1.虚拟现实技术概述

虚拟现实技术（virtual reality technology），简称虚拟技术，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以即时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界影像传回产生临场感。该技术集成了电脑图形、电脑仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由电脑技术辅助生成的高技术模拟系统。[1]目前随着人工智能、云计算、边缘计算、5G等技术的辅助加持，虚拟现实技术进入高速发展阶段，其概念在一定程度上已扩展为一切虚拟视觉系统合成技术，基于虚拟现实技术的应用和设备在教育、传媒、娱乐、医疗、遗产保护等诸多领域起到重要作用。

其主要有以下四个主要特性：浸入性，即利用计算机建立三维立体空间让用户感觉自己身处于空间内，有身临其境的体验；交互性，即在虚拟空间中，用户可以通过传感器主动与系统进行互动，从而获得反馈；构想性，即虚拟环境的构造具有一定主观性，其对现实环境进行改造重建，服务于生产效率的提升；进入2016年VR元年后，其智能化发展的特性也逐步凸显[2]，智能化主要体现在两个方面：一是人机交互的自然化， 二是虚拟对象模型的可进化与可演化性。

2. 虚拟现实技术的构成及其关键技术

虚拟现实技术包含硬件和软件两方面内容，其系统通常由输入设备、输出设备、虚拟世界数据库、专业图形处理计算机以及软件系统等软硬件构成。

虚拟现实关键技术主要包括：人机交互技术、传感器技术、动态环境建模技术、系统集成技术[3]和三维图像的实时刷新技术。

在人机交互方面，VR产品多以含有螺旋仪传感器的眼镜（或头盔）和控制手柄为主，此外有些产品还加入了语音识别和三维定位技术用来辅助交互。

传感器技术方面：目前VR设备传感器效能主要分为3dof自由度和6dof自由度，3dof即只使用一个陀螺仪，仅可实现上下、左右、前后的回转动作。6dof在3odf的基础上增加了上下、左右、前后的移动动作，其依靠电磁传感器、吵声波传感器或者是红外传感器配合基站的外向内定位或inside-out由内向外定位来判断位移改变。

动态环境建模技术即利用三维数据建立虚拟环境模型，其重点是进行真实感绘制，其主要任务是模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面纹理的粗糙程度,以及物体间的相对位置、遮挡关系等；[5]系统集成技术是用来对传感器设备、模型、信息等资源进行统一调度，解决系统与系统之间的互连和可操作性问题；三维图像实时刷新技术即对显示的图像实时刷新，让体验者获取类似于真实世界的视觉体验，为了保证沉浸感，刷新频率至少要15帧每秒。

3.虚拟现实技术的发展

虚拟现实技术技术的发展主要有三个阶段。

3.1萌发阶段

虚拟现实技术诞生于20世纪60年代，Morton Heilig发明了Sensorama仿真模拟器，其集成了3D显示器、风扇、气味发生器、振动椅等模块，用来播放预定视频并给体验者多感官刺激。之后的1965年虚拟现实的思想被Ivan E.Sutherland提出。

3.2应用阶段

这一阶段的代表性研究由“MIT媒体实验室”产出。其开发了计算机和听觉、视觉、广播与网络的一体化技术，之后虚拟可视环境头盔系统 (VIVEDHMD) 面试， 至此虚拟现实技术系统开始逐渐的被呈现出来。

3.3高速发展阶段

20世纪80年代，在航空航天领域，虚拟现实技术发挥了重要作用。宇航员使用虚拟现实系统模拟空间操作，飞机工程师使用VR技术设计波音777引擎系统，此外英国远景公司开发了在电脑屏幕可以游览的“超级城市”立体图像, 这个系统可以真实模拟生活环境和场景。之后的1994年，日本游戏公司Sega和任天堂分别针对游戏产业陆续推出Sega VR-1和Virtual Boy等产品。至到2016年，随着Oculus、HTC、索尼等一线大厂多年的付出和努力，VR产品迎来了一次大爆发，使VR技术真正进入民用市场。[6]随着人工智能、5G等新技术的出现，虚拟现实技术被推至VR+后时代。

4. 虚拟现实技术的应用

随着VR+的发展，虚拟现实技术逐步应用到各个行业领域中。在教育方面，虚拟实验室、虚拟课堂等虚拟现实系统提供给受教育者一个更加直观、能呈现多维信息的教学模式。军事领域中，虚拟现实可以被运用于军事训练，在虚拟环境中可以有效规避危险，减少训练成本，此外在军事武器制造领域，利用VR技术进行仿真组装甚至可节省93%[7]以上的成本。

此外，虚拟现实技术还可以运用到娱乐、旅游、医疗、销售、建筑、维修等领域，但目前看来，虚拟现实技术应用最广的还是游戏和VR旅游。尤其在当下疫情期间，“VR+云旅游已成为当下旅游业的新转机”。[8]

因为兴趣所在，在最近的一次比赛中，制作了《抗疫中国》VR展馆，其主要使用3ds max建模，用U3D搭建空间场景并进行资产管理，之后使用Steam VR插件通过USB借口与Oculus Quest主机进行串流，使用C#脚本控制手柄滚轮和按键实现虚拟空间的移动和触发交互。

5.虚拟现实技术当前热点及未来展望

元年后的虚拟现实技术，已从风口回归到稳步发展，从立体显示到屏幕刷新率都有了显著的提升。目前，部分VR设备制造厂商将技术突破点对准光场视网膜成像领域[9]，运用该技术可以有效的防止VR技术带来的悬晕问题，可以有效的消除VR技术使用带来的疲劳。将光场静物线运用光线信息呈现，有助于降低该技术的普及难度，达到更好的适用家用特征，该技术是VR虚拟技术的主要发展趋势。

随着后来人工智能、5G技术的发展，虚拟现实技术领域将迎来更快速的增长。在大一数字媒体专业导论课大作业中，我引用了微软技术高管——Alex Kipman（他被认为是HoloLens以及Kinect的主要发明人）的一句话：“The phone is already dead（智能手机已经死亡）.”[10]智能设备有其自身的“摩尔定律”，对于目前来说，智能手机仍然是最主流的数字设备，但是，随着技术发展和人们对智能产品互动要求的提升，单纯的触摸屏幕智能设备交互已再难满足人们的日程生活、工作、学习的需要，而VR、MR设备，通过虚拟与现实的结合，可以极大的增强人机交互体验，采用混合现实投射可以极大的提升工作效率，所以说下一代革命性数码产品必以虚拟现实技术为基础。

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参考文献：

[1] wikipedia.Virtual reality[EB/OL].https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality#cite_note-1,11 December 2020.

[2] 赵沁平.元年之后的VR发展趋势[J].科技导报,2017,35(15):1.

[3] 孙红杏.虚拟现实关键技术应用及研究[J].智库时代,2020(01):244-245.

[4] 虎牙苍云.2020年有哪些高性价比的vr眼镜推荐?[EB/OL].https://www.zhihu.com/search?q=vr%E7%9C%BC%E9%95%9C%E6%8E%A8%E8%8D%90&utm_content=search_suggestion&type=content,2020-11-19.

[5] 胡小强.虚拟现实技术[M].北京:北京邮电大学出版社, 2005:82 -89.

[6] 艾瑞咨询.《2016中国虚拟现实 (VR) 行业研究报告》, 2016-3。

[7] Ahir, K., Govani, K., Gajera, R. et al. Application on Virtual Reality for Enhanced Education Learning, Military Training and Sports. Augment Hum Res 5, 7 (2020). https://doi.org/10.1007/s41133-019-0025-2

[8] 百度.7.7亿流量的VR+云旅游，是否是疫情下旅游业的转机[EB/OL].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1661015352917813871&wfr=spider&for=pc,2020-11-19.

[9] 徐振立.浅谈VR虚拟现实在我国的现状及发展趋势[J].计算机产品与流通,2020(01):157.

[10]ThevergeMay 3, 2017, 2:33pm EDTMicrosoft’s Kinect and HoloLens inventor thinks ‘the phone is already dead’