虛擬現(xiàn)實(shí)
簡介
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡稱VR，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。
該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形（CG）技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。
發(fā)展歷程
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個(gè)階段。有聲形動(dòng)態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的第一階段（1963）年以前虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽為第二階段（1963-1972）虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1973-1989）虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段（1990-2004 ）。
特性
技術(shù)的角度來說，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有下面三個(gè)基本特征：即三個(gè)“I”，Immersion-Interaction-Imagination（沉浸—交互—構(gòu)想），它強(qiáng)調(diào)了在虛擬系統(tǒng)中的人的主導(dǎo)作用。
從過去人只能從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外部去觀測處理的結(jié)果，到人能夠沉浸到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的環(huán)境中；
從過去人只能通過鍵盤、鼠標(biāo)與計(jì)算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生作用，到人能夠用多種傳感器與多維信息的環(huán)境發(fā)生交互作用；
從過去的人只能以定量計(jì)算為主的結(jié)果中啟發(fā)從而加深對事物的認(rèn)識，到人有可能從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感知和理性的認(rèn)識從而深化概念和萌發(fā)新意。
總之，在未來的虛擬系統(tǒng)中，人們的目的是使這個(gè)由計(jì)算機(jī)及其它傳感器所組成的信息處理系統(tǒng)去盡量“滿足”人的需要，而不是強(qiáng)迫人去“湊合”那些不是很親切的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
行業(yè)概況
現(xiàn)在
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅創(chuàng)造出虛擬場景，而且還創(chuàng)造出虛擬主持人、虛擬歌星、虛擬演員。
日本電視臺推出的歌星DiKi，不僅歌聲迷人而且風(fēng)采翩翩，許多追星族欲親睹其芳容，迫使電視臺只好說明她不過是虛擬的歌星。美國迪斯尼公司還準(zhǔn)備推出虛擬演員。這將使“演員”藝術(shù)青春常在、活力永存。明星片酬走向天價(jià)是導(dǎo)致使用虛擬演員的另一個(gè)原因。虛擬演員成為電影主角后，電影將成為軟件產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分支。固然，在幽默和人情味上，虛擬演員在很長一段時(shí)間內(nèi)甚至永遠(yuǎn)都無法同真演員相比，但它的確能成為優(yōu)秀演員。
《古墓麗影》女主角入選全球知名人物，預(yù)示著虛擬演員時(shí)代即將來臨。
前景
虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗κ澜?、自己、空間和時(shí)間的看法。
它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。
難題
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來將會發(fā)展成一種改變我們生活方式的新突破。在第一代Oculus Rift的開發(fā)者大會上，所有與會者都看到了一個(gè)充滿潛力的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺。
但是從現(xiàn)在來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)想要真正進(jìn)入消費(fèi)級市場，還有一段很長的路要走。目前，開發(fā)者如何為用戶提供一個(gè)真正身臨其境的游戲或應(yīng)用體驗(yàn)還存在著以下五大障礙：
沒有真正進(jìn)入虛擬世界的方法；
如何“輸入”也是一大困擾；
缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；
容易讓人感到疲勞；
看起來還是有點(diǎn)蠢。
技術(shù)應(yīng)用
醫(yī)療/軍用
主要研究領(lǐng)域涉及傳感技術(shù)、輸入輸出設(shè)備（如頭盔式三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、多方位體驗(yàn)真實(shí)感的傳感器和三維聲音產(chǎn)生器）等。中國也建立了專門的研究機(jī)構(gòu)，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展了研究，已取得了一定的成果，并投入到了實(shí)際應(yīng)用。
VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中，建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，可以學(xué)習(xí)了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，對虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)等。
模擬訓(xùn)練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。
游戲/藝術(shù)/教育
游戲。豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得VR成為理想的視頻游戲工具，VR在該方面發(fā)展最為迅猛。對于游戲的開發(fā)，角色扮演類、動(dòng)作類、冒險(xiǎn)解迷類、競速賽車類的游戲，其先進(jìn)的圖像引擎絲毫不亞于目前的主流游戲引擎的圖像表現(xiàn)效果，而且整合配套的動(dòng)力學(xué)和AI系統(tǒng)更給游戲的開發(fā)提供了便利。目前已投入市場商業(yè)運(yùn)營，顯示出了很好的前景。
藝術(shù)領(lǐng)域。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)（如油畫、雕刻等）轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。另外，VR提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力。同時(shí)，各種大型的文藝演出效果，也可能通過VR技術(shù)進(jìn)行效果模擬。
教育領(lǐng)域。主要是發(fā)揮其互動(dòng)性和生動(dòng)的表現(xiàn)效果，用于立體幾何、物理化學(xué)等相關(guān)課件的模擬制作，解釋一些復(fù)雜的系統(tǒng)抽象的概念如量子物理等。在相關(guān)專業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供學(xué)員更多的輔助，比如虛擬駕駛、各種交通規(guī)則的模擬，特種器械模擬操作、模擬裝備等等。
城市規(guī)劃/地理交通
VR技術(shù)對于政府在城市規(guī)劃的工作中起到了舉足輕重的作用。用VR技術(shù)不僅能十分直觀的表現(xiàn)虛擬的城市環(huán)境，而且能很好地模擬颶風(fēng)、火災(zāi)、水災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的突發(fā)情況，排水系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，道路交通，溝渠湖泊等也都一目了然。
應(yīng)急推演
對于具有一定危險(xiǎn)性的行業(yè)（消防、電力、石油、礦產(chǎn)等）來說，定期執(zhí)行應(yīng)急推演是傳統(tǒng)并有效的防患方式，但投入成本高，使得其不可能進(jìn)行頻繁性的執(zhí)行。
而虛擬現(xiàn)實(shí)為應(yīng)急演練提供了一種全新的模式，將事故現(xiàn)場模擬到虛擬場景中去，人為制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應(yīng)。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實(shí)訓(xùn)時(shí)間，從而保證了人們面對事故災(zāi)難時(shí)的應(yīng)對技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進(jìn)行推演。這樣的案例已有應(yīng)用，必將是今后應(yīng)急推演的一個(gè)趨勢。
文物古跡
將文物實(shí)體通過影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起實(shí)物三維或模型數(shù)據(jù)庫，保存文物原有的各項(xiàng)型式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等重要資源，實(shí)現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久的保存。
其次利用這些技術(shù)來提高文物修復(fù)的精度和預(yù)先判斷、選取將要采用的保護(hù)手段，同時(shí)可以縮短修復(fù)工期。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來整合統(tǒng)一大范圍內(nèi)的文物資源，并且通過網(wǎng)絡(luò)在大范圍內(nèi)來利用虛擬技術(shù)更加全面、生動(dòng)、逼真地展示文物，從而使文物脫離地域限制，實(shí)現(xiàn)資源共享。
Web3D
Web3D主要有四類運(yùn)用方向：商業(yè)、教育、娛樂、和虛擬社區(qū)。
電子商務(wù)。三維的表現(xiàn)形式能夠全方位的展現(xiàn)一個(gè)物體，具有二維平面圖象不可比擬的優(yōu)勢。
教育業(yè)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面。在表現(xiàn)一些空間立體化的知識，如原子、分子的結(jié)構(gòu)、分子的結(jié)合過程、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)時(shí)，三維的展現(xiàn)形式必然使學(xué)習(xí)過程形象話，學(xué)生更容易接受和掌握。
娛樂游戲業(yè)。永遠(yuǎn)是一個(gè)不衰的市場。
虛擬社區(qū)。只須構(gòu)建一個(gè)三維場景，人以第一視角在其中穿行。場景和控制者之間能產(chǎn)生交互，加之高質(zhì)量的生成畫面使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。如果是建立一個(gè)多用戶而且可以互相傳遞信息的環(huán)境，也就形成了所謂的虛擬社區(qū)。
數(shù)字地球
擁有數(shù)字地球等于占據(jù)了現(xiàn)代社會的信息戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
從戰(zhàn)略角度來說，數(shù)字地球是全球性的科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，數(shù)字地球是未來信息資源的綜合平臺和集成。
從科技角度分析，數(shù)字地球是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)—萬維網(wǎng)、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的高度綜合與升華，是人類定量化研究地球、認(rèn)識地球、科學(xué)利用地球的先進(jìn)工具。