什么是VR技术

疾隼

VR是Virtual Reality的缩写，中文的意思就是虚拟现实，概念是在80年代初提出来的，其具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。1992年美国国家科学基金资助的交互式系统项目工作组的报告中对VR提出了较系统的论述，并确定和建议了未来虚拟现实环境领域的研究方向。可以认为，虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。所以说，沉浸-交互-构想是VR环境系统的三个基本特性。虚拟技术的核心是建模与仿真。当前，VR已不仅仅被关注于计算机图象领域，它已涉及更广的领域，如电视会议、网络技术和分布计算技术，并向分布式虚拟现实发展。虚拟现实技术已成为新产品设计开发的重要手段。其中，协同工作虚拟现实是VR技术新的研究和应用的热点，它引入了新的技术问题，包括人的因素和网络、数据库技术等。如人的因素，已需要考虑多个参与者在一个共享的空间中如何相互交互，虚拟空间中的虚拟对象在多名参与者的共同作用下的行为等。在VR环境下的进行协同设计，团队成员可同步或异步地在虚拟环境中从事构造和操作虚拟对象的活动，并可对虚拟对象进行评估、讨论以及重新设计等活动。分布式虚拟环境可使地理位置上分布不同的设计人员面对相同的虚拟设计对象，通过在共享的虚拟环境中协同地使用声音和视频工具，可在设计的初期就能够消除设计缺陷，减少产品上市时间，提高产品质量。此外，VR已成为构造虚拟样机，支持虚拟样机技术的重要工具。VE――虚拟环境技术可使工程师在三维空间中实时地与他们的设计样机（虚拟样机）进行交互。

士兵不上战场就可进行实战训练

　　看过《泰坦尼克号》的人或许都不会忘记，借助头盔式显示器和可远程操作的机械手打捞遗留在沉船上物品的场景；参与过虚拟角色游戏和虚拟社区的人，也必将沉浸于其真实感、临场感的体验中。它们带给我们的共同感受是：虚拟和现实之间已经没有明显的界限。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。

　　传统的信息处理环境一直是“人适应计算机”，而当今的目标或理念是要逐步使“计算机适应人”，使我们能够通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，以及形体、手势或口令，参与到信息处理的环境中去，从而取得身临其境的体验。这种信息处理系统已不再是建立在单维的数字化空间上，而是建立在一个多维的信息空间中。虚拟现实技术就是支撑这个多维信息空间的关键技术。

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深入浅出说VR

　　虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

　　VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP会议上的《终极的显示》报告，而Virtual Reality一词是80年代初美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier提出来的。VR系统在若干领域的成功应用，导致了它在90年代的兴起。虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。

在虚拟环境中“作战”

　　总的来说，实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它具体基于以下几种技术：（1）基本模型构建技术。它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的3D虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同，或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）等等。（2）空间跟踪技术。主要是通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。（3）声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。（4）视觉跟踪与视点感应技术。使用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。

　　虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉和力觉感知。力觉感知主要由计算机通过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指产生运动阻尼从而使用户感受到作用力的方向和大小。触觉反馈主要是基于视觉、气压感、振动触感、电子触感和神经、肌肉模拟等方法来实现的。

　　高性能计算处理技术主要包括数据转换和数据预处理技术；实时、逼真图形图像生成与显示技术；多种声音的合成与声音空间化技术；多维信息数据的融合、数据压缩以及数据库的生成；包括命令识别、语音识别，以及手势和人的面部表情信息的检测等在内的模式识别；分布式与并行计算，以及高速、大规模的远程网络技术。

　　然而，不能把虚拟现实和模拟仿真混淆，两者是有一定区别的。概括地说，虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中，经常会有由燃烧源产生的连续变化的烟尘干扰环境能见度的计算，从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。 某些仿真平台和图形图像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算，仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度精确计算以及对仿真实体的影响程度；图形图像生成系统着重于建立细致的几何模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。 而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，计算影响仿真结果的相关数据，而且要生成用户能通过视觉感知的逼真图形效果，使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。

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分布式虚拟现实技术 　　分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中，通过姿势、声音或文字等“在一起”进行交流、学习、训练、娱乐，甚至协同完成同一件复杂产品的设计或进行同一任务的演练。

　　目前，分布式虚拟现实的研究基于两类网络平台。一是在Internet上，可追溯到早期基于文本的多参与者游戏MUD，还有基于VRML标准的远程虚拟购物等。虚拟现实建模语言是一种可以发布3D网页的跨平台语言，可提供一种更自然的体验方式，包括交互性、动态效果、延续性以及用户的参与探索。

　　另一类则是在高速专用网上，如采用ATM技术的美国军方的国防仿真互联网。最早的分布式虚拟战场环境则是1983年美国陆军制定的虚拟环境研究计划，这一计划将分散在不同地点的地面坦克、车辆仿真器通过计算机网络联合在一起，进行各种复杂任务的训练和作战演练。从1994年开始，美国陆军与美国大西洋司令部联合开展了战争综合演练场的研究，建成了一个包括海陆空多兵种、有3700多个仿真实体参与的地域范围覆盖500公里×750公里的军事演练环境。

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我们的生活从此改变 　　我们人类在许多领域面临着越来越多前所未有而又必须解决和突破的问题，例如，载人航天、核试验、核反应堆维护、包括新武器系统在内的大型产品的设计研究、气象及自然灾害预报、医疗手术的模拟与训练以及我们前面谈到的多兵种军事联合训练与演练等。如果按传统的方法解决这些问题，必然要花费巨额资金，投入巨大的人力，消耗过长的时间，甚至要承担人员伤亡的风险。VR
技术的产生和发展，为解决和处理这些问题提供了新方法和新途径，必将对社会、对人们的生活产生巨大影响。

虚拟的设计环境

　　目前VR技术的应用除了军事领域外，主要集中在以下几个方面：首先是用于产品设计与性能评价。波音777飞机的设计是虚拟原型机的应用典型实例，这是飞机设计史上第一次在设计过程中没有采用实物模型。波音777由300万个零件组成，所有的设计在一个由数百台计算机工作站组成的虚拟环境中进行。设计师们戴上头盔显示器后，可以穿行于设计中的虚拟“飞机”，审视“飞机”的各项设计指标。

　　其次是教育与娱乐领域。将VR技术应用于教育，可以使学生能够游览海底、遨游太空、观摩历史城堡，甚至深入原子内部观察电子的运动轨迹和体验爱因斯坦的相对论世界，从而更形象地获取知识，激发思维。能使用户“沉浸”于和谐轻松的人机环境的VR技术在娱乐业也有着极其广泛的应用。第一个大规模的VR娱乐系统“BattleTech"，将每个“座舱”仿真器连网进行组之间的对抗，3D逼真视景、游戏杆、油门、刹车和受到打击时的晃动给用户很强的感官刺激。

　　VR还可以应用于高难度和危险环境下的作业训练。如医疗手术训练的VR系统，用我们已经掌握的人体数据在计算机中重构人体或某一器官的几何模型，并赋予一定的物理特征（例如密度、韧度、组织比例等），通过机械手或数据手套等高精度的交互工具在计算机中模拟手术过程，以达到训练、研究的目的。美国宇航局和欧洲空间局曾成功地将VR技术应用于航天运载器的空间活动、空间站的操作和对哈勃太空望远镜维修方面的地面训练。

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我们自己的VR 　　VR技术是一项投资大、具有高难度的科技领域，和一些发达国家相比，我国还有一定的差距，但已引起我国政府有关部门和科学家们的高度重视。“九五”攻关计划、国家863计划、国家自然科学基金会等都把VR技术的研究列入了资助范围。我国军方对VR技术的发展关注较早，而且支持研究开发的力度也越来越大。

　　我们国内的一些院校和科研单位，陆续开展了VR技术的研究，而且可喜的是，已经实现或正在研制的虚拟现实系统也有不少。像北京航空航天大学计算机系虚拟现实与可视化新技术研究室集成的分布式虚拟环境；浙江大学心理学国家重点实验室开发的虚拟故宫、CAD&CG国家重点实验室开发出桌面虚拟建筑环境实时漫游系统；清华大学计算机系对虚拟现实和临场感方面进行了研究，例如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感试验等方面都具有不少独特的方法；另外，西安交通大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、装甲兵工程学院、中科院软件所、上海交通大学等单位也进行了不同领域、不同方面的VR技术研究工作，并取得了一批研究成果。

　　下面是北京航空航天大学虚拟现实与可视化技术研究室的专家对他们的VR研究成果所做的简单介绍。 　　北航计算机系虚拟现实与可视化新技术研究室在国家863计划支持下，作为集成单位，与国防科技大学、浙江大学、装甲兵工程学院、中科院软件所和解放军测绘学院等单位一起建立了一个用于虚拟现实技术研究和应用的分布式虚拟环境基础信息平台，英文缩写为DVENET。DVENET由一个专用计算机网络以及支持分布式虚拟环境研究与应用的各种标准、开发工具和基础信息数据（如三维逼真地形）组成。基于DVENET，一个分布式虚拟战场环境被成功开发出来。目前，应用DVENET，可以实现包含远程的数十个武器虚拟平台在同一块逼真地形下进行协同作业或对抗演练。参演人员（即用户）可以通过不同的交互方式控制真实的或虚拟的武器仿真平台在虚拟战场环境中进行异地协同与对抗战术演练。总体上说，DVENET的技术水平已接近美国的STOW。

　　除了DVENET以外，VR技术还向民用领域推广。“虚拟珠峰飞行漫游系统”就是给中国科学技术馆研制的，用户可以驾驶虚拟直升机飞越虚拟珠穆朗玛峰，以体验VR的魅力；我们还给房地产公司开发了室内外漫游系统，用户可以在虚拟房屋中漫游审视，以决定是否订购这种拟建房产。 　　总的来说，虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域，但仍存在许多有待解决与突破的问题。为了提高VR系统的交互性、逼真性和沉浸感，在新型传感和感知机理、几何与物理建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多具有挑战性的问题有待解决。但是我们坚信在这一高新技术领域我国肯定会有所作为的。

dubufan

好象国内有了这种软件了，主要做建筑规划的。

啊福哥

我目前还不明白，现在只了解一些

网上过客

哪位会VR 教教小弟呀？

QQ：228612801