（一）概述：

虛擬現實技術(英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR)，又稱靈境技術，是20世紀發展起來的一項全新的實用技術。虛擬現實技術囊括計算機、電子信息、仿真技術于一體，其基本實現方式是計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感。隨著社會生產力和科學技術的不斷發展，各行各業對VR技術的需求日益旺盛。VR技術也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術領域。

（二）簡介：

所謂虛擬現實，顧名思義，就是虛擬和現實相互結合。從理論上來講，虛擬現實技術（VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術就是利用現實生活中的數據，通過計算機技術產生的電子信號，將其與各種輸出設備結合使其轉化為能夠讓人們感受到的現象，這些現象可以是現實中真真切切的物體，也可以是我們肉眼所看不到的物質，通過三維模型表現出來。因為這些現象不是我們直接所能看到的，而是通過計算機技術模擬出來的現實中的世界，故稱為虛擬現實。

虛擬現實技術受到了越來越多人的認可，用戶可以在虛擬現實世界體驗到最真實的感受，其模擬環境的真實性與現實世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺；同時，虛擬現實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統；最后，它具有超強的仿真系統，真正實現了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環境最真實的反饋。正是虛擬現實技術的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

（三）發展歷史：

1、第一階段（1963年以前）有聲形動態的模擬是蘊涵虛擬現實思想的階段

1929年，Edward Link設計出用于訓練飛行員的模擬器；1956年，Morton Heilig開發出多通道仿真體驗系統Sensorama。 

2、第二階段（1963—1972）虛擬現實萌芽階段

1965年，Ivan Sutherland發表論文“UltimateDisplay”（終極的顯示）；1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（HMD）；1972年，NolanBushell開發出第一個交互式電子游戲Pong。

3、第三階段（1973—1989）虛擬現實概念的產生和理論初步形成階段

1977年，Dan Sandin等研制出數據手套SayreGlove；1984年，NASA AMES研究中心開發出用于火星探測的虛擬環境視覺顯示器；1984年，VPL公司的JaronLanier首次提出“虛擬現實”的概念；1987年，JimHumphries設計了雙目全方位監視器（BOOM）的最早原型。

4、第四階段（1990年至今）虛擬現實理論進一步的完善和應用階段

1990年，提出VR技術包括三維圖形生成技術、多傳感器交互技術和高分辨率顯示技術；VPL公司開發出第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD“EyePhoncs”；21世紀以來，VR技術高速發展，軟件開發系統不斷完善，有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等。 

（四）特征：

1、沉浸性

沉浸性是虛擬現實技術最主要的特征，就是讓用戶成為并感受到自己是計算機系統所創造環境中的一部分，虛擬現實技術的沉浸性取決于用戶的感知系統，當使用者感知到虛擬世界的刺激時，包括觸覺、味覺、嗅覺、運動感知等，便會產生思維共鳴，造成心理沉浸，感覺如同進入真實世界。 

2、交互性

交互性是指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度，使用者進入虛擬空間，相應的技術讓使用者跟環境產生相互作用，當使用者進行某種操作時，周圍的環境也會做出某種反應。如使用者接觸到虛擬空間中的物體，那么使用者手上應該能夠感受到，若使用者對物體有所動作，物體的位置和狀態也應改變。 

3、多感知性

多感知性表示計算機技術應該擁有很多感知方式，比如聽覺，觸覺、嗅覺等等。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前大多數虛擬現實技術所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、觸覺、運動等幾種。 

4、構想性

構想性也稱想象性，使用者在虛擬空間中，可以與周圍物體進行互動，可以拓寬認知范圍，創造客觀世界不存在的場景或不可能發生的環境。構想可以理解為使用者進入虛擬空間，根據自己的感覺與認知能力吸收知識，發散拓寬思維，創立新的概念和環境。

5、自主性

是指虛擬環境中物體依據物理定律動作的程度。如當受到力的推動時，物體會向力的方向移動、或翻倒、或從桌面落到地面等。

（五）關鍵技術：

虛擬現實的關鍵技術主要包括：

1、動態環境建模技術

虛擬環境的建立是VR系統的核心內容，目的就是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要建立相應的虛擬環境模型。

2、實時三維圖形生成技術

三維圖形的生成技術已經較為成熟，那么關鍵就是“實時”生成。為保證實時，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術

虛擬現實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發展，現有的設備不能滿足需要，力學和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入，虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。 

4、應用系統開發工具

虛擬現實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象，選擇適當的應用對象可以大幅度提高生產效率，減輕勞動強度，提高產品質量。想要達到這一目的，則需要研究虛擬現實的開發工具。 

5、系統集成技術

由于VR系統中包括大量的感知信息和模型，因此系統集成技術起著至關重要的作用，集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別與合成技術等。