湯朋，張暉

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)，仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。文章概括介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、發(fā)展歷史、特征，有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)涉及的技術(shù)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);發(fā)展歷史;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2018-11-14

作者簡(jiǎn)介：湯 朋（1998—），女，遼寧新民人，?？圃谧x。

張 暉，鞍山師范學(xué)院高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展歷史

1.第一階段（1963年以前）有聲形動(dòng)態(tài)的模擬蘊(yùn)涵了虛擬現(xiàn)實(shí)思想的階段

1929年，Edward Link設(shè)計(jì)出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器;1956年，Morton Heilig開發(fā)出多通道仿真體驗(yàn)系統(tǒng)。

2.第二階段（1963—1972）虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽階段

1965年，Ivan Sutherland發(fā)表 論文“UltimateDisplay" （終極的顯示）;1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（HMD）;1972年，Nolan Bushell開發(fā)出第一個(gè)交互式電子游戲Pong。

3.第三階段（1973—1989 ）虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段

1977年，Dan Sandin、Tom De Fanti 和Rich Sayre研制出第一個(gè)數(shù)據(jù)手套Sayre Glove;1984年，NASA AMES研究中心開發(fā)出用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺顯示器;1984年，VPL公司的Jaron Lanier首次提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念;1987年，Jim Humphries設(shè)計(jì)了雙目全方位監(jiān)視器（BOOM）的最早原型。

4.第四階段（1990至今）虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用階段

1990年，提出VR技術(shù)包括三維圖形生成技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)和高分辨率顯示技術(shù);VPL公司開發(fā)出第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD “EyePhoncs”;21世紀(jì)以來(lái)，VR技術(shù)高速發(fā)展，軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷完善。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征及其關(guān)鍵技術(shù)

VR具有以下四個(gè)重要特征：

1.多感知性

多感知性指除一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。

2.存在感

存在感指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。

3.交互性

交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。

4.自主性

自主性指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實(shí)世界物理運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)作的程度。

虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1.動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

2.實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實(shí)時(shí)”生成。為保證實(shí)時(shí)，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3.立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要，力學(xué)和觸覺傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達(dá)到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具。

5.系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成技術(shù)等。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)在生活中的應(yīng)用

1.虛擬現(xiàn)實(shí)在游戲娛樂方面的應(yīng)用

虛構(gòu)理想技術(shù)使人無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)視角，其所看到的場(chǎng)景均為電腦預(yù)先設(shè)定的虛擬場(chǎng)景，從而使使用者感到身在其中，產(chǎn)生極強(qiáng)的沉浸感與參與感。盡管玩家內(nèi)心清楚游戲中的人物與場(chǎng)景全是假的，但環(huán)繞視野與聲光觸覺模擬器使他的潛意識(shí)認(rèn)為自己處于真實(shí)的世界，電腦能夠立即中止簡(jiǎn)單的運(yùn)算，將準(zhǔn)確的3D世界影像傳回爆發(fā)臨場(chǎng)感，達(dá)到人在房中但心游天下的效果。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以進(jìn)行個(gè)性化醫(yī)學(xué)診斷、治療，逼真預(yù)期不同的治療方案在人體上的不同反應(yīng)。與傳統(tǒng)的主觀判斷相比，在虛擬人體上進(jìn)行各種無(wú)法在真人身上進(jìn)行診療試驗(yàn)，可以根據(jù)獲得的治療數(shù)據(jù)和人體反應(yīng)進(jìn)行科學(xué)分析和判斷，由此做出更加理性和真實(shí)可行的診斷和治療方案。虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)可以根據(jù)各種醫(yī)學(xué)影像信息和數(shù)據(jù)創(chuàng)建虛擬手術(shù)環(huán)境，并在虛擬環(huán)境中建立3D模型設(shè)計(jì)切口位置、角度，預(yù)演手術(shù)的過程，從中可以提前預(yù)測(cè)手術(shù)過程中可能出現(xiàn)的問題并采取補(bǔ)救措施，從而提高手術(shù)的成功率。有了這個(gè)虛擬系統(tǒng)，醫(yī)生可以更加合理地選擇制訂手術(shù)方案和方法，減少手術(shù)給患者帶來(lái)的各種損傷和傷害，并可以提高判斷病灶位置的準(zhǔn)度，對(duì)各種復(fù)雜的內(nèi)科、外科手術(shù)都有很好的輔助判斷效果。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)在教育方面的應(yīng)用

在不能室外教學(xué)的情況下，可以利用互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀摩實(shí)際發(fā)生的地理室外教學(xué)，以彌補(bǔ)無(wú)法外出的缺憾。VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是適應(yīng)了這一要求，營(yíng)造了一種滿足學(xué)生探索自然奧秘、認(rèn)識(shí)社會(huì)生活環(huán)境的學(xué)習(xí)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)施還有利于營(yíng)造促使學(xué)生形成地理信息意識(shí)與能力的教學(xué)環(huán)境，使地理課堂教學(xué)方式呈現(xiàn)出多樣性、創(chuàng)造性和新穎性。VR 技術(shù)改變了教材的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式與師生的活動(dòng)方式，極大地促進(jìn)了地理課堂教學(xué)改革。

4.心理學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早被用于焦慮障礙的治療，且主要集中在恐高癥、飛行恐怖、幽閉恐怖和廣場(chǎng)恐怖等方面。

1994年，Rothbaum小組設(shè)計(jì)了一套治療飛行恐怖的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，成功治愈了一名女性飛行恐怖患者。該小組還對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)暴露療法和傳統(tǒng)療法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)與傳統(tǒng)暴露療法效果相當(dāng)并且可以長(zhǎng)期保持。Muhlberger小組將30名飛行恐怖患者隨機(jī)分為虛擬現(xiàn)實(shí)組和放松治療組，治療后兩組都有改善，但是虛擬現(xiàn)實(shí)組的效果明顯優(yōu)于對(duì)照組。類似的研究還有很多，都證明虛擬現(xiàn)實(shí)的確擁有良好的治療作用。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步展望

客觀而論，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所取得的成就，絕大部分還僅僅限于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力，僅僅是剛剛開始涉及人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)結(jié)合作用問題，還根本未涉及“人在實(shí)踐中得到的感覺信息是怎樣在人的大腦中存儲(chǔ)加工處理成為人對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)”這一重要過程。只有當(dāng)真正開始涉及并找到對(duì)這些問題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí)，人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底的克服。我們期待有朝一日，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)成為一種對(duì)多維信息處理的強(qiáng)大系統(tǒng)，成為人進(jìn)行思維和創(chuàng)造的助手和對(duì)人們已有的概念進(jìn)行深化和獲取新概念的有力工具。

參考文獻(xiàn)：

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