虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality, VR)是利用计算机辅助技术模拟人的视觉、听觉、触觉等感官，让用户身临其境地体验和学习新的知识和技术，是虚拟现实产业中的一个重要分支。那么，虚拟现实究竟是什么？与普通 VR有什么区别吗？虚拟现实又会对我们的生活产生怎样的影响吗？虚拟现实概念出现已经有百年时间了，在整个计算机软件历史中只有短短数年，如今已成为全球发展最快的信息产业之一，并且已经从计算走向消费。虽然虚拟现实在技术上与普通 VR有一些区别，但是其本质上还是一样的。比如：我们可以通过在室内进行模拟活动来享受更逼真的感觉；可以通过游戏让你充分体验到电脑游戏中玩家所需要实现的能力；可以通过控制鼠标、键盘等装置来控制虚拟人物行走等行动等等。 qwbaike.cn

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虚拟现实是指计算机模拟出的一个虚拟世界，用户能通过自己的眼睛观察、操作，并体验到现实世界中不可能拥有的视觉内容和听觉感受。虚拟现实是建立在互联网技术之上的新一代信息技术革命，其利用计算机软件模拟人类的视觉、听觉、触觉等感官而实现的空间全息化展示。它能够将用户在虚拟世界中所能获得的物理特性引入计算机现实世界，并赋予计算机虚拟世界以更丰富的物理意义和更生动的人际交互界面。虚拟现实对人类生活带来巨大的影响：在娱乐上, VR带来更多欢乐；在商业上, VR则是创造新商机、新业态。VR技术是当今最受关注的新兴科技之一，其运用能够创造出前所未有的真实、超乎想象的虚拟现实环境，在娱乐上也有着其他新兴技术无法替代的独特优势。由于现在大多数互联网平台上都可以实现用户创建、编辑、搜索、分享等功能，因此当用户通过互联网看到某款 VR硬件设备时，就可以获得一个与真实世界一样的体验方式。而除了能获得令人叹为观止的逼真外, VR还让用户能够更加深入地参与到这款设备中去，享受在虚拟空间中所感受到之美妙刺激。 www.qwbaike.cn

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VR (Virtual Reality)是一种新的、以计算机技术为基础的技术。它充分利用了计算机视觉、空间位置与姿态感知等高科技手段，实现人机交互界面，具有三维信息显示、沉浸式体验，动态环境交互，虚拟现实交互和实时3D影像播放、数据采集等功能。VR是一种综合应用了光学、人工智能、数字信号处理方式的技术。虚拟现实能提供一个与真的物理空间完全一样的三维环境。虚拟现实不是一种真实地模拟空间，而是利用计算机软件去模拟人眼所能达到的视觉图像（以眼睛为基准）和听觉声音信息（以耳朵为中心),再通过各种传感器把这些感官信息同步采集并传输给显示器，从而使用户得到身临其境的感觉。VR在内容上具有沉浸式逼真观感，这是 VR技术得以成功运用的关键所在。但这仅仅是在一个虚拟世界内可以实现 VR技术应用并获取相应体验和功能的基础上才可以称之为真正的 VR技术。虽然目前只有少数厂商在虚拟现实软件上进行了一些实验与开发工作，但基于最新一代操作系统和移动设备等硬件设计上研发出来的应用还是比较成熟了。

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近几年，虚拟现实技术的研究与应用呈现出蓬勃发展的势头。国内也开展了相关研究工作，并且取得了一定的成绩。但与国外相比，我国在虚拟现实技术应用方面还存在一定的差距。首先是硬件设备还不成熟。虽然 VR系统在国内已经有了一定的基础，但 VR硬件设备对于性能要求比较高，目前国内还没有完全达到。其次是内容方面。目前国内虚拟现实领域的应用主要集中在空间信息展示方面，包括视频直播、游戏、培训等。而 VR在游戏方面同样面临着各种挑战，包括场景的交互性与游戏体验如何将动作和图像映射到空间信息上，如何让游戏玩家参与到游戏体验当中等。由于目前国内硬件设备上的虚拟现实技术还相对比较落后，因此还需要进一步地研发改进。 Famous Encyclopedia String

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目前，由于虚拟现实技术本身的特点，在应用领域上主要集中在制造业与工程设计领域。从这个角度来看，虚拟现实技术在工业设计领域的应用价值是不可估量，尤其是工业设计领域的应用价值更是非常巨大。而从目前的应用发展来看，其发展空间还很大。由于虚拟现实能够创造出超越真实世界的逼真体验，因此其也是未来几年内值得关注的热点领域之一。作为一种新兴信息技术，虚拟现实技术与人们生活之间密切相关，可以说虚拟现实技术早已走进了人们生活中方方面面。随着虚拟现实技术在各个领域应用广泛，用户不仅能够体验到真实世界中难以拥有的虚拟情景，同时还能够在虚拟世界中进行虚拟活动——创造出全新体验。虚拟现实技术具有强大的实用性以及广阔的发展前景，并且在未来会对人们日常生活带来很大改变。 www.qwbaike.cn

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但是在实际发展过程中发现，虚拟现实的优势并不是那么突出，目前虚拟现实产品还有很大的发展空间。比如目前市场上已经有很多基于硬件打造虚拟世界模拟器设备。虚拟现实设备主要包括三大部分，分别是：三维光学引擎、传感器系统。三维光学引擎主要是用来模拟人眼视物，提升虚拟现实体验的逼真度；传感器系统主要用来实现动态三维显示，提升真实度；传感器系统是为了实现空间数据采集和分析而设计的一种传感器系统，主要用于实现三维图像实时采集与处理，提升空间分辨率。传感器系统也是虚拟现实产业中比较关键的一部分。不同的传感器系统所能提供不同体验的效果，例如：加速度传感器可以提高模拟实际走路加速度、陀螺仪可以提高运动时速度、距离传感器则提升空间位置传感器则可以提高视角等。 Famous Encyclopedia String

1、三维光学引擎技术与发展趋势 Famous Encyclopedia String

三维光学引擎主要包括三维相机系统、三维光学光场算法以及三维光学成像技术三个部分，其中最为关键和核心的就是3D相机系统。目前大多数手机厂商和游戏厂商都在使用3D相机系统，因为其不仅能提供更好的显示效果和沉浸感，而且其价格也相对较低。但是在实际使用中发现这种相机系统性能并不能达到预期。三维成像方法是将二维空间上的信息和图像叠加到三维图像上，并通过对二维图像信息的解析计算来达到增强显示效果和降低屏幕成本的目的。由于这种方法具有一定的局限性，所以越来越多厂家和游戏厂商将其应用于游戏中。目前采用最多最广泛的二维成像技术是三维镜头阵列光学相干断层扫描镜头；三维光学成像技术主要有双目相机(Optical Reality Cam)图像重建与放大、激光雷达图像处理与三维建模技术；近红外成像系统及混合成像技术等。

2、三维光学引擎技术发展现状及存在的问题

三维光学引擎主要包括相机、扫描仪、透镜阵列等，其中相机和透镜阵列被称为三维光学引擎中三大关键核心技术。其中相机和光学引擎这两个核心技术是整个立体成像技术的关键环节。近年来随着计算机图像处理技术的不断发展，光学相机技术逐渐成为一个重要的计算基础。目前三维光学引擎主要有两个发展方向：一是成像原理的升级，二是软件功能及性能提升。成像原理升级主要包括三维光学引擎硬件及软件更新等方面，在硬件方面，主要是硬件性能提升并进行优化；在软件方面主要是软件功能和性能提升并进行优化升级。但是从目前的市场情况来看，用户对于三维光学引擎应用软件及技术的关注并不是那么高。在硬件方面大多还处于研究阶段。

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3、虚拟现实产品发展过程中存在的问题及解决方案 Famous Encyclopedia String

虽然虚拟现实技术发展迅速，但是在实际应用中也存在着诸多问题，例如：虚拟现实技术需要有配套齐全的软件应用支撑。虚拟现实产业属于新兴产业，所以需要专门支持虚拟现实技术的软件应用支撑平台，如 VR/AR、虚拟现实及相关的视觉显示、交互系统等。在应用虚拟现实技术时，还需要支持各种软硬件的结合，并且支持软硬件结合的软件应用平台很多，例如: AR/VR眼镜设备平台，可以实现硬件与软件系统之间互相融合；在 VR/AR头盔设备平台上，需要支持手机上 AR/VR功能；在 VR眼镜设备平台上，需要支持显示摄像头，可实现高分辨率显示功能。目前关于虚拟现实产业发展过程中存在许多问题。比如，现有的系统还存在一定缺陷和不足。比如当前最先进的 VR摄像头产品还没有真正普及到普通用户中。因此，进一步研发针对用户需求而设计出的系统更加重要。

虚拟现实技术

“虚拟现实技术”发展迅猛，已成为信息产业最重要的组成部分。虚拟现实技术已经广泛应用于各行业领域，例如3D打印、虚拟现实教学、游戏电竞等。美国的一些商业公司也已经开始积极涉足这一领域，其中尤以 Oculus Rift VR设备最为出名。VR应用中虚拟现实技术的广泛介入，使很多普通观众成为了行业内的翘楚，使得很多专业工作者可以通过身临其境的观察和操作来完成各种专业性较强且复杂的工作。这对于许多领域来说都是非常具有挑战性的。因为普通人无法准确地捕捉到一些物体和空间位置等变化过程；另外，许多 VR设备只支持一种终端设备（如手机),只能提供一个“看”或“听”这种信息。不过近年来虚拟现实技术在各个领域上都取得了很大突破，已经开始广泛地应用到各个领域。未来在虚拟现实游戏、电影制作、远程教育等领域会有很大应用空间。 www.qwbaike.cn

1、虚拟现实游戏 Famous Encyclopedia String

在技术条件允许的情况下，游戏玩家可以通过“眼镜+显示器”，感受虚拟现实的极致快感。虚拟现实游戏包括模拟竞技游戏和基于增强现实技术游戏两种。模拟竞技游戏的本质就是通过3D建模，以不同维度、不同视角展现出场景中的细节，从而吸引玩家完成游戏目标。然而虚拟现实游戏并不是真正意义上的真人游戏，而是通过利用计算机动画及图像技术模拟出游戏场景并生成虚幻影像的游戏形态。虚拟现实游戏可以模拟出真实世界中没有过的场景和动作，使得玩家仿佛身临其境；或者可以把所有场景都虚拟化成虚拟地图供玩家进行自由探索。虚拟游戏与虚拟现实设备一样具备了沉浸式游戏的功能，而这正是 VR技术所不具备的。目前全球对虚拟现实游戏行业发展需求最大的公司是 HTC和 GOOGL等龙头企业。

2、虚拟现实电影制作

以 Rift为代表的虚拟现实技术，已经被好莱坞许多电影制作公司用来拍摄影片，包括《阿凡达》、《夺宝奇兵》和《阿凡达》。这也是目前 VR在影视制作中最受欢迎的一种应用。此外在电影制作过程中，也可以利用 VR技术来提升电影质量。例如《夺宝奇兵》这部作品在虚拟的场景中增加了一些动作场景，比如让主角的手自动抓握“枪”的位置，利用 Oculus Rift来看动作捕捉过程，从而对“枪”进行360度 VR扫描。通过扫描来看“枪”是怎样抓握，从而让观众看到“枪”在画面中所出现的位置。这种方法利用 Oculus Rift和 Netflix这样的平台可以让普通观众看清画面中的“枪”有哪些地方是没有移动的。所以有专家认为如果把拍摄过程搬到到影院中进行的话，电影制作效果会更加真实。 Famous Encyclopedia String

3、在线教育

虚拟现实技术为远程教育带来了革命性的变化。以往的在线教育模式更多地依赖于传统的教室、教师等线下教育资源，而虚拟现实教学系统中不仅提供了实时的互动效果，还提供了真实世界里的教学效果，使得远程教育更加贴近教育现实生活。例如在传统课堂中，教师通过佩戴专用头戴器在屏幕上授课，不仅给学生们带来逼真的教学环境，还可以根据教学需要在屏幕上设置多个互动场景，并将多个画面传送到教室里观看。除了传统形式的课堂外, VR技术还可以应用到大学的网络教育中。例如，美国哈佛大学利用3D打印材料进行网络大学课程学习。在哈佛大学进行虚拟现实教学时，学生们不仅可以进入真实世界里了解不同课程学习过程，还能通过3D打印出复杂的物件。而且学生们还可以根据自己的兴趣和时间自由选择课程时间和课程内容，并在课堂里积极互动交流并积极参与游戏等课外活动。通过学习新知识、培养兴趣和参与感，以及培养对科学研究工作的兴趣等多方面考虑，在线教育有着巨大潜力。 Famous Encyclopedia String