2024-10-10
虚拟实际（Virtual Reality，简称VR），是一种根据可核算信息的沉溺式交互环境，详细地说，就是选用以核算机技能为中心的现代高科技生成传神的视、听、触觉一体化的特定规模的虚拟环境，用户借助必要的设备以天然的方法与虚拟环境中的目标进行交互作用、相互影响，然后发生亲临同等实在环境的感触和体会。
VR思维的来源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP会议上的《终极的显示》报告，而Virtual Reality一词是80年代初美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier提出来的。VR体系在若干范畴的成功运用，导致了它在90年代的兴起。虚拟实际是高度展开的核算机技能在各种范畴的运用过程中的结晶和反映，不只包含图形学、图画处理、模式辨认、网络技能、并行处理技能、人工智能等高性能核算技能，并且触及数学、物理、通讯，乃至与气候、地理、美学、心理学和社会学等相关。
总的来说，什物虚化、虚物实化和高性能的核算处理技能是VR技能的3个首要方面。什物虚化是实际国际空间向多维信息化空间的一种映射，首要包含根本模型构建、空间盯梢、声响定位、视觉盯梢和角度感应等关键技能，这些技能使得实在感虚拟国际的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它详细根据以下几种技能：（1）根本模型构建技能。它是运用核算机技能生成虚拟国际的根底，它将实在国际的目标物体在相应的3D虚拟国际中重构，并根据体系需求保存部分物理特点。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行进时状况会有所不同，或对气候数据进行建模生成虚拟环境的气候状况（阴天、晴天、雨、雾）等等。（2）空间盯梢技能。首要是经过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确认用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。（3）声响盯梢技能：利用不同声源的声响到达某一特定地址的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声响盯梢。（4）视觉盯梢与角度感应技能。运用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者盯梢光在图画投影平面不一起间和不同位置上的投影，核算被盯梢目标的位置和方向。
虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同实在环境中一样或类似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技能。能否让参加者发生沉溺感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的一起，感触到虚拟物体的反作用力，然后发生触觉和力觉感知。力觉感知首要由核算机经过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指发生运动阻尼然后运用户感触到作用力的方向和巨细。触觉反馈首要是根据视觉、气压感、振动触感、电子触感和神经、肌肉模仿等办法来完成的。
高性能核算处理技能首要包含数据转化和数据预处理技能；实时、传神图形图画生成与显示技能；多种声响的合成与声响空间化技能；多维信息数据的融合、数据压缩以及数据库的生成；包含指令辨认、语音辨认，以及手势和人的面部表情信息的检测等在内的模式辨认；分布式与并行核算，以及高速、大规模的远程网络技能。
但是，不能把虚拟实际和模仿仿真混淆，两者是有必定差异的。概括地说，虚拟实际是模仿仿真在高性能核算机体系和信息处理环境下的展开和技能拓展。咱们能够举一个烟尘搅扰下能见度核算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境根底信息渠道运用过程中，常常会有由焚烧源发生的接连改变的烟尘搅扰环境能见度的核算，然后影响环境的视觉作用、仿实在体的运转和决策。 某些仿真渠道和图形图画生成体系也研讨烟尘搅扰下的能见度核算，仿真渠道强调烟尘的准确物理模型、搅扰后的能见度准确核算以及对仿实在体的影响程度；图形图画生成体系着重于树立细致的几许模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。 而虚拟环境中烟尘搅扰下的能见度核算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，核算影响仿真成果的相关数据，并且要生成用户能经过视觉感知的传神图形作用，运用户在实时运转的虚拟实际体系中发生亲临同等实在环境的感触和体会。
2、分布式虚拟实际技能
分布式虚拟实际能够看作是根据网络的虚拟实际体系，是可供多用户一起异地参加的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个实在环境中，经过姿势、声响或文字等“在一起”进行交流、学习、练习、娱乐，乃至协同完结同一件杂乱产品的规划或进行同一使命的演练。
目前，分布式虚拟实际的研讨根据两类网络渠道。一是在Internet上，可追溯到前期根据文本的多参加者游戏MUD，还有根据VRML标准的远程虚拟购物等。虚拟实际建模语言是一种能够发布3D网页的跨渠道语言，可提供一种更天然的体会方法，包含交互性、动态作用、延续性以及用户的参加探索。
另一类则是在高速专用网上，如选用ATM技能的美国军方的国防仿真互联网。早的分布式虚拟战场环境则是1983年美国陆军拟定的虚拟环境研讨方案，这一方案将涣散在不同地址的地上坦克、车辆仿真器经过核算机网络联合在一起，进行各种杂乱使命的练习和作战演练。从1994年开始，美国陆军与美国大西洋司令部联合展开了战役综合演练场的研讨，建成了一个包含海陆空多军种、有3700多个仿实在体参加的地域规模掩盖500公里×750公里的军事演练环境。
3、我国的虚拟实际现况
VR技能是一项出资大、具有高难度的科技范畴，和一些发达国家比较，我国还有必定的差距，但已引起我国政府有关部门和科学家们的高度重视。“九五”攻关方案、国家863方案、国家天然科学基金会等都把VR技能的研讨列入了资助规模。我国军方对VR技能的展开重视较早，并且支撑研讨开发的力度也越来越大。
咱们国内的一些院校和科研单位，陆续展开了VR技能的研讨，并且可喜的是，现已完成或正在研制的虚拟实际体系也有不少。像北京航空航天大学核算机系虚拟实际与可视化新技能研讨室集成的分布式虚拟环境；浙江大学心理学国家重点实验室开发的虚拟故宫、CAD&CG国家重点实验室开宣布桌面虚拟修建环境实时周游体系；清华大学核算机系对虚拟实际和临场感方面进行了研讨，例如球面屏幕显示和图画随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都具有不少共同的办法；别的，西安交通大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、装甲兵工程学院、中科院软件所、上海交通大学等单位也进行了不同范畴、不同方面的VR技能研讨工作，并取得了一批研讨成果。
下面是北京航空航天大学虚拟实际与可视化技能研讨室的专家对他们的VR研讨成果所做的简单介绍。
北航核算机系虚拟实际与可视化新技能研讨室在国家863方案支撑下，作为集成单位，与国防科技大学、浙江大学、装甲兵工程学院、中科院软件所和解放军测绘学院等单位一起树立了一个用于虚拟实际技能研讨和运用的分布式虚拟环境根底信息渠道，英文缩写为DVENET。DVENET由一个专用核算机网络以及支撑分布式虚拟环境研讨与运用的各种标准、开发工具和根底信息数据（如三维传神地势）组成。根据DVENET，一个分布式虚拟战场环境被成功开宣布来。目前，运用DVENET，能够完成包含远程的数十个武器虚拟渠道在同一块传神地势下进行协同作业或对抗演练。参演人员（即用户）能够经过不同的交互方法操控实在的或虚拟的武器仿真渠道在虚拟战场环境中进行异地协同与对抗战术演练。整体上说，DVENET的技能水平已接近美国的STOW。
除了DVENET以外，VR技能还向民用范畴推广。“虚拟珠峰飞翔周游体系”就是给中国科学技能馆研制的，用户能够驾驶虚拟直升机飞越虚拟珠穆朗玛峰，以体会VR的魅力；咱们还给房地产公司开发了室内外周游体系，用户能够在虚拟房屋中周游审视，以决议是否订货这种拟建房产。
总的来说，虚拟实际是一个充满活力、具有巨大运用远景的高新技能范畴，但仍存在许多有待处理与打破的问题。为了进步VR体系的交互性、传神性和沉溺感，在新型传感和感知机理、几许与物理建模新办法、高性能核算，特别是高速图形图画处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多具有挑战性的问题有待处理。但是咱们深信在这一高新技能范畴我国肯定会有所作为的。随着技术的不断发展，它们将在更多领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
