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前言

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR;又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。

虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。

使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3界影像传回产生临场感。

该技术集成了计算机图形（CG）技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统

目录

任务分配表-1-

进度计划表-1-

主题一：

什么是VR-2-

一、VR是个什么玩意-2-

二、VR究竟是什么呢-2-

小结-4-

主题二：

VR技术介绍-5-

一、虚拟现实的关键技术-5-

二、VR技术的特点-6-

小结-8-

主题三：

VR技术的应用领域-9-

一、VR运用的范围-9-

小结-11-

主题四：

VR的现状-12-

一、虚拟现实发展现状-12-

二、国外虚拟现实发展现状-12-

小结-14-

主题总结-15-

主题一：

什么是VR

一、VR是个什么玩意

戴个全封闭的眼罩，里面有屏幕可以看3D视频就是VR了么？

“呸！

”VR原教主义者一定会发出这样的声音。

把五年前就有的左右格式3D视频搬到眼罩上打VR概念的厂商让许多对技术认知有所追求的人士反感，但对于追高杀跌的散户投资者来说，这并不重要。

二、VR究竟是什么呢

其实虚拟现实比左右格式3D视频更古老。

据说前苏联人用这玩意审讯犯人。

VR所做的是：

（1）.阻断人原有的视觉输入；

（2）.用虚拟影像光线占据全部视觉；

（3）.与影像的交互，达到欺骗大脑的效果。

第一步前苏联人早就做的很好了，据说有实验去逐个剥夺人的各个感官，以达到精神震慑的效果。

其实视觉剥夺并不难，把眼睛一蒙就行了。

难的是用足以欺骗大脑的影像替代原有的视觉输入，使人产生所谓的“沉浸感”。

从这个角度来说，VR又是所有智能硬件热门趋势中，最接近科幻的——真正的VR创业者们，喜欢用“脑后插管”来描述最优秀的VR体验。

VR的技术创新，非常有可能在阻断并替代视觉之后，逐个替代人类的其他感官。

——不必为此产生惊恐的情绪，这当然是个脑洞大开的描述。

更重要的是，VR相关技术要达到这个效果，首先要有能支持VR计算的（经济实用的）计算机。

然而，这货并没有诞生。

用VR来欺骗大脑的“大骗局”，在目前似乎真的无法实现。

和大部分智能硬件一样，阻隔在VR产业面前的是“数据计算能力”与“数据传输速度”两座大山。

而VR的这两座大山又尤其的高。

1、数据计算能力

这并不难理解，想想你每秒眼睛接受的信息全部数据化的话，这个数据文件有多大？

是应该用G来计算还是用T来计算？

现在，我们需要用设备虚拟出一个能够足以欺骗大脑的影像，而且可以和意识反馈互动，驱动这个影像的计算芯片，每秒计算速度应该是多少？

显然，我们还没有办法让人们把一台超级计算机直接戴在脸上。

那么，在计算力发生指数飞跃之前，现在VR所能呈现的内容，无论是否有互动，和左右格式3D视频并没有本质的区别。

当然，提升终端计算力并不是目前科技发展的主流趋势。

大家更希望借助于速度越来越快的网络，将主要计算放在云端进行，而直接向终端下发计算结果。

2、数据传输速度

且不说一个足以欺骗大脑的影像程序，就算是被VR原教主义者吐槽的3D电影文件，一般大小都在15G到20G左右。

如果直接从云端点播，我们需要2~4M每秒的下行速度——理论上这是可以实现的，联通的4G网络不是号称下行120M每秒么？

不过不要忽略另外一件糟糕的事情，鲜有移动设备的电池能够支撑20G大小数据量的持续高速下载。

而原因又是计算芯片速度和功耗不够理想——当然，电池本身也不够理想。

对心怀科技未来的人们来说，这真是一件令人沮丧的事情。

有一种刚看完《星际迷航》回到现实发现我们其实根本跨不出月球轨道的感觉。

芯片、网络、电池——芯片还得考虑计算力和功耗的平衡——都不足以支撑用技术完全虚拟一种感觉的能力。

小结

VR将是这个数据网络很重要的一种终端。

智能硬件的数据网络会像互联网替代电话电报网络一样，产生新的应用，新的服务。

VR背后的技术，代表的是在这个网络直接向人类或者机器人提供感官输入。

这个感官输入需要更高数量级的计算能力，更高数量级的数据传输能力。

自然也会要求全新的硬件构架和软件语言。

这不仅仅是VR所必须面对但一定会翻越的技术山峰，而是整个智能硬件行业所面对的。

主题二：

VR技术介绍

一、虚拟现实的关键技术

1、显示

VR系统中的双目立体视觉。

用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。

有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。

有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

2、声音

人能够很好地判定声源的方向。

在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。

常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。

现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。

但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

3、感觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。

你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。

解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

4、语音

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。

这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。

而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。

例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

二、VR技术的特点

VR（即虚拟现实）是由美国VPL公司创建人伊萨在20世纪80年代初提出的。

其具体内涵是：

综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。

其中，计算机生成的、可交互的三维环境称为虚拟环境。

VR艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术：

形而上的终极再创造》一文中，关于VR艺术有如下的定义：

“以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式，我们称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术。

该艺术形式的主要特点是超文本性和交互性。

”

“作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。

与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。

从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

艺术家通过对VR、AR等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的艺术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。

具有VR性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。

小结

VR（虚拟现实）技术可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域，为其提供切实可行的解决方案。

主题三：

VR技术的应用领域

一、VR运用的范围

1、教育应用

虚拟现实技术在教育领域也大有用武之地。

为真实实验不具备或难以完成的教学功能创造条件。

在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，虚拟现实技术能提供可靠、安全和经济的实验项目。

华东理工大学的G-Magic虚拟现实实验室，就是高校虚拟现实教学的一个范例。

该实验室拥有CAVE洞穴式虚拟现实系统，可以把大学生设计的作品投影到墙面、天花板和地面上。

比如，学生设计了一间淋浴房，他能利用这套系统把它展现在实验室里，和真实的淋浴房一样大小。

营造出这种教学环境后，教师就能与学生更方便地交流各个环节的设计优劣，并随时做出修改。

2、企业培训

企业的一些培训项目，同样离不开虚拟现实。

以石油化工为例，众所周知，大型石油灌区集中了大量危险化学品，一旦操作不当，便可能引发火灾、爆炸事故，并造成环境污染等次生灾害。

因此，政府和企业对大型石油灌区的安全性和操作人员的专业性提出了很高要求。

虚拟现实技术可以构建储罐区应急救援及安全培训系统，它不但能向员工呈现操作流程的各种场景，引导他们学习、掌握安全操作技能，还能模拟事故发生、火光熊熊的场面，让员工在沉浸式虚拟影像中开展救援行动。

3、影视

早在2015年年初的美国圣丹斯电影节上，一部完全依靠CG制作的VR短片《LOST》就曾引来一阵热议。

同年7月，同样是由《LOST》制作公司带来了他们的第二部VR短片《HENRY》。

与之前的《LOST》不同，这一次他们在片中设计了“交互式”场景，改变了观众完全被动式的体验。

就连《速度与激情》系列的导演林诣彬也在今年拍摄了一部VR短片《HELP》。

由此可见，VR的春风确实已经开始刮向电影行业。

4、绘画

谷歌在HTC与Valve联合开发的VR设备HTCVive的基础上打造了TiltBrush，其实就是VR版的Photoshop，通过使用HTCVive的左右控制器来实现绘画创作。

左边控制器在虚拟空间当中映射出一个立方体，显示出控制面板菜单，可转动立方体进行选择；右边控制器则相当于鼠标，当光标移动到相应菜单上时会有英文提示。

其画板就是整个的三维立体空间，你可以为之设置壁纸背景，线条也可以自由设置色彩。

5、虚拟现实游戏

目前，在SteamVR平台上已经可以通过HTCVive来体验虚拟现实游戏。

Steam的官方网页显示，目前支持虚拟现实的游戏有204款。

其中不乏《Half-Life》这种大作，并且所有推荐游戏都支持basestation动作捕捉系统。

6、军事

虚拟战场2和Unity3D等游戏的非商业性版本就被用于制备部队作战。

英国政府提出将把虚拟现实头盔运用于医务人员的战争培训。

其他军事用途主要是模拟训练，比如如何应对简易爆炸装置。

游戏一样的模拟允许团队真枪实弹上战场之前，在虚拟现实环境中练习合作，这样的方式更抓学员注意力，效果更加持久。

装甲兵可以借助虚拟现实地面交通工具模拟系统模拟场景及工具，如：

坦克，装甲车、侦察车、步兵运载车辆等。

VR技术可以精确地重现交通工具在恶劣天气或者复杂路况下真切操作感受。

小结

“虚拟现实”实现了跨平台的交互式设计、虚拟展示、虚拟装配、CAE数据可视化等功能，大幅提高设计团队的设计效率，使研发人员能及时发现、修正设计缺陷和潜在的工艺问题，提高产品开发的制造成功率。

主题四：

VR的现状

一、虚拟现实发展现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具,并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。

虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,概括的国内外虚拟现实技术,它主要涉及到三个研究领域:

通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面;使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

二、国外虚拟现实发展现状

1、VR技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，目前大部分研究机构都在美国。

NASA Ames实验室一直是许多VRT思想的发源地.早在1981年,他们就开始研究空间信息显示，1984年开始了虚拟视觉环境显示项目,后来还开发了虚拟界面环境工作站。

目前,Ames实验室正在致力于一个叫“虚拟行星探索”的试验计划。

这一项目能使“虚拟探索者”利用虚拟环境来考察遥远的行星。

2、VR技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国的Bristol公司开发的软件系统DVS是一个领先于某些标准操系统环境。

公司还提供了领先于DVS的环境编辑语言。

在该语言中，VR被分成3类:

实际环境检测、虚拟环境控制、虚拟环境显示。

每个类别里有门的操作符模型，DVS软件则使每个操作符产生不同的功能。

英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面,在欧洲来说是领先的。

3、VR技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位,它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

东京大学的原岛研究室开展了3项研究：

人类面部表情特征的提取、三维结构的判定和三维形状的表示、动图像的提取。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面,称为SpmAR；NEC公司开发了一种虚拟现实系统,用代用手来处理CAD中的三维形体模—279—No.2,2009现代商贸工业Modern Business Trade Industry2009年第2期型,通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来。

4、国内虚拟现实发展现状

 VR技术是一项投资大、难度高的科技领域。

同一些发达国家相比,我国在VR技术上的研究起步较晚，和一些发达国家相比还有很大的一段距离,随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视,引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR,建立虚拟环境,虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。

国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等,并在以下方面取得进展：

着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”,采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学AD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统;哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像,解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

小结

虚拟现实技术是一门新兴边缘的技术,研究内容涉及多个领域,应用十分广泛,被公认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。

从虚拟现实的概念出发,对虚拟现实技术的国内外研究现状进行了充分论述,并展望了虚拟现实的发展趋势。

我们能想象到，当某一天，VR眼镜如果像手机一样，普及到人手一个，相对应的全景拍摄设备也会有一个更广阔的使用市场，我们可以通过全景相机，来分享我们身边的每一刻无法用语言来描绘的场景，可以用全景相机来记录我们的工作和生活,VR将带给人们一个新的透视感。

主题总结

可以设想，依仗于智能技术的发展，人们终将摆脱程序化的管理方式，使自己的心力和智力在更大的空间里得到“提升”,创造乐趣和才能全面发展的要求得到满足。

可以说,虚拟现实技术，正是人类进入高度文明社会前的必然的也是必须的技术发展背景和条件。

数字化时代，虚拟现实技术将越来越人性化。

有一天,人们会发现所面对的计算机和网络,将不再是一堆单调和呆板的硬件,而是会说话、根据人的语言、表情和手势做出相应反映的智能化器件。

同计算机和网络打交道,将会如同和人打交道一样方便。

对于普通大众而言,虚拟现实这一数字媒介将不再是神秘的、不可琢磨的事物,而是善解人意的精灵.它了解人对信息的特殊需求,在人需要它的时候,适时为人们送来信息。

借助于虚拟现实技术,把电子途径直接与人们的生物神经网络连接起来,人机界面不仅是由生硬到友好,而且是向界面发展,从而最终把其纳入人的本体。

虚拟现实技术的人性化,最终将体现出自然性,达到“天人合一”的完美境界。