什么是虚拟现实？_技术学园

虚拟现实的定义之一:

　　虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户头戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器）或者采用大屏幕立体投影，手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术潜在的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。

虚拟现实的定义：

　　虚拟现实（VR）是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异。简单地说，VR技术就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视听触嗅等手段所感受到的虚拟幻境，故VR技术又称幻境或灵境技术。1992年，在法国召开了与VR技术相关的名为“真实与虚拟世界的界面”的国际会议，同年在美国的San Diego（圣迭戈），一批以医学专家为主的科学家组织召开了名为“医学中的虚拟现实技术”的学术会议。1993年，IEEE在Seattle（西雅图）召开了第一届虚拟现实国际学术会议，会议吸引了大批科技工作者，发表了大量有价值的论文。不久，IEEE的刊物Spectrum也组织了有关专集。在国内科技界，VR技术正逐渐受到人们重视。

　　虚拟现实是一门集成了人与信息的科学。其核心是由一些三维的交互式计算机生成的环境组成。这些环境可以是真实的，也可以是想象的世界模型，其目的是通过人工合成的经历来表示信息。有了虚拟现实技术，复杂或抽象系统的概念的形成可以通过将系统的各子部件以某种方式表示成具有确切含义的符号而成为可能。虚拟现实是融合了许多人的因素，且放大了它对个人感觉影响的工程。虚拟现实技术是建立在集成诸多学科如心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学、机器人及多媒体技术等之上的。

　　虚拟现实应具有以下三个方面的含义。首先VR是通过计算机生成一个非常逼真的足以“迷惑”我们人类视觉的虚幻的世界。这种“迷惑”是多方面的，我们不仅可以看到而且可以听到、触到及嗅到这个虚拟世界中所发生的一切。这种感觉是如此的真实，以至于我们能全方位地浸没在这个虚幻的世界中，这就是VR的首要功能，即浸没感（Immersion）或临场参与感。一般来说，虚拟系统的输出设备应尽可能面向使用者的感觉器官以保证良好的浸没感，如头盔式显示器（HMD），它将使用者的听觉视觉功能完全置于虚拟的环境之中并切断了所有外界信息。使用者在虚拟的环境漫游可以通过跟踪使用者的头及身体的运动来完成，与虚拟物体的接触通过戴在手上的传感装置检测来实现。

　　虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而是一个开放的环境，它可以对使用者的输入（如手势，语言命令）作出响应。比如你可以拿起一虚拟的火炬并打开其开关，你一推操纵杆，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虚拟的手感触到虚拟物体存在，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响，这是VR的第二个特征，即交互性（Interaction）。

　　虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件，它以夸大的形式反映了设计者的思想，比如当在盖一座现代化的大厦之前，你首先要做的事是对这座大厦的结构做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂。正如这些图纸反映的是设计者的构思，虚拟现实同样反映的是某个设计者的思想，只不过它的功能远比那些呆板的图纸生动，强大的多。所以国外有些学者称VR为放大人们心灵的工具，或人工现实（artifical reality）。这是VR所具有的第三类特征，即思想性（Imagation）。

　　综上所述，虚拟现实是人们可以通过视听触等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面

虚拟现实的定义之二：

　　虚拟现实的英文名称是 "Virtual Reality", 简写为 "VR", 又由钱学森院士翻译为“灵境”。
Virtual的英文本意是表现上具有真实事物的某些属性，但本质上是虚幻的。Reality的英文本义是 "真实"而不是 "现实"。我想应该注意这一点，不过既然 "虚拟现实"的名称已经在中国广泛应用，也就不改正它了。

　　从这个名字可以看出，它英文本义是＂真实世界的一个映像＂(a image of real world)，而不仅仅只是一个下面的狭义定义中的人机界面而已。

本文将虚拟现实的定义分为狭义和广义两种。

狭义的定义

　　即为一种人机界面(人机交互方式)，曾建超等 “虚拟现实的技术及其应用 ”书中所定义的。在这种情况下，可以称之为“自然人机界面”，在此环境中，用户看到的是全彩色主体景象，听到的是虚拟环境中的音响，手（或）脚可以感受到虚拟环境反馈给他的作用力，由此使用户产生一种身临其境的感觉。亦即人以与感受真实世界一样的（自然的）方式来感受计算机生成的虚拟世界，具有和相应真实世界里一样的感觉。这里，计算机世界既可以是超越我们所处时空之外的虚构环境，也可以是一种对现实世界的仿真(强调是由计算机生成的，能让人有身临其境感觉的虚拟图形界面)。

　　为此，我们须造出人可感受的各种感觉，视觉、听觉、触觉、味觉 ……，并让人以自然的方式（类似与真实世界中方式的）感知到。而且必须提供手段让人以 "自然"的方式来操作。比如说，使操作者在虚拟环境下产生与现实中相一致的身临其境的视觉、触觉和听觉效果。同时通过视、听、手的动作参与虚拟环境中事物的运动过程。现在的计算机人机界面还很不和谐。多媒体和虚拟现实等技术的出现增强了我们实现和谐的人机环境的信心。

　　虚拟现实技术的发展历史，也可以说是一个信息环境多维化的历史。创建多维信息环境、突破数字及文字的单维表现力的局限，这是人类的共同追求，也是全世界的文化、艺术和科技工作者代代相继的奋斗目标。虚拟现实技术是人们世世代代所追求的人机和谐的信息处理环境的继续。只有在计算机及其它科学技术高度发达的今天，这样的信息处理环境才能够被实现。

　　这项技术可以使人与信息处理环境的关系变得比以往更为密切与和谐，它还能使由它构成的计算机软硬件环境变得比以往更为强大与灵巧。

　　这样，有了一个自然的、充分的、和真实硬件很好关联的信息处理系统，人们的工作生活都会变得方便得多。因为虚拟现实技术的特点，所以它可以渗透到我们工作和生活的每个角落，所以虚拟现实技术对人类社会的意义是非常大的。正因为如此，它和其它很多信息技术一样，当信息技术领域的专家还未把它的理论和技术探讨得十分清楚时，它已渗透到科学、技术、工程、医学、文化、娱乐的各个领域了，受到各个领域人们的极大注意。

　　为了与下面的广义定义相分离，我们大多时候干脆称之为 "VR界面＂。

　　在视觉上，三维代表着未来。三维操作会使更多的人理解计算机。

　　注∶在本文中，主要涉及视觉，其次会考虑到一些听觉效果。对其它的感觉，这里不考虑。对特殊的输入方法，如位置跟踪，数据手套，在大多数软件开发中不需用到。事实上，在现在的通用游戏（指不对用户的硬件设备提过多要求的，占游戏软件的主体）中，也只需要考虑视觉和听觉。所用的特殊输入设备，最多是三维鼠标。

广义的定义

　　即为对虚拟想象（三维可视化的）或真实三维世界的模拟（Simulation)。这就不仅仅是一种界面了，主要的部分是内部的模拟。界面用虚拟现实式的界面。

　　对某个特定环境真实再现后，用户通过接受和响应模拟环境的各种感官刺激，与其中虚拟的人及事物进行行为和思想等等的交流，使用户有身临其境的感觉。值得注意的是，其中的那些虚拟的人可能是由其他真实的人控制的，是他们的代表。

注意这个真实世界指的是三维图形世界。

　　如果不限定真实三维世界(视觉、听觉等等都是三维的)，甚至可以说，那些没有三维图形的世界，但模拟了真实世界的某些特征的，如网络上的聊天室，MUD (网络角色)扮演游戏等等，都可以称作虚拟世界，虚拟现实。事实上，CyperSpace的概念出来时并没有限定非得是三维的。

　　本文为了区分起见，那些非三维的世界只称为是 "虚拟世界"，但不称为 "虚拟现实"。即CyperSpace在我这儿的定义中，并不等同与Virtual Reality。

　　这样，虚拟现实可以称作＂三维的由计算机生成的虚拟世界＂。若涉及界面的话，则称之为＂具VR界面的由计算机生成的三维虚拟世界＂。而虚拟世界的定义，也就成了 "与人有参与感、可与之交互的非真实的世界"，这种世界并不一定是由计算机生成的，人的参与感也不一定要强到象虚拟现实的那样强的沉浸感。

　　比起虚拟世界来，虚拟现实只是多了三维这个特征。所以它们之间相当相当多的技术可以互相借用。这样，由于非虚拟现实的虚拟世界已经很多，所以虚拟现实的构建可以有更好的现成概念和技术基础。

　　这样所有真实及虚构的世界，只要可能的话，都可以搬进虚拟现实中。由计算机技术支持的虚拟现实不再只是存在于单个人的脑中，而是大家都可以参与进来的。不再是完全受用户控制，而是含有它自身规则的因素来运行的。虚拟想象世界可以是真实中永远不可能存在的空间，比如说股票变化的空间。但也是三维的，你用对付类似与真实世界中类似物体方法去操作，比如说可以用双手把一个三维的股票统计柱搬动之类。这样就极大地辅助了人们的想象力、思考潜力。VR能够通过模拟人们所熟悉的东西来传达人们所未知的东西，例如，它可以用一个以虚拟轮廓表示的3D建筑物，来描述仓储式销售活动。三维空间使我们能够将巨大的名字空间──例如WEB本身─ ─形象化。

　　VR的吸引力，不仅在于它是高技术，它能提高我们的工作效率或帮助我们去完成以前做不到的事情；它的艺术魅力也是不可忽视的。从这方面来说，虚拟的世界不需要十分逼真，在某些情况下应该给想象力留有余地。有些不太真实的事情或表现方法能够唤起我们的想象力和形象化思维。例如，有人将股票市场的信息用不同颜色的小片来表示，某种股票小片的闪烁表示有可能通过买进买出而获利。也有人将股票表示成田间的小麦等。这些艺术上的创造可能有助于我们进行三维和二维的交叉思维


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