虚拟现实

何国涛

(西华大学，四川 成都 610039)

虚拟现实

何国涛

(西华大学，四川 成都 610039)

虚拟现实是近年来新兴的具有广泛应用前景的技术。目前，虚拟现实技术已经广泛应用于娱乐游戏，建筑设计，医疗等领域。本文从虚拟现实技术的概念，特性，应用领域出发，介绍了实现虚拟现实所必需的关键技术，然后又介绍了虚拟现实的近期的热点研究方向，比如三维模型检索技术，三维模型水印技术，分布式虚拟环境通信等技术。

虚拟现实；系统；技术；虚拟环境

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术产生于20世纪60年代，VR一词创始于20世纪80年代，该技术涉及计算机图形学、传感器技术、动力学、光学、人工智能及社会心理学等研究领域，是多媒体和三维技术发展的更高境界。虚拟现实技术是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，是一种新的人机交互接口。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(Virtual Environment，简称VE)，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。

1 虚拟现实的概念

虚拟现实是采用以计算机技术为核心的现代先进技术生成的逼真的视觉，听觉，触觉一体化的虚拟环境，用户可以通过必要的输入输出设备与虚拟环境中的物体进行交互，相互影响，进而获得身临其境的感受与体验。这种由计算机生成的虚拟环境可以是某一特定客观世界的再现，也可以是纯粹虚构的世界。输入输出设备包括立体头盔显示器，数据手套，数据衣服等穿戴式设备，还包括不直接穿戴在身上的传感设备。用户对虚拟现实的交互包括手的移动，头的转动等，虚拟现实中的物体能做出实时的反馈。

虚拟现实有三个特性，它们分别是沉浸性，交互性，想象性。沉浸性，是指用户感觉到好像完全处于虚拟现实中一样，被虚拟世界包围。理想的虚拟现实可以让用户难辨真假。交互性，是指用户与虚拟世界以自然的方式进行交互，通过人的肢体运动以及特定的硬件设备感受来自虚拟世界的实时反馈。想象性，是指虚拟环境是人想象出来的，同时这种想象体现了设计中的相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。

虚拟现实的应用领域非常广，可以用在军事，医学，娱乐，学习，科技开发等等领域。医疗领域如虚拟手术系统，用于指导手术的进行。军事领域，如利用虚拟现实技术模拟战争来研究作战方案，培训指导员等。娱乐领域，如玩家通过虚拟现实头盔得到震撼的游戏体验。学习领域，比如远程沉浸学习，协同学习等。首先我们提出为什么要研究虚拟仿真的问题，因为这个问题不搞清，我们就很难有意愿深入的学习这门新兴的科学。

虚拟现实的主要实现方法是借助必要的装备，实现人与虚拟环境之间的信息转换，最终实现人与环境之间的自然交互与作用。在阐述了什么是虚拟现实技术的基础上，我们将进一步给出它的定义。通常虚拟现实的定义分为狭义和广义两种

2 虚拟现实系统的分类

(1)沉浸型虚拟现实系统(Immersive VR)：沉浸型虚拟系统是一套比较复杂的系统。使用者必须头戴头盔(HMD)、手带数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。由于这种系统可以将使用者的视觉、听觉与外界隔离，从而排除外界干扰，全身心地投入到虚拟现实中去。这种系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。常见的沉浸型系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统。

(2)增强现实性的虚拟现实系统：不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是现实中无法感知或不方便的感受。典型实例是战斗机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投身到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机。

(3)桌面型虚拟现实系统(Desktop VR)：是利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的窗口。使用者通过各种输入设备便可与虚拟环境进行交互，这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。这种系统的特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广，缺点是缺乏真实的现实体验。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实Quick Time VR(由苹果公司推出的快速虚拟系统，是采用360度全景拍摄来生成逼真的虚拟情景，用户在普通的电脑上，利用鼠标和键盘，就能真实地感受到所虚拟的情景)、虚拟现实造型语言(VRML，Virtual Reality Modeling Language)等。

(4)分布式虚拟现实系统(Distributed VR)：是将异地的不同用户联结起来，共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的。例如，异地的医科学生，可以通过网络，对虚拟手术室中的病人进行外科手术。

3 虚拟现实未来

虚拟现实是一门很有前景的高新技术。本文首先介绍了虚拟现实的概念，特征以及应用领域。然后对虚拟现实的几个关键技术进行了简要介绍，包括立体显示技术，环境建模技术，自然交互技术等。本文还对虚拟现实三维模型检索技术，数字版权管理，分布式虚拟现实通信这三个关于虚拟现实的热门研究方向进行了简单的介绍。最后还谈了对这门课程的收获与期望。

我对虚拟现实技术这门课程的建议是，能介绍更多最新的虚拟现实相关的产品，比如微软，索尼等公司新出的与虚拟现实相关的游戏设备等。还希望课程在硬件设备方面的介绍能少一点，多一些关键技术方面的介绍。

[1] 姬华民.三维模型数字水印算法研究[D].山东大学,2011.

[2] 赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学(F辑:信息科学),2009,39(1):2-46.

[3] 崔晨旸.三维模型检索中关键技术的研究[D].浙江大学,2005.

[4] 李军.三维模型数字水印研究[J].湖北民族学院学报(自然科学版),2009,1:011.

[5] 王昌建,冯小青.基于三维模型冗余信息的数字水印算法[J].煤炭技术,2012,31(009):146-147.

何国涛(1993—)，男，汉族，四川成都人，西华大学，研究方向：虚拟现实。

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1671-1602(2016)24-0024-01