二、虚拟现实技术特点
（ 一）技术综述
虚拟现实基于动态环境建模技术、立体显示和传感器技 术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统 集成技术等多项核心技术，主要围绕虚拟环境表示的准确 性、虚拟环境感知信息合成的真实性、人与虚拟环境交互的 自然性、实时显示、图形生成、智能技术等问题的解决使得 用户能够身临其境地感知虚拟环境，从而达到探索、认识客 观事物的目的。虚拟现实具有以下三个重要特征，常被称为 虚拟现实的 3i 特征：
1、构想性（Imagination）。指虚拟的环境是人想像出来 的，同时这种想像体现出设计者相应的思想，因而可以用来 实现一定的目标。所以说虚拟现实技术不仅仅是一个媒体或 一个高级用户界面，同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。虚拟现实技术 的应用，为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段，可 以使人类跨越时间与空间，去经历和体验世界上早已发生或 尚未发生的事件；可以使人类突破生理上的限制，进入宏观 或微观世界进行研究和探索；也可以模拟因条件限制等原因 而难以实现的事情。
2、沉浸感（Immersion）。是指用户感受到被虚拟世界 所包围，好像完全置身于虚拟世界之中一样。虚拟现实技术 最主要的技术特征是让用户觉得自己是计算机系统所创建 的虚拟世界中的一部分，使用户由观察者变成参与者，沉浸 其中并参与虚拟世界的活动。沉浸性来源于对虚拟世界的多 感知性，除了常见的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、 触觉感知、运动感知、味觉感知、嗅觉感知等。理论上来说， 虚拟现实系统应该具备人在现实世界中具有的所有感知功 能，但鉴于目前技术的局限性，在现在的虚拟现实系统的研 究与应用中，较为成熟或相对成熟的主要是视觉沉浸、听觉 沉浸、触觉沉浸技术，而有关味觉与嗅觉的感知技术正在研 究之中，目前还很不成熟。
3、实时交互性（Interactivity）。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。交互性的产 生，主要借助于虚拟现实系统中的特殊硬件设备（如数据手 套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。虚拟现实系统比较强调人与虚拟世 界之间进行自然的交互，交互性的另一个方面主要表现了交 互的实时性。
（二）虚拟现实产业链
虚拟现实产业链长，产业带动比高，涉及产业众多，包 括虚拟现实工具与设备、内容制作、分发平台、行业应用和 相关服务等在军事、民用以及科研等方面的各种应用。目前在国内形成了以北京航空航天大学、清华大学、工 业和信息化部电子工业标准化研究院、浙江大学等各大高 校、研究院所和高科技公司联合研究开发制作，产学研密切 结合的良好发展局面。
虚拟现实产业链图
虚拟现实产业链中，工具和设备类可细分为输入设备、 输出设备、显示设备、拍摄设备、以及相关软件等；内容制 作可细分为影视、游戏等内容；分发平台可细分为应用商店、社交影院、实体体验店、网店、播放器等内容；行业应用可 细分为工业、军事、医疗、教育、房地产、旅游、会展、等 内容；相关服务可细分为平台、媒体和孵化器等内容。由于 虚拟现实产业涉及到从基础硬件生产、软件开发、核心部件 制造、实体以及网络分发平台、营销与服务等众多军事、民 用领域，需要在国家统一协调和管理下，通过技术标准体系 以及关键标准的制定、标准符合性检测和相应的质量验证系 统的支撑，才可以使产业健康可持续发展。
（三）虚拟现实技术演进方向
虚拟现实技术的实质是构建一种人为的能与之进行自 由交互的“世界”,在这个“世界”中参与者可以实时地探索或 移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标，实 现的方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体 部位跟器，通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。 可以预测短期内游戏玩家可以戴上头盔、身着游戏专用衣服 及手套真正体验身临其境的“虚拟现实”游戏空间，它的出现 将淘汰现有的各种大型游戏，推动科技的发展。纵观虚拟现 实的发展历程，未来虚拟现实技术的研究仍将延续“低成本、 高性能”原则，从软件、硬件两方面展开，发展方向主要归纳 如下：
1、低成本快速建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实
技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。内容制 作是虚拟现实产业界的短板，当前的内容制作成本高、周期 长，对于制作人员的要求也高，限制了虚拟现实应用的发展， 如何实现低成本的快速建模将是虚拟现实在产业界大规模 推广的关键。
2、实时三维图形生成和显示技术。三维图形的生成技
术已比较成熟，而关键是怎样“实时生成”,在不降低图形的 质量和复杂程度的基础上，如何提高刷新频率将是今后重要 的研究内容。此外，虚拟现实还依赖于立体显示和传感器技 术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要 开发新的三维图形生成和显示技术。
3、新型交互设备的研制。虚拟现实技术实现人能够自
由与虚拟世界对象进行交互，犹如身临其境，借助的输入输 出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置 传感器和三维声音产生器等。因此，新型、便宜、鲁棒性优 良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。
4、智能化、自然的虚拟现实建模。虚拟现实建模是一
个比较繁复的过程，需要大量的时间和精力。如果将虚拟现 实技术与自然交互、语音识别等技术结合起来，可以很好地 解决这个问题。对模型的属性、方法和一般特点的描述通过 自然交互、语音识别等技术转化成建模所需的数据，然后利 用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价，将模型用对象表示出来，并且将各种基本模型静态 或动态地连接起来，最终形成系统模型。人工智能在虚拟世 界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工 劳动具有非常积极的作用。
5、分布式虚拟现实技术。分布式虚拟现实（Distributed
Virtual Environment,DVE）是今后虚拟现实技术发展的重要 方向。随着众多 DVE 开发工具及其系统的出现，DVE 本身 的应用也渗透到各行各业，包括医疗、工程、训练与教学以 及协同设计。仿真训练和教学训练是 DVE 的又一个重要的 应用领域，包括虚拟战场、辅助教学等。另外，研究人员还 用 DVE 系统来支持协同设计工作。近年来，随着互联网应 用的普及，一些面向互联网的 DVE 应用使得位于世界各地 多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真 器通过网络联结起来，采用协调一致的结构、标准、协议和 数据库，形成一个在时间和空间上互相耦合的虚拟合成环 境，参与者可自由地进行交互作用。特别是在航空航天中应 用价值极为明显，因为国际空间站的参与国分布在世界不同 区域，分布式虚拟现实训练环境不需要在各国重建仿真系 统，这样不仅减少了研制费和设备费用，减少了人员出差的 费 用 以 及 异 地 生活 的 不 适 . 例如 微 软 近 期 发 布 的 Holoportation 远程沉浸式交互演示得到了业界的一致看好。
