虛擬現實VR與現實AR技術的火熱發展

張宇+宋國棟+郭建祿

摘 要：信息化的時代已經到來，隨著經濟建設快速發展，科學技術不斷進步，人們開始對新的領域進一步的探索，虛擬現實VR在近年來發展火熱，開始豐富人們的生活、提高人們的生活質量，對人們的生活產生了重要影響。研究VR技術不僅僅可以滿足人們對新的領域的探索，而且能夠達到促進社會進步發展的目的。VR步入人們的生活從此不用出門就可以享受現實中的由人工塑造的虛擬世界，身臨其中。

關鍵詞：VR；AR；應用前景

1 虛擬現實VR概述

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是20世紀90年代初崛起的一種實用技術。VR技術指借助計算機以及最新傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段，其核心是建模與仿真。它是一種能夠讓現實中的人在計算機所創造的虛擬信息世界中體驗與現實世界同樣的事和物。它具有多感知性、沉浸性、交互性和構想性的基本特征。這種虛擬技術集合了計算機圖形圖像技術、現實仿真技術、多媒體技術等的多種科學技術。它能夠模擬出人的視覺、聽覺、觸覺等的感官功能。使人們在計算機所創造的虛擬世界中通過語言、動作等方式進行實時交流，可以說這種技術的發展前景是非常廣闊的，無論是生活上還是軍事上都有非常廣泛的發展前景。

2 虛擬現實技術的特征以及涉及的相關技術

2.1 虛擬現實技術的特征

（1）多感知性的特征，是指視、力、觸、運動、味、嗅等感知系統，從人類理想的虛擬現實技術的發展來說，是希望能夠完全的模擬出現實中所有的感知，如在VR營造的環境中聞到各種味道、能夠有觸碰里面事物的感覺等，如同人在現實中一樣，但因目前的技術掌握和傳感技術的限制，僅僅只能模擬出一部分。

（2）沉浸性又稱浸沒感或臨場感、存在感等，具體是指人以第一人稱存在于虛擬世界中的真實體驗。當然，以目前技術還沒有達到最理想的程度。

（3）交互性就是指人在虛擬世界中，能夠像在現實世界中一樣，可以通過對一些物體的抓取、使用等動作，感覺到所觸碰的物體的重量、形狀、色澤等一些人與物體之間的互動信息。

（4）構想性，即將所想的物件、所做的事情在虛擬世界里面呈現出來，這樣做能達到什么樣的效果，那樣做又能達到什么樣的效果，甚至還可以把在現實世界不可能存在的事和物都可以在虛擬世界中構想出來。

2.2 VR技術中涉及的相關技術-軟件

（1）立體視覺現實技術：人通過視覺所獲取到的信息是人本身所有感覺中最多的一種感官，所以虛擬現實技術中立體顯示技術占有不可或缺的重要地位。

（2）環境構建技術：在虛擬世界中，構件環境是一個重要的環節，要營造一個區域的環境，首先就要創造環境或建筑模塊，然后在這個基礎上再進行實時描繪、立體顯示，從而形成一個虛擬的區域環境。

（3）真實感實時描繪技術：要在虛擬世界中實現與現實世界相同的事物，僅靠立體顯示技術還是遠遠不夠的，虛擬世界中必須存在真實感和實時感，簡單來說就是實現一個物體的重量、質量、色澤、相對位置、遮擋關系等的技術。

（4）虛擬世界聲音的實現技術：在虛擬世界中雖然視覺是獲取信息的重要途徑之一，除了視覺還有很多感官系統可以獲取到周圍的信息。如聽覺，這種技術就是在虛擬世界中實現聲音，這樣人在虛擬世界里不僅能夠看得到也能聽得到。

2.3 VR技術涉及的相關技術-硬件

（1）輸入設備。與虛擬現實技術相關的硬件輸入設備分成兩大類：一是基于自然的交互設備，用于虛擬世界的信息輸入；另一種是三維定位跟蹤設備，主要用于輸入設備在虛擬世界中的位置進行判定，并輸送到虛擬世界當中。

虛擬世界與人實現自然交互的形式有很多，比如有數據手套、數據衣服、三維控制器、三維掃描儀等。

數據手套是一種多模式的虛擬現實硬件，通過軟件編程，可進行虛擬場景中物體的抓取、移動、旋轉等動作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場景漫游的工具。數據手套的出現，為虛擬現實系統提供了一種全新的交互手段，目前的產品已經能夠檢測出手指的彎曲度，并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結合手指彎曲度測試和空間定位測試的數據手套被稱為“真實手套”，可以為用戶提供一種非常真實自然的三維交互手段。

數據衣是為了讓VR系統識別全身運動而設計的輸入裝置。數據衣對人體大約50多個不同的關節進行測量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過光電轉換、身體的運動信息被計算機識別。通過BOOM顯示器和數據手套與虛擬現實交互數據衣。

（2）輸出設備。人在虛擬世界中要體現沉浸的感覺，就必須實現現實世界中的多種感受，如視、聽、觸、力、嗅、味等感官感覺，只不過以目前的虛擬技術只實現了視覺、聽覺和觸覺罷了。

（3）VR構成設備。虛擬現實世界的構成，主要的設備就是計算機本身了，虛擬世界的所有景象都是靠一個個模型造成的，而這些模型則是由計算機制作出來的。一般計算機被劃分成四個部分：第一，高配置的個人計算機，專門用于普通的圖形配置加速卡，實現于VR技術中的桌面式特征；第二，高性能圖形工作站，就是一臺高配置的圖形處理計算機；第三，高度并行系統計算機；第四，分布式虛擬實現計算機。

3 VR技術的應用范圍

VR技術從誕生到現今已經歷了幾個年代，其應用范圍也越來越廣，如醫學方面，可以提供給醫生進行模擬手術，這樣大大提高了現實中手術成功的概率。如游戲方面，近年來游戲中的VR如朝陽一樣如火如荼的發展，游戲者在游戲中體驗著VR技術帶來的身臨其境與敵人面對面進行廝殺的快感。如建筑方面，運用虛擬現實技術可以將建筑的形式以真實的角度展現在投資方、設計方、施工方以及后期的物業管理和更高層次的政府，這把之前的二維平面表達方式或者動畫表現方式進行了升級，使用者可以全方位的感受建筑的空間、尺度和材質，這對非設計人員參與到設計當中很有幫助，這使得我們未來的建筑將綜合更多因素，更加合理化，還有軍事、科技、商業、建筑、生活等。

4 結語

虛擬現實技術是一個極具潛力的研究項目，是未來的重要技術之一。它在理論、軟件或者硬件的領域上都依賴著很多技術，當然其中也有較多的技術只實現了理論，硬件方面還是有待完善的。不過可以遇見，在未來，虛擬現實技術絕對會被廣泛的應用。

參考文獻：

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