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　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實環(huán)境的感受和體驗。VR帶來了人機交互的新概念、新內容、新方式和新方法，使得人機交互的內容更加豐富、形象，方式更加自然、和諧。

　　虛擬現(xiàn)實是高度發(fā)展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映，它具有以下主要特征：

　　（1）依托學科的高度綜合化；

　�。�2）人的臨場化；

　　（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；

　�。�4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標準化，數(shù)據(jù)存儲的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。

　　實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術是VR技術的三個主要方面。實物虛化是將現(xiàn)實世界的多維信息映射到計算機的數(shù)字空間生成相應的虛擬世界，為高性能的計算處理提供必要的信息數(shù)據(jù)。虛物實化通過各種計算和仿真技術使計算機生成的虛擬世界中的事物所產(chǎn)生的各種刺激以盡可能自然的方式反饋給用戶。

1.實物虛化

　　實物虛化主要包括基本模型構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應等關鍵技術，這些技術使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶操作的檢測和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。

2.虛物實化

　　確保用戶在虛擬環(huán)境中獲取視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認知的關鍵技術，是虛物實化的主要研究內容。

3.高性能計算處理技術

　　虛擬現(xiàn)實是以計算機技術為核心的現(xiàn)代高新科技，高性能的計算處理技術是直接影響系統(tǒng)性能的關鍵所在。

4. 分布式虛擬現(xiàn)實

　　分布式虛擬現(xiàn)實的研究目標是建立一個可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進入到一個真實世界，不受物理時空的限制，通過姿勢、聲音或文字等“在一起”進行交流、學習、研討、訓練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件比較復雜的產(chǎn)品設計或進行同一艱難任務的演練。

　　分布式虛擬現(xiàn)實的研究有兩大陣營。一個是國際互聯(lián)網(wǎng)上的分布式虛擬現(xiàn)實，如基于VRML標準的遠程虛擬購物。另一個是在由軍方投資的高速專用網(wǎng)，如采用ATM技術的美國軍方國防仿真互聯(lián)網(wǎng)DSI。

　　VR技術的產(chǎn)生和發(fā)展，為解決和處理要巨額資金和巨大人力投入，或者不得不承擔人員傷亡危險的各種問題提供了新方法，目前VR技術的應用主要集中在以下幾個方面：

1.產(chǎn)品設計與性能評價

　　波音777飛機的設計是虛擬原型機的應用典型實例，它由300萬個零件組成，所有的設計在一個由數(shù)百臺工作站組成的虛擬環(huán)境中進行。

　　1996年，加州伯克利分校在SGI工作站上實現(xiàn)了本校新樓Soda Hall的實時漫游。我國北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實與可視化新技術研究室，也完成了恒昌花園及其房內裝修、虛擬北航等漫游系統(tǒng)的開發(fā)，目前正在為國家科技館建造一個珠穆朗瑪峰及其周邊環(huán)境的漫游系統(tǒng)。

2.教育與娛樂

　　將VR技術應用于教育可以使學生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內部觀察電子的運動軌跡。分布式虛擬圖書館突破了物理時空的限制并有效地利用了共享資源，基于國際互聯(lián)網(wǎng)的分布式虛擬圖書館具有巨大的前景。

　　VR技術在娛樂業(yè)有著極其廣泛的應用。第一個大規(guī)模的VR娛樂系統(tǒng)“BattleTech”，將每個“座艙”仿真器聯(lián)網(wǎng)進行組之間的對抗，三維逼真視景、游戲桿、油門、剎車和受到打擊時的晃動給用戶很強的感官刺激。

3.高難度和危險環(huán)境下的訓練

　　服務于醫(yī)療手術訓練的VR系統(tǒng)，用CT或MRI數(shù)據(jù)在計算機中重構人體或某一器官的幾何模型，并賦予一定的物理特征（例如密度、韌度、組織比例等），并通過機械手或數(shù)據(jù)手套等高精度的交互工具在計算機中模擬手術過程，以達到訓練、研究的目的。

　　美國的NASA和ESA(歐洲空間局)曾成功地將VR技術應用于航天運載器的空間活動、空間站的自由操作和對哈勃空間的維修。

4.分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境

　　軍事領域是VR技術最早研究和應用的領域。最早的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境應該是1983年DARPA和美國陸軍共同制定的SIMNET研究計劃。從1994年開始，美國DARPA與USACOM聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭綜合演練場STOW的研究,形成了一個包括海陸空多兵種、3700個仿真實體參與、地域范圍覆蓋500×750km2的軍事演練環(huán)境。

　　我國從1996年起，國家863計劃支持下的DVENET，是由北京航空航天大學聯(lián)合浙江大學、國防科技大學、裝甲兵工程學院、解放軍測繪學院和中科院軟件所等單位開發(fā)的一個分布式虛擬環(huán)境基礎信息平臺�；贒VENET的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，將分布在不同地域的若干真實仿真器和虛擬仿真器聯(lián)合在一起，進行異地協(xié)同與對抗戰(zhàn)術仿真演練。


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