2.10 虚拟现实

1.什么是虚拟现实

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是虚拟与现实相结合的技术，它是在现实生活中通过数据收集，并经计算机技术生成电子信号，然后结合各种输出设备，让人感觉到这些信号现象。因为这些现象不是我们直接肉眼可以看到的，是由计算机模拟出来的，故称为虚拟现实。

2.虚拟现实的核心技术

（1）三维建模技术

建模的核心目的是通过获取数据的三维环境，获得三维数据，然后根据需求建立相应的虚拟环境模型。三维建模主要分为几何建模、物理建模和行为建模。三维虚拟环境的建模主要包括：模仿现实世界环境中人类的主观建设环境和将人类看不见的环境在现实世界中模仿出来。

（2）立体显示技术

立体显示是虚拟现实的关键技术之一。它使人们在虚拟世界有更强烈的沉浸。立体显示的引入可以使各种模拟器的模拟更为现实。目前，立体显示技术的主要应用是戴上立体眼镜观看立体图像，比如 3D 电影。目前，主要代表技术有颜色分离技术、分光技术、分时技术、光栅技术和全息显示技术。

（3）真实感实时绘制技术

为了在虚拟世界中实现虚拟现实系统，除了立体显示技术，对真实性和实时性也有要求。也就是说，虚拟世界的生成不仅需要真实的立体感，并且还必须生成实时的虚拟世界。为此，需要采用真实感实时绘制技术，以满足实时逼真渲染要求。当用户的观看点发生变化时，图形显示速度必须跟上角度变化的速度，否则会有滞后，这对目前的计算机显示提出了较高的要求。

（4）三维虚拟声音的实现技术

三维虚拟声音可以让用户精确判断在虚拟场景中声源的具体位置，这符合人们在现实世界中的听觉模式。虚拟环绕声技术的价值在于使用两个扬声器模拟环绕立体声的效果。这种效果虽然不能与真正的家庭影院效果进行媲美，但也是可以接受的一种具备较好体验的虚拟技术。

3.虚拟现实的应用

虚拟现实被认为是下一代娱乐业的终端形式，具有传统娱乐方式不可比拟的优势：沉浸感。理想的虚拟现实能够让人分不清现实和虚拟。近年来，随着计算机技术、交互技术和人工智能等相关技术的快速发展，虚拟现实技术取得了巨大的进步，特别是需要在三维空间中表现仿真模拟的过程或结果且需要实时地直接交互时，虚拟现实技术具有很大的优势。

（1）教育

目前，虚拟现实已经成为家长和学生喜欢的教学方法。浸没式和多路交互使人们感觉很有趣。通过化学和物理的模拟实验，学生可以学习相关知识，不用冒着可能的风险在现实中做实验。例如，佛罗里达大学已经开发出一种虚拟的实验室环境，用来锻炼学生的野外生存技能。

（2）医疗卫生

虚拟现实技术最早在医疗领域得到了应用。疾病的诊断是医疗关键的第一步。虚拟现实技术可以用来模拟各种体征患者的心脏和肺部疾病，从而可以应用在触诊、听诊实习培训方面。这个虚拟实习过程不仅是现实的，而且可安排在空闲的时间学习，学习效果很好。早在1998年，Systems公司就推出了一种支气管镜检仿真器，让用户可以真实地体验镜检过程中的触觉反馈。

（3）科学可视化

科学可视化是指利用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程或数据转换成图形或图像并显示在屏幕上进行交互式处理的技术。对于许多复杂的分子结构、3D数据，图像分析技术和二维的传统方法很难对其进行确认和计量。虚拟现实技术的使用可以动态地表达三维计算过程，形象生动，让用户沉浸在一个虚拟环境中，使用自然直观的方式与虚拟世界互动，加深对科学数据的理解。