虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtualrealitytechnology,VR）是一種新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)產(chǎn)生的電子信號(hào)與各種輸出設(shè)備相結(jié)合，從日常生活中收集數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化成人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)反饋給人，通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建一個(gè)能夠讓用戶身臨其境感受的模擬環(huán)境[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)的主要技術(shù)包括三維建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感器技術(shù)、應(yīng)用研發(fā)技術(shù)和VR定位技術(shù)等。它能夠讓人真真切切地與機(jī)器產(chǎn)生互動(dòng)，體現(xiàn)出強(qiáng)大的模擬真實(shí)世界的效果。人們?cè)诓僮鬟^(guò)程中，可以按照自己的想法來(lái)改變虛擬世界，與之互動(dòng)。人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展十分關(guān)注，正是因?yàn)樗且环N對(duì)真實(shí)世界的模擬，能創(chuàng)造出各種各樣全新的世界，并通過(guò)設(shè)備在其中互動(dòng)、感知。從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展到逐漸成熟的過(guò)程可概括為四個(gè)大的階段[2]。第一個(gè)階段為20世紀(jì)60年代以前，人們對(duì)模擬感官產(chǎn)生了初步的構(gòu)想。1935年，虛擬現(xiàn)實(shí)概念的雛形產(chǎn)生了。美國(guó)科幻小說(shuō)家StanleyG.Weinbaum在其小說(shuō)中第一次提到了一種基于眼鏡的、融合有各種感官的虛擬現(xiàn)實(shí)的概念。觸覺(jué)、嗅覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官都由設(shè)備產(chǎn)生，并傳送給人體。這是記錄中最早涉及VR的想法[3]。第二個(gè)階段為20世紀(jì)60至70年代，虛擬現(xiàn)實(shí)的概念逐漸萌芽。1965年，IvanSutherland提到了一種富有想象力的圖形顯示技術(shù)。并為此發(fā)表了一篇名為“TheUltimateDisplay（終極顯示）”的論文。通過(guò)這種技術(shù)，觀看者身臨其境地活動(dòng)于虛擬世界中。而不再使用計(jì)算機(jī)屏幕的窗口來(lái)探索計(jì)算機(jī)模擬的虛擬世界。這一觀念的出現(xiàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。1967年，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)啟動(dòng)了Grup計(jì)劃。力反饋裝置，即一種虛擬現(xiàn)實(shí)傳感器技術(shù)，被提了出來(lái)。1968年，IvanSutherland成功研發(fā)出了一款頭盔式立體顯示器（HMD），它具有跟蹤傳感器。同時(shí)，他還發(fā)表了一篇名為“AHeadMounted3DDisplay”的論文，介紹了這種頭盔式顯示器裝置的設(shè)計(jì)原理。這些理論也為三維立體顯示技術(shù)奠定了一定的基礎(chǔ)[4]。第三個(gè)階段為20世紀(jì)70年代至80年代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和理論逐漸產(chǎn)生和形成。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）研發(fā)出了“SIMNET”。這是一個(gè)非常逼真的虛擬仿真戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)。它為坦克編隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練提供了安全可靠的訓(xùn)練環(huán)境。1984年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的AMES研究與開(kāi)發(fā)中心研制出一款虛擬顯示器。它用于火星的圖像探測(cè)。用火星探測(cè)器收集到的數(shù)據(jù)，能夠在實(shí)驗(yàn)室中模擬出火星表面的各種環(huán)境地貌。同年，VPL公司的JaronLanier第一次提出了沿用至今的“VirtualReality（虛擬現(xiàn)實(shí)）”的概念。第四個(gè)階段為20世紀(jì)90年代至今，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的快速發(fā)展與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的不斷升級(jí)極大地推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展?；诖髷?shù)據(jù)集處理聲音和圖像數(shù)據(jù)，使得人機(jī)交互系統(tǒng)不斷創(chuàng)新。大量全新且實(shí)用的輸入輸出設(shè)備如雨后春筍般出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)[5]。1994年，任天堂推出了VirtualBoy。同年，世嘉發(fā)布了SegaVR-1。這兩款虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備主要應(yīng)用于游戲領(lǐng)域。然而，這些VR設(shè)備的雛形制作成本極高，且運(yùn)行效果也未能達(dá)到很好的預(yù)期。因此，VR設(shè)備這次出現(xiàn)在市場(chǎng)上，只是曇花一現(xiàn)。2012年，為了使VR設(shè)備的價(jià)格更加親民，Oculus公司籌款將每臺(tái)VR設(shè)備的價(jià)格，降低到了大約300美元。2014年，谷歌推出了3D眼鏡GoogleCardBoard，它可以將智能手機(jī)作為虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件設(shè)備，降低了VR的使用成本。同年，三星推出創(chuàng)新者版VR，但這款初代產(chǎn)品的功能不夠完善，只能作為新型科技展示而不能用于日常使用。2015年后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。其研發(fā)開(kāi)始逐漸從理論研究轉(zhuǎn)為應(yīng)用方面[6]。在交互硬件方面，各式各樣價(jià)格低廉的VR設(shè)備層出不窮，索尼的PlayStationVR、OculusRift頭盔顯示器、LeapMotion體感控制器、HTC的HTCVive等相繼出現(xiàn)。其中，以HTCvive的表現(xiàn)最為亮眼。這種優(yōu)秀的VR設(shè)備一經(jīng)出現(xiàn)就受到了消費(fèi)者的熱捧。這也象征著消費(fèi)級(jí)的VR設(shè)備逐漸被大眾所接受。Vive套件由幾部分組成。一個(gè)頭盔顯示器，用來(lái)觀察虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。兩個(gè)控制器，用于與虛擬環(huán)境發(fā)生互動(dòng)。兩個(gè)定位器，用于探測(cè)頭盔和控制器的實(shí)時(shí)位置。一個(gè)串流盒，用于連接計(jì)算機(jī)與頭盔等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。頭盔顯示器和兩個(gè)控制器都裝有光電傳感器，它能夠跟蹤并記錄VR設(shè)備上特定的光源，以此來(lái)達(dá)到定位操縱效果?！盁羲↙ighthouse）”定位系統(tǒng)是Valve公司研發(fā)的一種專門為VR設(shè)備進(jìn)行定位的系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)房間規(guī)模的定位，讓使用者能夠活動(dòng)在一個(gè)較大的空間范圍內(nèi)，限制很小。因此使用者不用再拘束于坐著或站著的動(dòng)作，活動(dòng)更加自由。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的硬件設(shè)備越來(lái)越多，各式各樣的設(shè)備和VR的兼容性問(wèn)題也成了一個(gè)難題。2004年，丹麥一家公司開(kāi)發(fā)出Unity引擎。第二年，發(fā)布了1.0版本，但是只能局限于MAC平臺(tái)。主要用于研發(fā)WEB項(xiàng)目和虛擬現(xiàn)實(shí)。2008年，Unity的windows版本終于面世，并逐漸開(kāi)始登陸iOS和Wii。隨后幾年內(nèi)，Unity開(kāi)始支持android、PS3和XBOX360，逐步登陸了全平臺(tái)。然而，Unity引擎卻始終局限于游戲研發(fā)領(lǐng)域，沒(méi)能廣泛地應(yīng)用于其他領(lǐng)域中。1996年，美國(guó)WorldViz公司開(kāi)發(fā)出Vizard引擎，起初僅僅是應(yīng)用于心理學(xué)領(lǐng)域的各項(xiàng)科學(xué)研究工作[6]。然而后來(lái)，開(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)它的功效遠(yuǎn)不止于此，在其他領(lǐng)域，Vizard也能展現(xiàn)出卓越且可靠的性能。因?yàn)閂izard從研發(fā)的初始就考慮到了針對(duì)多硬件的支持，其軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)從最開(kāi)始就遵循這個(gè)目標(biāo)而進(jìn)行架構(gòu)。因此，這也成了Vizard區(qū)別于其他虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)引擎的一大優(yōu)勢(shì)。WorldViz公司的Vizard引擎經(jīng)過(guò)多年迭代改進(jìn)，現(xiàn)已成為最成熟的商業(yè)VR引擎[7]。近年來(lái)，Vizard軟件一直活躍在企業(yè)級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。目前，已經(jīng)有數(shù)千家企業(yè)運(yùn)用Vizard軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)研發(fā)，其中包含了全球頂尖的科研機(jī)構(gòu)和世界500強(qiáng)企業(yè)。國(guó)內(nèi)外的眾多高校和研究機(jī)構(gòu)也都相繼應(yīng)用該軟件展開(kāi)科學(xué)研究。其中，國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)包括加利福尼亞大學(xué)環(huán)境與行為研究中心、加拿大滑鐵盧大學(xué)﹑邁阿密大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)研究室、斯坦福大學(xué)信息學(xué)院等；國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)包括中國(guó)科學(xué)院心理研究所、北京師范大學(xué)心理學(xué)院等。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、藝術(shù)、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)械制造領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也開(kāi)始嶄露頭角。用虛擬模型取代傳統(tǒng)實(shí)物模型進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試等操作，可以大大提高機(jī)械制造的安全性，并降低測(cè)試成本。參考文獻(xiàn)[1]廖斯羽.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎ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