刍议VR虚拟现实技术

摘 要

虚拟现实技术在二十世纪末、二十一世纪初方才兴起一项新兴的综合实用技术。其将计算机图形学、传感测量技术、仿真及人工智能、多媒体技术以及底滞枷翊理技术等多项技术融为一体。该项技术可以创建出一个交互式、虚拟的、逼真的三维立体空间环境，同时可以对于人的操作以及活动作出相对准确、及时的反应，使人们有种出于现实中的感受。本文就虚拟现实技术的起源发展、现实应用以及发展现状进行分析，简要的对未来发展的方向进行介绍。

【关键词】虚拟现实技术 应用 现状 发展趋势

随着计算机技术的高速发展，近年来虚拟现实技术也得到了快速的成长。虚拟现实技术是一个可以进行虚拟世界创建与体验的计算机系统。虚拟现实技术是对计算机技术加以利用，从而形成一个逼真的、包含有视觉、听觉、触觉等多个感官的虚拟环境，使用者利用各式交互设备与虚拟环境内的实体进行相互作用，从而产生一种身临其境的信息交流，是当前时期较为先进的实现数字化人机交互感受的技术。

1 虚拟现实技术的简介

1.1 虚拟现实技术原理

虚拟现实（Virtual Reality），简称为VR，是使用计算机模拟出一个三维的虚拟空间，为使用者提供包括视觉、触觉、听觉等感官感受进行实际模拟，同时可以快速、不受限制地对事物进行观察。使用者在进行移动位置时，计算机将会及时展开复杂运算，精确地将虚拟三维世界的视频传输给使用者，从而产生亲身临场的感觉。是一种经过计算机技术加以辅助而产生的高技术性的模拟系统。虚拟现实技术集成了计算机仿真、人工智能、计算机图形、传感、显示以及网络处理等技术的发展成果。

1.2 虚拟现实技术的发展史

虚拟现实技术的发展大致上可分为四个发展时期。1963年以前式虚拟现实技术发展的萌芽期，1963年至1972年的十年间将带有声音的形动态进行模拟过程中便包含有虚拟现实思想。1973年至1989年，该时期虚拟现实的概念以及理论开始产生。1990年至今虚拟现实技术得到不断的发展与完善并应用于实际中。2012年Google首次了Google Glass，将虚拟现实技术、头戴式显示器、增强现实展现到普通民众的视野中，这对原有的图像显示设备进行完全的颠覆。2013年，头戴式显示器得到了广泛的关注，随后世界众多公司均加入到虚拟现实头盔的竞争中。

2 虚拟现实技术的应用范围

虚拟现实技术主要在现实中应用于如下几方面。

2.1 医学

虚拟现实技术应用于医学方面有着极其重要的实际意义。创建虚拟人体模型的环境中，可以利用HMD、感觉手套、跟踪球等更加方便的对人体内部的器官构造进行了解，在进行外科手术时，医生可以通过虚拟技术在显示器上进行模拟手术，寻求最佳的手术方案同时可以提升医生的操作熟练度。

2.2 娱乐、教育

由于虚拟现实技术拥有丰富的感知力以及3D现实环境致使其成为了理想的视频、游戏工具。因为娱乐上在虚拟现实技术上的真实性要求较低，因此近年来该项技术在娱乐、游戏方面发展较快。此外，在家庭娱乐上也取得可较为良好的发展前景。

2.3 军事航天

模拟和练习始终是军事航天业里的一个重点的内容，这对虚拟现实技术的应有提供了极为广阔的前景。此外，虚拟现实技术可以对零重力进行真是的模拟，来对现有对宇航员的训练方式进行替代。

此外虚拟现实技术还在房地产开发、动作捕捉、数字地球、室内设计、工业仿真、文物保护、应急演练等方面均有所应用。

3 虚拟现实技术发展现状

虚拟现实技术是由美国人提出的概念，后来由美国宇航局对其的利用，从而展开了对成本较低的虚拟现实系统的研制，从而对虚拟现实技术的硬件发展有着一定的推动作用。现在虚拟现实技术虽已获得了较大的发展，但是仍处于研究的初级阶段。目前虚拟现实技术主要在感知、后台软件、硬件以及用户界面四个方面进行研究。就当前时期的技术来看，场馆虚拟漫游存在的最大难点是建模与实施绘制。通常情况下，会选择在绘制速度与模型精细度上选取一个平衡点，这样不仅可以保证绘制质量又不会为用户造成不适感。目前世界上有着诸多的虚拟现实应用的开发商，已经开发了一些虚拟现实软件的平台，比如Superscape公司的VRT、Deneb Robotics公司的ENVISION等。这类平台面对不同的目的，在很大程度上提升了虚拟现实应用系统的研制效果，但是在开发中依然有着很多的问题，尤其是对自主知识产权缺乏的问题，对其中的核心了解不充分，一旦要对新功能进行开发补充时，都会造成无法运行的状况。

2015年三星公司了一个新的配件Gear VR，吸引了广大用户的关注，Gear VR是一款利用手机作为屏幕的移动虚拟现实的配件，可以实现虚拟现实得应用体验。三星公司的这款虚拟现实的设备对于同行业的其他品牌有着很大的竞争优势，由于其是第一家将其应用于手机上。此外将虚拟现实技术应用于航拍中，再结合三维制作技术，实现现实拍摄与三维制作的交互，这在游戏上应用较为广泛。目前有大量的游戏制作商将虚拟现实技术应用于游戏开发，例如“星球大战”、“鹰击长空”、“最终幻想14”等，均实现了将现实内容与三维制作相结合，制作出的游戏效果使玩家有者身临其境的游戏感受，得到了广大玩家的喜爱。

4 虚拟现实技术发展趋势

对虚拟现实技术的发展历程来看，虚拟现实技术在今后的发展过程中依然会遵循“低成本、高性能”的原则。本文将从软硬件上展开探讨，主要的发展方向如下。

4.1 动态环境建立技术

虚拟环境的创建是虚拟现实技术最为核心的内容，动态环境建模主要的目的在于获得现实环境数据的基础上，以此来创建相应的虚拟环境的模型。

4.2 实时三维图像生成与显示

三维图像生成技术已经较为成熟，目前关键是实时生成如何实现，目前就如何不降低图像质量与复杂程度的基础上对频率的刷新是今后发展的重点研究内容。另外，虚拟现实技术的发展依赖于传感器与立体显示器的发展，当前时期的虚拟设备上无法满足系统的需求，需要对三维图像的生成与显示技术进行不断的开发。

4.3 研制新型交互设备

虚拟现实要能够完成人可以自由的和虚拟世界内的对象实现交互，有一种身临其境的感受，使用的主要输入、输出设备有数据手套、头盔显示器、三维声音产生器、三维位置传感器以及数据衣服等。所以，价格低廉、新型、耐用性好的数据衣服和手套将成为今后的研究重点。

4.4 智能语音虚拟建模

虚拟现实建模过程是较为复杂的，需要有较多的时间和精力。假设将智能、语音识别等技术与虚拟现实技术相结合的话，可以很好的对这一问题加以解决。可以将模型的方法、属性、特点的描述利用语音识别技术来对建模数据加以转化，之后再使用计算机的图像处理技术以及人工智能来进行设计、评价，将模型用对象进行表示，同时逻辑地使各个模型进行动、静态的连接，最终创建出系统模型。在模型形成后对其进行评价，给出一定的评价结果，同时由人工使用语言对其编辑和确认。

4.5 应用大型分布式网络虚拟现实

分布式网络虚拟现实是将零散的虚拟现实系统和仿真器利用网络将其连接在一起，采取协调一致的标准、结构、数据库以及协议，创建出一个在空间、时间相互联系的虚拟合成系统，使用者可以进行自由的交互。当前，分布式虚拟现实交互已经成为国际上的研究热门。网络分布式显示虚拟在航天上有着极为重要的应用价值，可以减少研制经费以及设备费，同时可以降低人员的出差费以及出差造成的不适。

5 结语

综上所述，虚拟现实技术有着广阔发展前景的高新技术，但是仍有着诸多的需要解决的问题。虚拟现实技术已经在现实生活中的许多方面得到应用，并发挥出了极为重要的作用。作为二十一世纪大力发展的技术，在今后的发展中将会取得越来越广泛的应用，将会对人们的习惯以及理念加以改变，同时深入的应用与我们的日程生活和工作中。

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作者单位

广州工商学院 广东省广州市 510800