虛擬現實的應用現狀

方之昊

虛擬現實是當今重要的技術之一，本文主要淺談其發展的歷史、相關的關鍵技術及廣闊的應用，旨在通過介紹虛擬現實的現狀，來表達對未來虛擬現實的展望。

1.虛擬現實的概念和簡介

相信大家看過《頭號玩家》這部電影，我也特地到電影院觀看了這部電影。這里面就講述的是人類沉浸于虛擬現實之中，虛實相生，玩味無窮。

虛擬現實是一種綜合了多種技術而發展起來的，同時也是計算機領域的最新技術。盡管作為一門新的技術，它的發展也相當迅速，應用也相當的廣泛，也早已融入我們的生活當中。目前，虛擬現實技術也被公認為21世紀最重要的技術之一。

當然，虛擬畢竟是虛擬的，并非一個真實的世界，而是一個可以交換的環境，通過各種技術手段，比如：數字圖像處理，人機接口技術，信息傳感技術，心理學等。利用這些技術，可以讓人們有身臨其境的感覺，隨著技術的發展與成熟，原本枯燥無味的計算機，伴隨著虛擬現實的出現，顯得更加人性化。通過三維設備與物體接觸，實現了人機交換，這同時也是虛擬現實技術的核心所在。

2.虛擬現實的發展歷史

虛擬現實的歷史大致分為三個階段：

2.1 20世紀50年代-20世紀60年代末

1956年，Morton Heileg 發明了叫sensorama的仿真摩托車，隨后1962年，海里戈又發明了“全傳感仿真器”，這也開啟了人類第一次接觸虛擬現實，也為后人打下來了堅實的基礎。不幸的是，他被當時的人們認為是空想家，大家對于他的研究與發明并不感興趣。當然這并沒有影響到海里戈，他依舊沉浸于虛擬摩托車的體驗中，依舊堅持自己的理念。偉大的海里戈也留給了后人他最尖端前沿的發明。

2.2 20世紀70年代初-20世紀80年代末

1973年，Myron Krurger 首次提出來了虛擬現實的概念，但是他用的詞語是“Artificial Reality”，與此同時，虛擬現實技術也得到了初步的發展，這段時間內，可謂是碩果累累，兩個典型的系統的出現，即VIDEOPLACE和VIEW的出現，進一步的推動了其發展。我們所熟知的飛行員所用的仿真器也是在此期間開發的，越來越多的公司開始積極的研發，人類對此表現出極大的興趣

2.3 20世紀80年代末至今

1989年，美國的科學家Jarn Lanier正式提出來了虛擬現實的概念，詞語“Virtual Reality”也首次亮相，簡稱“VR”。我們現在所涉及的多個領域，比如工業，商業，教育，軍事，包括我們玩的游戲，甚至是購物，看病都會援用到虛擬現實技術。

各個發達國家也在加強自己的研發工作，比如美國，英國，日本，當然也包括我們中國。也研究出來了許多令人矚目的發明，如：英國的Transputer技術，德國在制造寶馬、奔馳等車子時，利用VR技術、日本發明了人類面部表情特征的識別、中國的阿里巴巴嘗試VR購物等等。

如今，虛擬現實的發展也已日漸成熟，也走入了我們每個人的家庭當中。

3.虛擬現實的特點及相關技術

3.1 虛擬現實的特征

通過了解，我們的虛擬現實技術有一下三種特征沉浸性，交互性以及構想性：

3.1.1 Immerse 沉浸性

我們所知，虛擬現實是虛擬的，需要用戶全身心的投入到虛擬的場景當中，讓人身臨其境，忘記了現實的一切，完全進入了計算機設計好的虛擬世界當中?！额^號玩家》當中主演在現實中叫韋德，而到了虛擬當中，他則叫帕西法爾，他也可以隨意的更改自己的外表，甚至是性別。他也可以完全沉浸在虛擬之中，忘記現實中的煩惱，忘記現實之中的一切。電影當中還可以成為超級英雄，尋找出藏匿之中的彩蛋。

3.1.2 Interactive 交互性

就算在現實當中，人與人之間的交流也是必不可少的，虛擬當中也同樣如此，交互性就是讓虛擬中的對象可自由的交流互動，當然這一切都是基于現實當中操作者的動作或者語言來完成，讓人感覺非常親切。由于人們不甘于現實，以至于想征服未來，為了達到這一目的，虛擬中的玩家要不斷的進行交流，通過合作來完成。所以我們也可以經常看到頭戴頭盔的人在漫無目的手舞足蹈，這就是他們在進行信息交流。

3.1.3 Imagination 構想性

人在不同的環境中會有不同的認識，在虛擬當中也會有全新的的概念，會提高自己的認識的廣度與深度，從而產生新的構想。然后把這些構想輸入電腦系統當中，通常會有不同的效果的出現，人類也可以在此過程中繼續進步，得到發展。有人預測在未來，人們的現實生活會讓人非常失望，所以人們希望可以通過虛擬宇宙實現內心的慰藉。而這一切的構想都需要人類自己來完成，因此人們要不斷的對自己所創造的系統不斷進行完善，構想出更加精美的創造。

3.2 虛擬現實的關鍵技術

虛擬現實所涉及的技術相當多，也相當復雜，它是多種高科技技術的融合，其中最關鍵的技術大致有這幾點：動態環境建模技術、實時三維圖像生成技術、立體顯示和傳感器技術、多功能交互技術以及應用系統開發工具。

我想重點介紹實時三維圖像生成技術。我們所熟知的實際環境就是一個三維世界，為了讓體驗者可以有沉浸性，設計研發者必須要能生成三維圖像，將虛擬世界當中的畫面盡可能的逼真的展現給體驗者。其實圖形的生成是虛擬現實的瓶頸之一。我們所衡量沉浸在虛擬環境中的效果主要是看其動態特性及其交互延遲特性。為了達到這一指標，每秒鐘要生成并且產生至少10幀的畫面，否則將會嚴重影響虛擬現實的效果；我們都知道人的視覺是有停留的，所以系統生成圖像的的反應速度至多不可以超過0.25秒，不然人們在虛擬中將會有不適應的反應，比如說：嘔吐、煩躁等，嚴重影響效果。虛擬現實利用計算機所提供的三維數據來生成場景，對物體在虛擬世界中進行重建。

其次還有多功能的交互技術，由其特征，我們知道虛擬現實由交互性，因此信息的交互顯得格外重要，不僅僅是語言的交互，各種感官的交互也尤為重要。所以這也是關鍵技術所在，需要加強對于這方面設備的研究。

4.虛擬現實的應用

4.1 虛擬現實的游戲

一提到游戲，則是我們這些年輕人所感興趣的，從小到大玩過各式各樣的游戲，當然大多數只是二維游戲，在手機電腦等屏幕上完成。隨著VR技術的成熟與發展，VR游戲也越來越多，每當我們去大型購物商店，總會發現有個角落里有幾臺設備，可以提供人們玩VR游戲，有射擊類的、體育類的、賽車操控類的。除了在商店里面，平常在家我們也可以體驗VR游戲，只需在淘寶購買一個設備，我們便可以在家里面手舞足蹈，體驗游戲帶給我們的快樂。

當然種種問題也有所體現，比如VR正版設備過于昂貴，畫質的清晰度問題，戴久了會讓人頭暈，沒有很強的沉浸感，又或者是VR游戲目前不能覆蓋所有的游戲類型、也很少有優秀的VR游戲的出現，這些都很大程度上減少了VR游戲的推廣。

或許這些游戲和《頭號玩家》中的比起來還相差甚遠，但是我相信隨著科技的進一步成熟，技術進一步的發展，在未來VR游戲會逐漸的占據游戲的大頭。

4.2 虛擬現實的醫療

生病就診是我們生活之中必不可少的環節之一，人類漸漸地對醫療的要求提高，不再僅僅滿足治好病，而是要更加安全，更加準確的治病，以確保萬無一失。據不完全統計，我國每年因為醫療事故導致死亡的不幸患者不少于四十萬人！雖然我們沒有理由去責備醫務人員，可是造成的損失的確不可估量的。所以為了緩解這一矛盾，并伴隨著虛擬現實技術的出現，科學家一直在探索VR在醫療領域的應用。

目前，在眾多技術的促成下，外科手術技術CAS形成了，這一技術的出現，不僅僅提高了外科手術的成功率，也有效的對大量的信息進行了提取。值得一提的是，CAS技術在骨科手術中的成效非常明顯，并且取得了相當大的成就。它首先利用磁核共振成像、超聲成像等技術對患者體內的情況進行了解;其次根據計算機提供 的數據，利用醫用機器人進行手術治療。這一技術的成熟大大降低了患者的手術損傷，對手術后的康復也有積極的效果。

當然，與此同時，VR醫療也存在它的局限性，其覆蓋的面積并不廣闊，其安全性其實也并沒有達到想象的高度：加之高昂的成本，在國內，擁有VR治療的醫院也不過區區十幾家，并不能形成規模。

4.3 虛擬現實的購物

購物成為當代人的潮流，每個人的手機或多或少都會裝上一些購物的APP，這一方便的技術也深得大家的喜愛。前一段時間，阿里宣布將要展示自己的VR購物，消費者可以根據自己的需要，到虛擬商店中挑選喜歡的物品，甚至可以進行試用。

如果有一天，當我們放學回到家中，發現媽媽在客廳里揮舞著手臂，擺著造型，說不定她就在虛擬商店中試穿自己喜歡的衣服。VR技術的沉浸性讓人們可以完全沉浸在購物的喜悅之中。

這種足不出戶，便可以去各大商場的體驗離我們已經不遠了，阿里VR實驗室正在加緊研究，相信在不久的將來，VR購物將全面覆蓋。

5.對虛擬現實未來的展望

就像電影當中一樣，我們為什么要應用虛擬現實，是因為能源的匱乏，現實已經無法再滿足人類需要，人類需要更加高效、低耗能的生產。而虛擬現實這種幾乎不耗能的正可以完美的解決這一矛盾。

從各個領域看，虛擬現實的應用已經相當廣闊，當然由于現在的技術還未達到我們想象的那種完美的境界，所以在各個方面的深度還不夠，這就需要我們對其進行更深入的研究。相信虛擬現實技術在不久的將來完全運用到我們的生活之中。

6.結語

虛擬現實是21世紀最重要的技術之一，它的前景是光明的，但是道路必然是曲折的，需要一代代的科學家堅持不懈的努力。它的信息處理方式，定會在各行各業中起到不可估量的作用，我們相信21世紀會是屬于虛擬現實的時代！