5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality，VR）是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。其名詞最早由美國VPLResearch公司的創(chuàng)建人拉尼爾（JaronLanier)于1989年提出，1990年11月27日，錢學森將虛擬現(xiàn)實翻譯為“靈境”，又稱靈境技術(shù)或虛擬實境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)包括計算機、電子信息、仿真技術(shù)，其基本實現(xiàn)方式是以計算機技術(shù)為主，利用并綜合三維圖形技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等多種高科技的最新發(fā)展成果，借助計算機等設(shè)備產(chǎn)生一個逼真的三維觸覺、視覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界，從而使處于虛擬世界中的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。隨著社會生產(chǎn)力和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域。5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)5.4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程虛擬現(xiàn)實蘊涵思想階段1929年，設(shè)計出用于訓練飛行員的模擬器；1956年，開發(fā)出多通道仿真體驗系統(tǒng)Sensorama。第一階段（1929—1962）虛擬現(xiàn)實萌芽階段1965年，論文《終極顯器》（UltimateDisplay）；1968年，帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（HMD）；1972年，第一個交互式電子游戲“Pong”。第二階段（1963—1972）虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段1977年，數(shù)據(jù)手套SayreGlove；1983年，分布交互仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用；1984年，火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器；1984年，首次提出“虛擬現(xiàn)實”的概念；1987年，雙目全方位監(jiān)視器（BOOM）的最早原型。第三階段（1973—1989）虛擬現(xiàn)實理論進一步完善和應(yīng)用階段1990年，第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD（頭盔顯示器）“EyePhones”。1993年11月，VR技術(shù)設(shè)計的波音777飛機；2022年，利用VR實時瀏覽他們的設(shè)計。21世紀以來，有代表性的如MultiGenVega、OpenSceneGraph、Virtools等。2022年12月2日，虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實入選“智瞻2023”論壇發(fā)布的十項焦點科技名單。第四階段（1990年—現(xiàn)在）5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)5.4.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理框架1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征01讓用戶成為并感受到自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)造環(huán)境中的一部分。沉浸性03表示計算機技術(shù)應(yīng)該擁有多種感知方式。多感知性05在虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律和規(guī)則自主運動。自主性02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。交互性04使用者在虛擬空間中可以與周圍物體進行互動。構(gòu)想性5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)5.4.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理框架2、虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)包括動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具和系統(tǒng)集成技術(shù)。VR立體顯示和傳感器技術(shù)虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，選擇適當應(yīng)用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)獲取實環(huán)境的三維數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)其應(yīng)用需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。系統(tǒng)集成技術(shù)集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、模型的標定技術(shù)、識別與合成技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型等。實時三維圖形生成技術(shù)為保證實時性，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。01020304055.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類（1）沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（ImmersiveVR）是一種高級的、較理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它提供一個完全沉浸式體驗，使用戶有一種仿佛置身于真實世界之中的感覺。它通常采用洞穴式立體顯示裝置或頭盔式顯示器等設(shè)備，首先把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等輸入設(shè)備和視覺、聽覺等設(shè)備，使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。（2）桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（DesktopVR）也稱窗口虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是利用個人計算機或初級圖形工作站等設(shè)備，以計算機屏幕作為用戶觀察虛擬世界的一個窗口，采用立體圖形、自然交互等技術(shù)，產(chǎn)生三維立體空間的交互場景，通過包括鍵盤、鼠標和力矩球等各種輸入設(shè)備操縱虛擬世界，實現(xiàn)與虛擬世界的交互。5.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類（3）增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中強調(diào)人的沉浸感，即沉浸在虛擬世界中，人所處的虛擬世界與現(xiàn)實世界相隔離，看不到真實的世界，也聽不到真實的世界。而增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（AugmentedVR）既可以允許用戶看到真實世界，同時也可以看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，既可減少構(gòu)成復(fù)雜真實環(huán)境的開銷（因為部分真實環(huán)境由虛擬環(huán)境取代），又可對實際物體進行操作（因為部分物體是真實環(huán)境），真正達到了亦真亦幻的境界。（4）分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)近年來，計算機、通信技術(shù)的同步發(fā)展和相互促進成為全世界信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的主要特征。特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速崛起，使得信息應(yīng)用系統(tǒng)在深度和廣度上發(fā)生了本