虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

VR是一項綜合集成技術(shù)，涉及計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當裝置，自然地對虛擬世界進行體驗和交互作用。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計算機圖形(CG)技術(shù)、計算機仿真技術(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，是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

概括地說，虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”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，它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(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，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

 虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

VR是一項綜合集成技術(shù)，涉及計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當裝置，自然地對虛擬世界進行體驗和交互作用。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計算機圖形(CG)技術(shù)、計算機仿真技術(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，是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

概括地說，虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”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，它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(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，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

【虛擬現(xiàn)實的基本特征】

多感知性(Multi-Sensory)

所謂多感知是指除了一般計算機技術(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、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

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)

強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(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。

由于浸沒感、交互性和構(gòu)想性三個特性的英文單詞的第一個字母均為I，所以這三個特性又通常被統(tǒng)稱為3I特性。

一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機為核心的虛擬環(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。

【虛擬現(xiàn)實在各行業(yè)的應(yīng)用】

虛擬現(xiàn)實在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個方面，并帶來切實且可觀的利益： 展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數(shù)據(jù)接口在實時的虛擬環(huán)境中隨時獲取項目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標、報批、管理，有利于設(shè)計與管理人員對各種規(guī)劃設(shè)計方案進行輔助設(shè)計與方案評審。 規(guī)避設(shè)計風(fēng)險 虛擬現(xiàn)實所建立的虛擬環(huán)境是由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設(shè)計的標準和要求建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項目進行真實的“再現(xiàn)”。用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，這樣很多不易察覺的設(shè)計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可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質(zhì)量。 加快設(shè)計速度運用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進行修改，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)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金，提供合作平臺 。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規(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、沙盤乃至動畫等所不能達到的。 加強宣傳效果對于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項目，在項目方案設(shè)計過程中，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來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目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。

虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用

VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。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)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺與手術(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及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術(shù)。但該系統(tǒng)有待進一步改進，如需提高環(huán)境的真實感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時培訓(xùn)多個使用者，或可在外地專家的指導(dǎo)下工作等。另外，在遠距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測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。

在醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生可在虛擬實驗室中，進行“尸體”解剖和各種手術(shù)練習(xí)。用這項技術(shù)，由于不受標本、場地等的限制，所以培訓(xùn)費用大大降低。一些用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、實習(xí)和研究的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，仿真程度非常高，其優(yōu)越性和效果是不可估量和不可比擬的。例如，導(dǎo)管插入動脈的模擬器，可以使學(xué)生反復(fù)實踐導(dǎo)管插入動脈時的操作;眼睛手術(shù)模擬器，根據(jù)人眼的前眼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，并帶有實時的觸覺反饋，學(xué)生利用它可以觀察模擬移去晶狀體的全過程，并觀察到眼睛前部結(jié)構(gòu)的血管、虹膜和鞏膜組織及角膜的透明度等。還有麻醉虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、口腔手術(shù)模擬器等。

外科醫(yī)生在真正動手術(shù)之前，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助，能在顯示器上重復(fù)地模擬手術(shù)，移動人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。另外，在遠距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)都能發(fā)揮十分重要的作用。

虛擬現(xiàn)實在娛樂、藝術(shù)與教育方面的應(yīng)用

豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高，故近些年來VR在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago(芝加哥)開放了世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場未來戰(zhàn)爭;英國開發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強了真實感;1992年的一臺稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計算機具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度VR產(chǎn)品獎。另外在家庭娛樂方面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所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)(如油畫、雕刻等)轉(zhuǎn)化為動態(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，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

對藝術(shù)的潛在應(yīng)用價值同樣適用于教育，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“虛擬的物理實驗室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。

虛擬現(xiàn)實在軍事與航天工業(yè)的應(yīng)用

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

虛擬現(xiàn)實在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設(shè)計工具。它以視覺形式反映了設(shè)計者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對房屋的結(jié)構(gòu)、外形做細致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計許多圖紙，當然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實可以把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計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)計的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時間，又節(jié)省了做模型的費用。

虛擬現(xiàn)實在房產(chǎn)開發(fā)中的應(yīng)用

隨著房地產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，傳統(tǒng)的展示手段如平面圖、表現(xiàn)圖、沙盤、樣板房等已經(jīng)遠遠無法滿足消費者的需要。因此敏銳把握市場動向，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，擊潰競爭對手。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是集影視廣告、動畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營銷方式，在國內(nèi)的廣州、上海、北京等大城市，國外的加拿大、美國等經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家都非常熱門，是當今房地產(chǎn)行業(yè)一個綜合實力的象征和標志，其最主要的核心是房地產(chǎn)銷售!同時在房地產(chǎn)開發(fā)中的其他重要環(huán)節(jié)包括申報、審批、設(shè)計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

虛擬現(xiàn)實在工業(yè)仿真中的應(yīng)用

當今世界工業(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)實技術(shù)的應(yīng)用正對工業(yè)進行著一場前所未有的革命。虛擬現(xiàn)實已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險起到了重要的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入,將使工業(yè)設(shè)計的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合社會發(fā)展的需要,可以說在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是可行且必要的。

虛擬現(xiàn)實在軍事模擬中的應(yīng)用

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境 采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使受訓(xùn)者在視覺和聽覺上真實體驗戰(zhàn)場環(huán)境、熟悉將作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境特征。用戶通過必要的設(shè)備可與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實環(huán)境的感受和體驗。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的實現(xiàn)方法可通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等。通過背景生成與圖像合成創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境。使演練者“真正”進入形象逼真的戰(zhàn)場。從而可以增強受訓(xùn)者的臨場感覺，大大提高訓(xùn)練質(zhì)量。

單兵模擬訓(xùn)練與評判在該應(yīng)用系統(tǒng)中導(dǎo)調(diào)人員可設(shè)置不同的戰(zhàn)場背景，給出不同的情況，而受訓(xùn)者則通過立體頭盔、數(shù)據(jù)服、和數(shù)據(jù)手套或三維鼠標操作傳感裝置可做出或選擇相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)動作，輸入不同的處置方案，體驗不同的作戰(zhàn)效果，進而像參加實戰(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)實訓(xùn)練具有環(huán)境逼真，“身臨其境”感強、場景多變，訓(xùn)練針對性強和安全經(jīng)濟，可控制性強等特點。如美空軍用虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，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)實中飛機以外的各種情況，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“虛擬戰(zhàn)場”，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，實施“真實的”對抗演習(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)的實兵演習(xí)周期長、耗費大，如果借助虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)進行訓(xùn)練，就可以較小的代價、較短的時間實施大規(guī)模戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)略級演習(xí)，并可通過多次演習(xí)或一次演習(xí)多種方案，發(fā)現(xiàn)、解決實戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問題。 進行指揮員訓(xùn)練利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。例如美國海軍開發(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，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實的”戰(zhàn)場之中。虛擬現(xiàn)實技術(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)上進行對抗作戰(zhàn)演習(xí)和訓(xùn)練，效果如同在真實的戰(zhàn)場上一樣。

虛擬現(xiàn)實在文物古跡中的應(yīng)用

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段。首先表現(xiàn)在將文物實體通過影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起實物三維或模型數(shù)據(jù)庫，保存文物原有的各項型式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等重要資源，實現(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手段，同時可以縮短修復(fù)工期。 通過計算機網(wǎng)絡(luò)來整合統(tǒng)一大范圍內(nèi)的文物資源，并且通過網(wǎng)絡(luò)在大范圍內(nèi)來利用虛擬技術(shù)更加全面、生動、逼真地展示文物，從而使文物脫離地域限制，實現(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)實技術(shù)可以推動文博行業(yè)更快地進入信息時代，實現(xiàn)文物展示和保護的現(xiàn)代化。

虛擬現(xiàn)實在游戲中的應(yīng)用

三維游戲既是虛擬現(xiàn)實技術(shù)重要的應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)在競爭激烈的游戲市場中還是得到了越來越多的重視和應(yīng)用?？梢哉f，電腦游戲自產(chǎn)生以來，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的最終目標已經(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，游戲在保持其實時性和交互性的同時，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強。我們相信，隨著三維技術(shù)的快速發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進步，在不遠的將來，真正意義上的虛擬現(xiàn)實游戲必將為人類娛樂、教育和經(jīng)濟發(fā)展做出新的更大的貢獻。

虛擬現(xiàn)實在Web3d/產(chǎn)品/靜物展示中的應(yīng)用

Web3D主要有四類運用方向：商業(yè)、教育、娛樂、和虛擬社區(qū)。對企業(yè)和電子商務(wù) 三維的表現(xiàn)形式，能夠全方位的展現(xiàn)一個物體，具有二維平面圖象不可比擬的優(yōu)勢。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)勢來推廣公司的產(chǎn)品。對于網(wǎng)上電子商務(wù)，將銷售產(chǎn)品展示做成在線三維的形式，顧客通過對之進行觀察和操作能夠?qū)Ξa(chǎn)品有更加全面的認識了解，決定購買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來更多的利潤。

對教育業(yè)現(xiàn)今的教學(xué)方式，不再是單純的依靠書本、教師授課的形式。計算機輔助教學(xué)(CAI)的引入，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化的知識，如原子、分子的結(jié)構(gòu)、分子的結(jié)合過程、機械的運動時，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過程形象話，學(xué)生更容易接受和掌握。許多實際經(jīng)驗告訴我們，做比聽和說更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件，學(xué)生可以在實際的動手操作中得到更深的體會。

對計算機遠程教育系統(tǒng)而言，引入Web3D內(nèi)容必將達到很好的在線教育效果。 對娛樂游戲業(yè)娛樂游戲業(yè)永遠是一個不衰的市場。現(xiàn)今，互連網(wǎng)上已不是單一靜止的世界，動態(tài)HTML、flash動畫、流式音視頻，使整個互連網(wǎng)呈現(xiàn)生機黯然。動感的頁面較之靜態(tài)頁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沖擊，使網(wǎng)頁的訪問量提升。娛樂站點可以在頁面上建立三維虛擬主持這樣的角色來吸引瀏覽者。游戲公司除了在光盤上發(fā)布3D游戲外，現(xiàn)在可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運行在線三維游戲。利用互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，受眾和覆蓋面得到迅速擴張。

對虛擬現(xiàn)實展示與虛擬社區(qū)使用Web3D實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的VR展示，只須構(gòu)建一個三維場景，人以第一視角在其中穿行。場景和控制者之間能產(chǎn)生交互，加之高質(zhì)量的生成畫面使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。對于象虛擬展廳、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)。

虛擬現(xiàn)實在道路橋梁中的應(yīng)用

城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個方面，并帶來切實且可觀的利益。 虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)也得到了應(yīng)用。由于道路橋梁需要同時處理大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這種形勢需要很高的計算機性能作為后臺支持，但隨著近些年來計算機軟硬件技術(shù)的提高，一些原有的技術(shù)瓶頸得到了解決，使虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用達到了前所未有的發(fā)展 。

在我國，許多學(xué)院和機構(gòu)也一直在從事這方面的研究與應(yīng)用。三維虛擬現(xiàn)實平臺軟件，可廣泛的應(yīng)用于橋梁道路設(shè)計等行業(yè)。該軟件適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化、所見即所得，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)實技術(shù)在道路橋梁方面的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(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，可由后臺置入穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫信息，便于受眾對各項技術(shù)指標進行實時的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標段概況,技術(shù)數(shù)據(jù),截面等,電子地圖,聲音、圖像、動畫，并與核心的虛擬技術(shù)產(chǎn)生交互，從而實現(xiàn)演示場景中的導(dǎo)航、定位與背景信息介紹等諸多實用、便捷的功能。

虛擬現(xiàn)實在地理中的應(yīng)用

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(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逼真的城市街道景觀，可以進行諸如查詢、量測、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)實技術(shù)等多項現(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、動畫、視頻等多媒體為表現(xiàn)手段展示城市、企業(yè)、旅游景點等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，它可以存貯于計算機外存，以只讀光盤、網(wǎng)絡(luò)等形式傳播，以桌面計算機或觸摸屏計算機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)就贏得了社會的廣泛興趣!

虛擬現(xiàn)實在教育中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍。它營造了“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)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

它主要具體應(yīng)用在以下幾個方面：

1科技研究

當前許多高校都在積極研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用，并相繼建起了虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真的研究室，將科研成果迅速轉(zhuǎn)化實用技術(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)在建筑方面進行虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計的應(yīng)用;哈爾濱工業(yè)大學(xué)在人機交互方面的應(yīng)用;清華大學(xué)對臨場感的研究等都頗具特色。有的研究室甚至已經(jīng)具備獨立承接大型虛擬現(xiàn)實項目的實力。 虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、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)域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質(zhì)的差別。 虛擬實驗利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學(xué)、生物實驗室等等，擁有傳統(tǒng)實驗室難以比擬的優(yōu)勢：

1、節(jié)省成本通常我們由于設(shè)備、場地、經(jīng)費等硬件的限制。許多實驗都無法進行。而利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種實驗，獲得與真實實驗一樣的體會。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)險真實實驗或操作往往會帶來各種危險，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗，學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的實驗。例如：虛擬的飛機駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。

3、打破空間、時間的限制利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進入這些物體的內(nèi)部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。

2虛擬實訓(xùn)基地：

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)隨時生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓(xùn)練及時跟上技術(shù)的發(fā)展。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，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)無任何危險，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起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。

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，它由淺至深有三個應(yīng)用層面，分別適應(yīng)學(xué)校不同程度的需求：簡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)實技術(shù)作為遠程教育基礎(chǔ)平臺 虛擬遠程教育虛擬現(xiàn)實可為高校擴大招生后設(shè)置的分校和遠程教育教學(xué)點提供可移動的電子教學(xué)場所，通過交互式遠程教學(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，可對各個終端提供開放性的、遠距離的持續(xù)教育，還可為社會提供新技術(shù)和高等職業(yè)培訓(xùn)的機會，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益與社會效益。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其自身強大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會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。

虛擬現(xiàn)實在虛擬演播室中的應(yīng)用

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和三維圖形軟件等先進信息技術(shù)的發(fā)展，電視節(jié)目制作方式發(fā)生了很大的變化。視覺和聽覺效果以及人類的思維都可以靠虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(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)點是它能夠更有效地表達新聞信息，增強信息的感染力和交互性。傳統(tǒng)的演播室對節(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，當攝像機移動時，虛擬的布景與前景畫面都會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，從而增加了節(jié)目的真實感。用虛擬場景在很多方面成本效益顯著。如它具有及時更換場景的能力，在演播室布景制作中節(jié)約經(jīng)費。不必移動和保留景物，因此可減輕對雇員的需求壓力。對于單集片，虛擬制作不會顯出很大的經(jīng)濟效益，但在使用背景和攝像機位置不變的系列節(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。當考慮節(jié)目格局時，制作人員的選擇余地大，他們不必過于受場景限制。對于同一節(jié)目可以不用同一演播室，因為背景可以存入磁盤。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)有的多種三維動畫軟件，創(chuàng)作出高質(zhì)量的背景。

虛擬現(xiàn)實在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機生成的虛擬環(huán)境逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視覺、聽覺、運動等行為的人機界面的新技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸感、與計算機的交互功能和實時表現(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，進而實現(xiàn)對含水層結(jié)構(gòu)、地下水流、地下水質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問題(例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、鹽漬化、沼澤化及區(qū)域降落漏斗擴展趨勢)的虛擬表達。具體實現(xiàn)步驟包括建立虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫、三維地質(zhì)模型、地下水水流模型、專業(yè)模型和實時預(yù)測模型。

虛擬現(xiàn)實在維修中的應(yīng)用

虛擬維修是虛擬技術(shù)近年來的一個重要研究方向，目的是通過采用計算機仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機上真實展現(xiàn)裝備的維修過程，增強裝備壽命周期各階段關(guān)于維修的各種決策能力，包括維修性設(shè)計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓(xùn)練實施等。

虛擬維修是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)備維修中的應(yīng)用, 在現(xiàn)代化煤礦、核電站等安全性要求高的場所, 或在設(shè)備快速搶修之前, 進行維修預(yù)演和仿真。突破了設(shè)備維修在空間和時間上的限制, 可以實現(xiàn)逼真的設(shè)備拆裝、故障維修等操作, 提取生產(chǎn)設(shè)備的已有資料、狀態(tài)數(shù)據(jù), 檢驗設(shè)備性能。虛擬維修技術(shù)還可以通過仿真操作過程, 統(tǒng)計維修作業(yè)的時間、維修工種的配置、維修工具的選擇、設(shè)備部件拆卸的順序、維修作業(yè)所需的空間、預(yù)計維修費用

【關(guān)鍵技術(shù)】

虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角(寬視野)立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。下面對這些技術(shù)分別加以說明。

實時三維計算機圖形技術(shù)

相比較而言，利用計算機模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型，又有足夠的時間，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)鍵是實時。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當困難。

廣角(寬視野)的立體顯示

人看周圍的世界時，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，就形成了一個關(guān)于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。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，每個物體相對于系統(tǒng)的坐標系都有一個位置與姿態(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)的方向來確定的。

跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭套：在傳統(tǒng)的計算機圖形技術(shù)中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，感覺更逼真。另一個優(yōu)點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境。

在用戶與計算機的交互中，鍵盤和鼠標是目前最常用的工具，但對于三維空間來說，它們都不太適合。在三維空間中因為有六個自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標的平面運動映射成三維空間的任意運動。現(xiàn)在，已經(jīng)有一些設(shè)備可以提供六個自由度，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。

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度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感?，F(xiàn)實生活里，當頭部轉(zhuǎn)動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關(guān)。

觸覺與力覺反饋

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

語音輸入輸出

在VR系統(tǒng)中，語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽懂人的語言，并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的，因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說同一詞會有所不同，就是同一人發(fā)音也會受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語言作為計算機輸入目前有兩個問題，首先是效率問題，為便于計算機理解，輸入的語音可能會相當羅嗦。其次是正確性問題，計算機理解語音的方法是對比匹配，而沒有人的智能。