虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，其名词最早是由美国VPL Research公司的创建人拉尼尔(Jaron Lanier)于1989年提出的 [1]，1990年11月27日，钱学森将虚拟现实翻译为“灵境”，又称灵境技术或虚拟实境，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是以计算机技术为主，利用并综合三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、显示技术、伺服技术等多种高科技的最新发展成果，借助计算机等设备产生一个逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界，从而使处于虚拟世界中的人产生一种身临其境的感觉。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。 [1-8]
- 中文名
- 虚拟现实
- 外文名
- Virtual Reality
- 别 名
- 虚拟实境、灵境技术、元宇宙
- 简 称
- VR
- 含 义
- 虚拟和现实相互结合
- 特 点
- 沉浸性、交互性等
- 应 用
- 娱乐、教育、医学、科技等
- 发展方向
- 智慧城市、智慧工业、数字孪生领域 [2]
简介
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所谓虚拟现实，顾名思义，就是虚拟和现实相互结合（采用特定技术生成一个虚拟的情境，但被人以现实的感觉）。从理论上来讲，虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。
虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统；最后，它具有超强的仿真系统，真正实现了人机交互，使人在操作过程中，可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱。
发展历史
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1、第一阶段（1929—1962）有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的阶段
2、第二阶段（1963—1972）虚拟现实萌芽阶段
1965年，计算机图形学的重要奠基人[3]Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display”（终极的显示）；1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HMD）；1972年，NolanBushell开发出第一个交互式电子游戏Pong。 [3]
3、第三阶段（1973—1989）虚拟现实概念的产生和理论初步形成阶段
1977年，Dan Sandin等研制出数据手套SayreGlove；1983年年美国陆军和美国国防部高级项目研究计划局(DARPA)实施SIMNET计划，开创了分布交互仿真技术的研究和应用 [3]；1984年，NASA AMES研究中心开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1984年，VPL公司的JaronLanier首次提出“虚拟现实”的概念；1987年，JimHumphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。 [3]
4、第四阶段（1990年至今）虚拟现实理论进一步的完善和应用阶段
1993年11月，宇航员通过VR系统的训练，成功的完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，而用VR技术设计的波音777飞机是虚拟制造的典型应用实例；2022年加拿大造船公司Seaspan将3D沉浸式虚拟现实系统（VR）引入船舶设计，使设计师可在VR中实时浏览他们的设计。
2023年10月19日至20日，由工业和信息化部、江西省人民政府共同主办的2023世界VR产业大会在江西南昌召开。与会专家就“虚拟现实+工业制造”的发展趋势与方向、前沿技术与产业发展、行业融合应用、生态环境建设等热点议题进行交流探讨，进一步推动虚拟现实技术在工业制造领域的创新应用，助力企业实现降本增效。 [4]
分类
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小型传感器
简单的光线传感器、距离传感器等小型传感器，抑或者 只是计算机界面的模拟应用。但是由于其造价低和门槛低的 特点，这种类型的VR技术应用最为广泛。 [5]
沉浸式虚拟现实
比之桌面式虚拟现实 (Immersive VR)，沉浸式虚拟现实则提供更高层次的完全的沉浸式体验，使得用户有一种置身于虚拟世界的感觉。几乎所有沉浸式虚拟现实的分类都是以头盔显示器为关键设备，当然随着科技的发展，业内的趋势是抛弃繁重的头盔设备，转而以眼镜甚至是直接投影在眼球上来代替。沉浸式头盔是一种将使用者与真实环境隔离的先进显示装置，它可以分别为左眼和右眼提供两个既包含平行视差又独立的图像，类似于3D电影的拍摄和播放原理。再加上各种类型的传感器对现实的分别模拟，就能够产生一种极强的立体真实感。这种类型的VR技术是目前影响最广，在可操作的前提下潜力最大的一类。更多的商家也愿意在这一类的VR技术上做投资。 [5]
增强现实性虚拟现实
增强现实性虚拟现实 (Augmented VR)，则是跳出了对现实的模拟和仿真，转而要加强参与者对于真实世界的感受，也就是那些无法感知或者是不方便感知的事物。比如说用户去参加车展，带上相关的设备后看车，车子的各类信息就会在设备上显示出来，这样用户就不必再去询问抑或者查询资料。增强现实是VR技术发展的目标和最终形态，但是受限于相关技术的发展。 [5]
分布式虚拟现实
简单来说，分布式虚拟现实 (Distributed VR, DVR)系统是前面3类的集合版本。 分布式虚拟现实系统是指基于网络的虚拟环境，使得位于不同物理位置的多个虚拟环境或者多个用户能够通过网络相连接。虚拟现实系统运行在分布式环境下有两种原因：（1）基于计算机发展的强大的分布计算能力。（2）某些应用本身就具有分布特性的需要，比如，各类网络游戏或者假使分隔在两地的人能够通过VR技术实现“面对面”的交流等。 [5]
特征
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特征 | 详情介绍 |
|---|---|
沉浸性 | |
交互性 | 交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度，使用者进入虚拟空间，相应的技术让使用者跟环境产生相互作用，当使用者进行某种操作时，周围的环境也会做出某种反应。如使用者接触到虚拟空间中的物体，那么使用者手上应该能够感受到，若使用者对物体有所动作，物体的位置和状态也应改变。 |
多感知性 | |
构想性 | |
自主性 |
关键技术
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技术应用
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应用领域 | 应用详情 |
|---|---|
虚拟现实在影视娱乐中的应用 | 近年来，由于虚拟现实技术在影视业的广泛应用，以虚拟现实技术为主而建立的第一现场9DVR体验馆得以实现。第一现场9DVR体验馆自建成以来，在影视娱乐市场中的影响力非常大，此体验馆可以让观影者体会到置身于真实场景之中的感觉，让体验者沉浸在影片所创造的虚拟环境之中。同时，随着虚拟现实技术的不断创新，此技术在游戏领域也得到了快速发展。虚拟现实技术是利用电脑产生的三维虚拟空间，而三维游戏刚好是建立在此技术之上的，三维游戏几乎包含了虚拟现实的全部技术，使得游戏在保持实时性和交互性的同时，也大幅提升了游戏的真实感。 [2]虚拟现实技术和可穿戴设备的研发降低了体育项目的参与门槛，诸如赛车、国际象棋等运动，选手们可接入服务器“穿越”到世界各地赛场，与各国高手同台竞技。 [9] |
虚拟现实在教育中的应用 | |
虚拟现实在设计领域的应用 | 虚拟现实技术在设计领域小有成就，例如室内设计，人们可以利用虚拟现实技术把室内结构、房屋外形通过虚拟技术表现出来，使之变成可以看的见的物体和环境。同时，在设计初期，设计师可以将自己的想法通过虚拟现实技术模拟出来，可以在虚拟环境中预先看到室内的实际效果，这样既节省了时间，又降低了成本。 [2] |
虚拟现实在医学方面的应用 | |
虚拟现实在军事方面的应用 | |
虚拟现实在工业方面应用 | |
虚拟现实在游戏上的应用 | 普通的游戏无论是2D抑或是3D都不会产生VR游戏这 般真实的体验，同时由于游戏的普适性，VR技术在游戏上 的应用也是VR技术推广的重要部分，抛弃了鼠标和键盘的 束缚，真正的以玩家为主角中心。VR技术帮助玩家“真实” 实现了自己的梦想，例如使命召唤的VR版本可以让玩家体 验真实的战场，实现普通人的战场梦：STEAM的B. Braun Future Operating Room游戏让玩家过了把医生的瘾。还有 赛车、飞行等数不胜数。 [5] |
虚拟现实在手机上的应用 | 由于手机和周遭电子设备的智能化，VR技术与手机的 结合可谓是相得益彰，在桌面式虚拟现实方面，手机可以通 过安装APP来模拟各种控制器来达成例如空调温度的控制， 智能电视频道换台，窗帘的自动开关等，这也是最近各厂商 乐忠的生态家居的概念。在沉浸式虚拟现实方面，受限于设 备成本，行业自己的发展衍生出了名为虚拟现实眼镜和虚拟 现实头盔的区别产品，就像手机行业的低端机和高端机的产 品定位分布。除去配置和做工的差别，虚拟现实眼镜是依靠 镜片为技术核心，借助智能手机来作为它的“主机”。由于所 需的硬件在手机内的高度集成，虚拟现实眼镜的成本就大大 降低了，真正降低了沉浸式VR的门槛，例如小米手机推出的 小米VR眼镜，三星手机推出的Gear VR，暴风影音的暴风魔 镜等都属于这个范畴。 [5] |
发展局限
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即使VR技术前景较为广阔，但作为一项高速发展的科技技术，其自身的问题也随之渐渐浮现，例如产品回报稳定性的问题、用户视觉体验问题等。对于VR企业而言，如何突破目前VR发展的瓶颈，让VR技术成为主流仍是他们所亟待解决的问题。 [8]
首先，部分用户使用VR设备会带来眩晕、呕吐等不适之感，这也造成其体验不佳的问题。部分原因来自清晰度的不足，而另一部分来自刷新率无法满足要求。据研究显示，14k以上的分辨率才能基本使大脑认同，但就目前来看，国内所用的VR设备远不及骗过大脑的要求。消费者的不舒适感可能产生的其对VR技术是否会对自身身体健康造成损害的担忧，这必将影响VR技术未来的发展与普及。 [8]
VR体验的高价位同样是制约了其扩张的原因之一。在国内市场中，VR眼镜价位一般都在三千元以上。当然这并非是短时间内可以解决的问题，用户如果想体验到高端的视觉享受，必然要为其内部更高端的电脑支付高昂的价格。若想要使得虚拟现实技术得到推广，确保其内容的产出和回报率的稳定十分关键。其所涉及内容的制作成本与体验感决定了消费者接受VR设备的程度，而对于该高成本的内容，其回报率难以预估。其中对VR原创内容的创作无疑加大了其中的难度。 [8]
VR的产生引发了关于伦理道德的讨论。施皮格尔（Spiegel）讨论了可能由VR技术带来的社会危害以及相应的公共政策。其中提到了比如隐私问题、性骚扰问题等。他认为这些问题在真实世界就已经存在，因此我们可以预想它们在VR世界中也会存在。 [8]
