shí)，如原子、分子的結(jié)構(gòu)、分子的結(jié)合過(guò)程、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)時(shí)，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過(guò)程形象話，學(xué)生更容易接受和掌握。許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，做比聽(tīng)和說(shuō)更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件，學(xué)生可以在實(shí)際的動(dòng)手操作中得到更深的體會(huì)。

　　對(duì)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)而言，引入Web3D內(nèi)容必將達(dá)到很好的在線教育效果。 對(duì)娛樂(lè)游戲業(yè)娛樂(lè)游戲業(yè)永遠(yuǎn)是一個(gè)不衰的市場(chǎng)。現(xiàn)今，互連網(wǎng)上已不是單一靜止的世界，動(dòng)態(tài)HTML、flash動(dòng)畫(huà)、流式音視頻，使整個(gè)互連網(wǎng)呈現(xiàn)生機(jī)黯然。動(dòng)感的頁(yè)面較之靜態(tài)頁(yè)面更能吸引更多的瀏覽者。三維的引入，必將造成新一輪的視覺(jué)沖擊，使網(wǎng)頁(yè)的訪問(wèn)量提升。娛樂(lè)站點(diǎn)可以在頁(yè)面上建立三維虛擬主持這樣的角色來(lái)吸引瀏覽者。游戲公司除了在光盤(pán)上發(fā)布3D游戲外，可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行在線三維游戲。利用互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，受眾和覆蓋面得到迅速擴(kuò)張。

　　對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)展示與虛擬社區(qū)使用Web3D實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的VR展示，只須構(gòu)建一個(gè)三維場(chǎng)景，人以第一視角在其中穿行。場(chǎng)景和控制者之間能產(chǎn)生交互，加之高質(zhì)量的生成畫(huà)面使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。對(duì)于象虛擬展廳、建筑房地產(chǎn)虛擬漫游展示，提供了解決方案。如果是建立一個(gè)多用戶而且可以互相傳遞信息的環(huán)境，也就形成了所謂的虛擬社區(qū)。

　　道路橋梁

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀在高速公路與橋梁建設(shè)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了應(yīng)用。由于道路橋梁需要同時(shí)處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這種形勢(shì)需要很高的計(jì)算機(jī)性能作為后臺(tái)支持，但隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的提高，一些原有的技術(shù)瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用達(dá)到了前所未有的發(fā)展 。

　　在我國(guó)，許多學(xué)院和機(jī)構(gòu)也一直在從事這方面的研究與應(yīng)用。三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，可廣泛的應(yīng)用于橋梁道路設(shè)計(jì)等行業(yè)。該軟件適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、高度可視化、所見(jiàn)即所得，他的出現(xiàn)將給正在發(fā)展的VR產(chǎn)業(yè)提示入新的活力。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁方面的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高速公路和橋梁建設(shè)方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景，可由后臺(tái)置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，便于受眾對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標(biāo)段概況,技術(shù)數(shù)據(jù),截面等,電子地圖,聲音、圖像、動(dòng)畫(huà)，并與核心的虛擬技術(shù)產(chǎn)生交互，從而實(shí)現(xiàn)演示場(chǎng)景中的導(dǎo)航、定位與背景信息介紹等諸多實(shí)用、便捷的功能。

　　地理

　　應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將三維地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政設(shè)施的三維立體模型融合在一起，再現(xiàn)城市建筑及街區(qū)景觀，用戶在顯示屏上可以很直觀地看到生動(dòng)逼真的城市街道景觀，可以進(jìn)行諸如查詢、量測(cè)、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，滿足數(shù)字城市技術(shù)由二維GIS向三維虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化發(fā)展需要，為城建規(guī)劃、社區(qū)服務(wù)、物業(yè)管理、消防安全、旅游交通等提供可視化空間地理信息服務(wù)。

　　電子地圖技術(shù)是集地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字制圖技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。電子地圖是一種以可視化的數(shù)字地圖為背景，用文本、照片、圖表、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等多媒體為表現(xiàn)手段展示城市、企業(yè)、旅游景點(diǎn)等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，它可以存貯于計(jì)算機(jī)外存，以只讀光盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等形式傳播，以桌面計(jì)算機(jī)或觸摸屏計(jì)算機(jī)等形式提供大眾使用。由于電子地圖產(chǎn)品結(jié)合了數(shù)字制圖技術(shù)的可視化功能、數(shù)據(jù)查詢與分析功能以及多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的信息表現(xiàn)手段，加上現(xiàn)代電子傳播技術(shù)的作用，它一出現(xiàn)就贏得了社會(huì)的廣泛興趣!

　　教育

　　虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之為學(xué)習(xí)者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

　　它主要具體應(yīng)用在以下幾個(gè)方面

　　1科技研究

　　當(dāng)前許多高校都在積極研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用，并相繼建起了虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的研究室，將科研成果迅速轉(zhuǎn)化實(shí)用技術(shù)，如北京航天航空大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用；浙江大學(xué)在建筑方面進(jìn)行虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用；哈爾濱工業(yè)大學(xué)在人機(jī)交互方面的應(yīng)用；清華大學(xué)對(duì)臨場(chǎng)感的研究等都頗具特色。有的研究室甚至已經(jīng)具備獨(dú)立承接大型虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的實(shí)力。 虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬體驗(yàn)，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的灌輸，有本質(zhì)的差別。 虛擬實(shí)驗(yàn)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等等，擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)：

　　1、節(jié)省成本通常我們由于設(shè)備、場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等硬件的限制。許多實(shí)驗(yàn)都無(wú)法進(jìn)行。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)。在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。

　　2、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作往往會(huì)帶來(lái)各種危險(xiǎn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。例如：虛擬的飛機(jī)駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機(jī)墜毀的嚴(yán)重事故。

　　3、打破空間、時(shí)間的限制利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德?tīng)栠z傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

　　2虛擬實(shí)訓(xùn)基地：

　　利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)隨時(shí)生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。包括軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹(shù)栽培技、電器維修技能等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練，由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機(jī)駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機(jī)起飛、降落，通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。又如在虛擬旅游的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中用學(xué)生利用VRP-TRAVEL虛擬旅游平臺(tái)，可以讓師生足不出戶，就能在三維立體的虛擬環(huán)境中遍覽遙在萬(wàn)里之外的風(fēng)光美景，形象逼真，細(xì)致生動(dòng)。通過(guò)情景化的學(xué)習(xí)界面、人機(jī)交互式的模擬旅游體驗(yàn)，改善教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、增強(qiáng)教學(xué)效果。

　　3虛擬仿真校園：

　　教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及到了虛擬校園，闡明了虛擬校園的地位和作用。虛擬校園也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育培訓(xùn)中最早的具體應(yīng)用，它由淺至深有三個(gè)應(yīng)用層面，分別適應(yīng)學(xué)校不同程度的需求：簡(jiǎn)單的虛擬我們的校園環(huán)境供游客瀏覽 基于教學(xué)、教務(wù)、校園生活，功能相對(duì)完整的三維可視化虛擬校園 以學(xué)員為中心，加入一系列人性化的功能，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為遠(yuǎn)程教育基礎(chǔ)平臺(tái) 虛擬遠(yuǎn)程教育虛擬現(xiàn)實(shí)可為高校擴(kuò)大招生后設(shè)置的分校和遠(yuǎn)程教育教學(xué)點(diǎn)提供可移動(dòng)的電子教學(xué)場(chǎng)所，通過(guò)交互式遠(yuǎn)程教學(xué)的課程目錄和網(wǎng)站，由局域網(wǎng)工具作校園網(wǎng)站的鏈接，可對(duì)各個(gè)終端提供開(kāi)放性的、遠(yuǎn)距離的持續(xù)教育，還可為社會(huì)提供新技術(shù)和高等職業(yè)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價(jià)格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和潛力，將會(huì)逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育培訓(xùn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

　　虛擬演播

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和三維圖形軟件等先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展，電視節(jié)目制作方式發(fā)生了很大的變化。視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)效果以及人類的思維都可以靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它升華了人類的邏輯思維。虛擬演播室則是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人類思維相結(jié)合在電視節(jié)目制作中的具體體現(xiàn)。虛擬演播系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠更有效地表達(dá)新聞信息，增強(qiáng)信息的感染力和交互性。傳統(tǒng)的演播室對(duì)節(jié)目制作的限制較多。虛擬演播系統(tǒng)制作的布景是合乎比例的立體設(shè)計(jì)，當(dāng)攝像機(jī)移動(dòng)時(shí)，虛擬的布景與前景畫(huà)面都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，從而增加了節(jié)目的真實(shí)感。用虛擬場(chǎng)景在很多方面成本效益顯著。如它具有及時(shí)更換場(chǎng)景的能力，在演播室布景制作中節(jié)約經(jīng)費(fèi)。不必移動(dòng)和保留景物，因此可減輕對(duì)雇員的需求壓力。對(duì)于單集片，虛擬制作不會(huì)顯出很大的經(jīng)濟(jì)效益，但在使用背景和攝像機(jī)位置不變的系列節(jié)目中它可以節(jié)約大量的資金。另外，虛擬演播室具有制作優(yōu)勢(shì)。當(dāng)考慮節(jié)目格局時(shí)，制作人員的選擇余地大，他們不必過(guò)于受場(chǎng)景限制。對(duì)于同一節(jié)目可以不用同一演播室，因?yàn)楸尘翱梢源嫒?span id="o0mhj6s" class='hrefStyle'>磁盤(pán)。它可以充分發(fā)揮創(chuàng)作人員的藝術(shù)創(chuàng)造力與想象力，利用現(xiàn)有的多種三維動(dòng)畫(huà)軟件，創(chuàng)作出高質(zhì)量的背景。

　　水文地質(zhì)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等行為的人機(jī)界面的新技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸感、與計(jì)算機(jī)的交互功能和實(shí)時(shí)表現(xiàn)功能，建立相關(guān)的地質(zhì)、水文地質(zhì)模型和專業(yè)模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)含水層結(jié)構(gòu)、地下水流、地下水質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、鹽漬化、沼澤化及區(qū)域降落漏斗擴(kuò)展趨勢(shì)）的虛擬表達(dá)。具體實(shí)現(xiàn)步驟包括建立虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、三維地質(zhì)模型、地下水水流模型、專業(yè)模型和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型。

　　目的

　　這些使操作者能夠真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，與之產(chǎn)生互動(dòng)，進(jìn)行交流 。通過(guò)參與者與仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位的獲取環(huán)境所蘊(yùn)含的各種空間信息和邏輯信息。身臨其境的沉浸感和人機(jī)互動(dòng)的趣味性是虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)特征，對(duì)時(shí)空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過(guò)程 ）是虛擬現(xiàn)實(shí)的最終目的。

　　其他

　　虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。下面對(duì)這些技術(shù)分別加以說(shuō)明。

　　一，實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)

　　相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當(dāng)重要，同時(shí)對(duì)圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問(wèn)題就變得相當(dāng)困難。

　　二，廣角（寬視野）的立體顯示

　　人看周圍的世界時(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來(lái)，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過(guò)其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

　　在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺(jué)起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

　　用戶（頭、眼）的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定的。

　　跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場(chǎng)的改變是通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來(lái)，感覺(jué)更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅可以通過(guò)雙目立體視覺(jué)去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過(guò)頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

　　在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對(duì)于三維空間來(lái)說(shuō)，它們都不太適合。在三維空間中因?yàn)橛辛鶄€(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)。已經(jīng)有一些設(shè)備可以提供六個(gè)自由度，如3Space數(shù)字化儀和SpaceBall空間球等。另外一些性能比較優(yōu)異的設(shè)備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。

　　三，立體聲

　　人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來(lái)確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。常見(jiàn)的立體聲效果就是靠左右耳聽(tīng)到在不同位置錄制的不同聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感。現(xiàn)實(shí)生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的聲音的方向就會(huì)改變。在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

　　四，觸覺(jué)與力覺(jué)反饋

　　在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒(méi)有真正接觸杯子的感覺(jué)，并有可能穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問(wèn)題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來(lái)模擬觸覺(jué)。

　　五，語(yǔ)音輸入輸出

　　在VR系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，并能與人實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人的語(yǔ)音是相當(dāng)困難的，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語(yǔ)音中詞與詞之間沒(méi)有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說(shuō)同一詞會(huì)有所不同，就是同一人發(fā)音也會(huì)受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

　　使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前有兩個(gè)問(wèn)題，首先是效率問(wèn)題，為便于計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)相當(dāng)啰嗦。其次是正確性問(wèn)題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，而沒(méi)有人的智能。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征及其系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　從本質(zhì)上說(shuō),虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶接口,它通過(guò)給用戶同時(shí)提供諸如視、聽(tīng)、觸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的操作,從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)、提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下四個(gè)重要特征。

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　　所謂多感知性就是指導(dǎo)包括視覺(jué)感知外, 還包括聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)和運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。

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　　又稱臨場(chǎng)感,它是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)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。

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　　它是指用戶對(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)。我們借助與我們8的感覺(jué)器官,在虛擬的環(huán)境中體驗(yàn)真實(shí)的環(huán)境。

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　　是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律進(jìn)行動(dòng)作的程度。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要由動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和系統(tǒng)集成技術(shù)等五個(gè)方面組成。其中動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是根據(jù)應(yīng)用的需要獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù), 并利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。而三維圖形的生成技術(shù)關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成。立體顯示和傳感器技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)施交互能力的關(guān)鍵。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛，Helsel與Doherty在1993年對(duì)全世界范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行的805項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)研究項(xiàng)目作了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：在娛樂(lè)、教育及藝術(shù)方面的應(yīng)用占據(jù)主流，其次是軍事與航空，醫(yī)學(xué)，商業(yè)，另外在可視化計(jì)算、制造業(yè)等方面也有相當(dāng)?shù)谋戎?。下面?jiǎn)要介紹其部分應(yīng)用。

　?。?）醫(yī)學(xué) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用大致上有兩類。一是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的人體模型醫(yī)生更容易了解人體的構(gòu)造和功能。另一是虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。

　?。?）娛樂(lè)、藝術(shù)與教育 豐富的感覺(jué)能力與3D顯示環(huán)境使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂(lè)方面對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開(kāi)放了世界上第一臺(tái)大型可供多人使用的虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場(chǎng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)；英國(guó)開(kāi)發(fā)的稱為“Virtuality”的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲系統(tǒng)，使該系統(tǒng)獲該年度虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品獎(jiǎng)；

　?。?）軍事與航天工業(yè) 模擬與練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用前景。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程已成為最先進(jìn)的多快好省的研究戰(zhàn)爭(zhēng)、培訓(xùn)指揮員的方法。戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)預(yù)定方案用于實(shí)戰(zhàn)方面也能起巨大作用。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始前，美軍便把海灣地區(qū)各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊(duì)的各種數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，進(jìn)行各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案。后來(lái)實(shí)際作戰(zhàn)的發(fā)展和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致。

　?。?）商業(yè) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)常被用于推銷。例如建筑工程投標(biāo)時(shí)，把設(shè)計(jì)的方案用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)出來(lái)，便可把業(yè)主帶入未來(lái)的建筑物里參觀，如門(mén)的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。它同樣可用于旅游景點(diǎn)以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。因?yàn)橛锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)這類商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。

　?。?）科技開(kāi)發(fā) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可縮短開(kāi)發(fā)周期，減少費(fèi)用。例如克萊斯勒公司1998年初便利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在設(shè)計(jì)某兩種新型車上取得突破，首次使設(shè)計(jì)的新車直接從計(jì)算機(jī)屏幕投入生產(chǎn)線，也就是說(shuō)完全省略了中間的試生產(chǎn)。 由于利用了卓越的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使克萊斯勒避免了1500項(xiàng)設(shè)計(jì)差錯(cuò)，節(jié)約了8個(gè)月的開(kāi)發(fā)時(shí)間和8000萬(wàn)美元費(fèi)用。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以進(jìn)行汽車沖撞試驗(yàn)，不必使用真的汽車便可顯示出不同條件下的沖撞后果。

　　在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。用它來(lái)設(shè)計(jì)新材料，可以預(yù)先了解改變成分對(duì)材料性能的影響。在材料還沒(méi)有制造出來(lái)之前便知道用這種材料制造出來(lái)的零件在不同受力情況下是如何損壞的。

　　以上僅列出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的部分應(yīng)用前景，可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)影響甚至改變我們的觀念與習(xí)慣，并將深入到人們的日常工作與生活。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步展望

　　虛擬現(xiàn)實(shí)從其萌芽到今天的日漸成熟已經(jīng)走過(guò)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段風(fēng)雨歷程。它的研究?jī)?nèi)容涉及到多項(xiàng)學(xué)科領(lǐng)域。我們同時(shí)也認(rèn)識(shí)到,這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

　　客觀而論,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的內(nèi)容還僅僅限于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力和剛剛涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合作用問(wèn)題,還根本未涉及“人在實(shí)踐中得到的感覺(jué)信息是怎樣在人的大腦中存儲(chǔ)和加工處理成為人對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)”這一重要過(guò)程。只有當(dāng)真正開(kāi)始涉及并找到對(duì)這些問(wèn)題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí),人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底的克服了。我們期待這有朝一日,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)成為一種對(duì)多維信息處理的強(qiáng)大系統(tǒng),成為人進(jìn)行思維和創(chuàng)造的助手和對(duì)人們已有的概念進(jìn)行深化和獲取新概念的有力工具。

　　我們相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)3D運(yùn)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬大大提高,虛擬現(xiàn)實(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用將日益廣泛。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)仿真

　　1.實(shí)物虛化

　　實(shí)物虛化主要包括基本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺(jué)跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對(duì)用戶操作的檢測(cè)和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。

　?。?） 基本模型構(gòu)建技術(shù)

　　基本模型的構(gòu)建是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實(shí)世界的對(duì)象物體在相應(yīng)的三維虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。深度創(chuàng)藝的模型構(gòu)建首先是要建立對(duì)象物體的幾何模型，確定其空間位置和幾何元素的屬性并通過(guò)GIS數(shù)據(jù)或者遙感來(lái)增強(qiáng)虛擬環(huán)境的真實(shí)感，并在虛擬環(huán)境中遵循一定的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律。當(dāng)幾何模型和物理模型很難準(zhǔn)確地刻畫(huà)出真實(shí)世界中存在的某些特別對(duì)象或現(xiàn)象時(shí)，可根據(jù)具體的需要采用一些特別的模型構(gòu)建方法。

　?。?）空間跟蹤技術(shù)

　　虛擬環(huán)境的空間跟蹤主要是通過(guò)頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套(DATAGLOVE)，立體眼鏡，數(shù)據(jù)衣等交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在三維虛擬環(huán)境中的位置和方向。跟蹤系統(tǒng)一般由發(fā)射器、接收器和電子部件組成。深度創(chuàng)藝的跟蹤系統(tǒng)有電磁、機(jī)械、光學(xué)、超聲等幾類。數(shù)據(jù)手套是VR系統(tǒng)常用的人機(jī)交互設(shè)備，它可測(cè)量出手的位置和形狀從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對(duì)虛擬物體的操縱。Cyber Glove通過(guò)手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。

　　(3）聲音跟蹤技術(shù)

　　利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤是深度創(chuàng)藝為客戶打造實(shí)物虛化的重要組成部分。聲音跟蹤一般包括若干個(gè)發(fā)射器、接受器和控制單元。它可以與頭盔顯示器相連，也可以與數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套等其他設(shè)備相連。

　?。?）視覺(jué)跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)

　　實(shí)物虛化的視覺(jué)跟蹤技術(shù)使用從視頻攝像機(jī)到X-Y平面陣列，周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時(shí)刻和不同位置上的投影，計(jì)算被跟蹤對(duì)象的位置和方向。視覺(jué)跟蹤的實(shí)現(xiàn)必須考慮精度和操作范圍間的折衷選擇，采用多發(fā)射器和多傳感器的設(shè)計(jì)能增強(qiáng)視覺(jué)跟蹤的準(zhǔn)確性，但使系統(tǒng)變得復(fù)雜并且昂貴。深度創(chuàng)藝的視點(diǎn)感應(yīng)是必須與顯示技術(shù)相結(jié)合的，采用了多種定位方法（眼罩定位、頭盔顯示、遙視技術(shù)和基于眼肌的感應(yīng)技術(shù)），可確定用戶在某一時(shí)刻的視線。例如將視點(diǎn)檢測(cè)和感應(yīng)技術(shù)集成到頭盔顯示系統(tǒng)中，飛行員僅靠“注視”就可在某些非常時(shí)期操縱虛擬開(kāi)關(guān)或進(jìn)行飛行控制。

　　2.虛物實(shí)化

　　確保用戶在虛擬環(huán)境中獲取視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)和觸覺(jué)等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)，是虛物實(shí)化的主要研究?jī)?nèi)容。

　?。?）視覺(jué)感知

　　虛擬環(huán)境中大部分具有一定形狀的物體或現(xiàn)象，可以通過(guò)多種途徑使用戶產(chǎn)生真實(shí)感很強(qiáng)的視覺(jué)感知。CRT顯示器、大屏幕投影、多方位電子墻、立體眼鏡、頭盔顯示器（HMD）等是VR系統(tǒng)中常見(jiàn)的顯示設(shè)備。不同的頭盔顯示器具有不同的顯示技術(shù)，根據(jù)光學(xué)圖像被提供的方式，頭盔顯示設(shè)備可分為投影式和直視式。能增強(qiáng)虛擬環(huán)境真實(shí)感的立體顯示技術(shù)，可以使用戶的左、右眼看到有視差的兩幅平面圖像，并在大腦中將它們合成并產(chǎn)生立體視覺(jué)感知。頭盔顯示器、立體眼鏡是兩種常見(jiàn)的立體顯示設(shè)備。深度創(chuàng)藝基于激光全息計(jì)算的立體顯示技術(shù)、用激光束直接在視網(wǎng)膜上成像的顯示技術(shù)正在研究之中。

　　（2）聽(tīng)覺(jué)感知

　　聽(tīng)覺(jué)是僅次于視覺(jué)的感知途徑，虛擬環(huán)境的聲音效果，可以彌補(bǔ)視覺(jué)效果的不足，增強(qiáng)環(huán)境逼真度。

　?。?）力覺(jué)和觸覺(jué)感知

　　能否讓參與者產(chǎn)生“沉浸”感的關(guān)鍵因素之一是用戶能否在操縱虛擬物體的同時(shí)，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺(jué)和力覺(jué)感知。由于人的力覺(jué)感知非常敏感，一般精度的裝置根本無(wú)法滿足要求，而研制高精度力反饋裝置又相當(dāng)困難和昂貴，這是人們面臨的難題之一。如果沒(méi)有觸覺(jué)反饋，當(dāng)用戶接觸到虛擬世界的某一物體時(shí)容易使手穿過(guò)物體。深度創(chuàng)藝解決這種問(wèn)題的有效方法是在用戶的交互設(shè)備中增加觸覺(jué)反饋。觸覺(jué)反饋主要是基于視覺(jué)、氣壓感、振動(dòng)觸感、電子觸感和神經(jīng)肌肉模擬等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　3.高性能計(jì)算處理技術(shù)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技，高性能的計(jì)算處理技術(shù)是直接影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。具有高計(jì)算速度，強(qiáng)處理能力，大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)特性等特征的高性能計(jì)算處理技術(shù)是深度創(chuàng)藝研究的主要內(nèi)容。

　　4. 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

　　分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究目標(biāo)是建立一個(gè)可供多用戶同時(shí)異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到一個(gè)真實(shí)世界，不受物理時(shí)空的限制，通過(guò)姿勢(shì)、聲音或文字等“在一起”進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、研討、訓(xùn)練、娛樂(lè)，甚至協(xié)同完成同一件比較復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或進(jìn)行同一艱難任務(wù)的演練。深度創(chuàng)藝分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究有兩大陣營(yíng)。一個(gè)是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，如基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購(gòu)物。另一個(gè)是在由軍方投資的高速專用網(wǎng)，如采用ATM技術(shù)的美國(guó)軍方國(guó)防仿真互聯(lián)網(wǎng)DSI。

　　目前我國(guó)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段多是采用同期國(guó)外現(xiàn)成的三維圖形引擎進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。比較流行，相對(duì)效率較高的三維圖形引擎主要有Vega、Vegaprim、Vtree、Virtools、Quest3D等。Vega系列的引擎的設(shè)計(jì)層次太多，直接導(dǎo)致了頂層系統(tǒng)難以直接有效的發(fā)揮硬件圖形設(shè)備的特性，而使其運(yùn)行隨著數(shù)據(jù)量的增加變得異常緩慢。

　　仿真技術(shù)的應(yīng)用在軍事與航天工業(yè)、城市規(guī)劃與經(jīng)營(yíng)、建筑設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、科技館、博物館、專業(yè)展示館、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與展示、古文化遺產(chǎn)還原以及保護(hù)、模擬訓(xùn)練設(shè)備、游戲、娛樂(lè)等眾多領(lǐng)域中。

　　除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天、通信、交通、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、體育、分子化學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。我們甚至可以大膽的預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將滲透到所有與信息系統(tǒng)相關(guān)的學(xué)科和領(lǐng)域。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其發(fā)展前景

　　虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界的熱點(diǎn)之一，在社會(huì)生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual World）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，它通過(guò)人的視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)的視景仿真。它是一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理與模式識(shí)別、語(yǔ)音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測(cè)量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)入這個(gè)環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對(duì)象并與之交互。三維環(huán)境下的實(shí)時(shí)性和可交互性是其主要特征。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)不是真的，也不是現(xiàn)實(shí)，它只是一個(gè)在桌面上可實(shí)時(shí)地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)可使得運(yùn)用計(jì)算機(jī)更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時(shí)間內(nèi)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相隔離，然后投入到可實(shí)時(shí)交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺(jué)。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)界面的數(shù)據(jù)交互工具是一項(xiàng)正在發(fā)展中的技術(shù)，它的目的是使信息系統(tǒng)盡可能地滿足人的需要，人機(jī)的交互更加人性化，用戶可以更直接地與數(shù)據(jù)交互。除了傳統(tǒng)的顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、游戲桿外，

　　儀器手套（Instrumented glove）、數(shù)據(jù)手套（Data Glove）、立體偏振眼鏡，就是這類產(chǎn)品。立體視覺(jué)的產(chǎn)品還有頭盔式顯示器（HMD）、液晶快門(mén)眼鏡（Liquid Crystal shutter glasses）。據(jù)報(bào)道，處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的VR設(shè)備有沉浸式VR系統(tǒng)，加入了如HMD、多個(gè)大型投影式顯示器，甚至增加觸覺(jué)、力感和接觸反饋等交互式設(shè)備，更有人大膽預(yù)言會(huì)向全身數(shù)據(jù)服裝的方向發(fā)展。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂(lè)等方面。

　　Web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對(duì)它寄予厚望，希望利用這個(gè)技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個(gè)用戶可以進(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個(gè)真正的三維社區(qū)已不再只是夢(mèng)想中的事。

　　VRML是面向?qū)ο蟮囊环N語(yǔ)言，它類似Web超級(jí)鏈接所使用的HTML語(yǔ)言，也是一種基于文本的語(yǔ)言，并可以運(yùn)行在多種平臺(tái)之上，只不過(guò)能夠更多地為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境服務(wù)。它提供對(duì)三維世界及其內(nèi)部基本對(duì)象的描述，如球體、平面、圓錐、圓柱、立方體等，并把他們同二維的頁(yè)面鏈接起來(lái)，是一種非常簡(jiǎn)潔的高級(jí)語(yǔ)言。最新的VRML2.0版除了提供VRML 1.0版的基本功能外，最主要的特點(diǎn)是加入了行為功能和多用戶環(huán)境，使Web網(wǎng)上的三維世界動(dòng)起來(lái)了。另外，它將支持動(dòng)畫(huà)、交互性、與JAVAScript和JAVA的集成及聲音。VRML的出現(xiàn)，是由于當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展的需要，它使得Web的頁(yè)面不再局限于二維空間。VRML增加動(dòng)作、動(dòng)畫(huà)模擬、傳感器和聲音后，網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)創(chuàng)作人員可以制作規(guī)模大、交互性強(qiáng)的三維應(yīng)用程序。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢(mèng)寐以求的。在某種意義上說(shuō)它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗?duì)世界、自己、空間和時(shí)間的看法。它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來(lái)自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂(lè)將更加有情趣。因?yàn)閿?shù)字地球帶給我們的是一個(gè)絢麗多彩的三維的世界!

　　憧憬未來(lái)總是令人興奮，它會(huì)引發(fā)人們的美夢(mèng)般的遐想。數(shù)字地球如夢(mèng)想插上科學(xué)的翅膀，使我們感到并不是遙不可及，甚至其中的一部分雛形已經(jīng)應(yīng)用到我們的現(xiàn)實(shí)生活中。