伴隨著阿裡巴巴成立虛擬現實技術（VR）實驗室，暴風TV發布首款VR電視，華為公布其第一代VR眼鏡產品等，VR產業也拔地而起。可以預見，不久的將來，移動互聯網、大數據等信息技術的廣泛應用，將推動VR技術進一步發展。那麼所謂的虛擬現實技術，究竟是如何實現的呢？

1.軟件、硬件綜合應用的前沿學科

虛擬現實技術（VR）是創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統技術。也就是說，VR利用計算機生成一種模擬環境，利用多源信息融合的交互式三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。截至目前，世界上還沒有關於它的普遍適用的定義，但一般可以認為：它利用各種人機交互技術，為人類在現實空間之外創造了另一個盡可能真實的、互動的、身臨其境的虛幻世界，使人類可以漫游其中，體驗最真實的虛擬空間，不受任何限制地在自己的夢想裡散步。

VR已經廣泛應用於新媒體、航天、軍事、工程等各種尖端科技領域中，並將作為一種先進的技術手段更為廣泛地應用於我們的日常生活。由於虛擬現實在人機交互中使用的顯示器大多是頭盔式增強型隨身看顯示系統，所以，他是隨身看顯示系統最有前景的應用領域之一。用戶隻需戴上虛擬現實裝備，如頭盔、眼鏡等，就可以身臨其境地感受到設備中設置好的各種場景。

VR系統一般包括用戶控制系統，如人體運動監測、控制杆、鍵盤、鼠標等控制設備和視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等人類感覺方面的仿真反饋系統、處理系統，以及人類感知的信息顯示系統，即顯示器、音響、三維座椅等。其中，視覺、聽覺的控制和仿真是目前VR較為主要的發展方向，而頭盔式增強型隨身看顯示系統則是用戶使用的主要產品形式。

2.在計算機中預先構造虛擬空間

VR是依賴於大量的計算機軟件技術如人工智能、模式識別、圖形學、底層接口等技術和新型顯示技術、場傳感器技術、力量反饋系統、無線、有線通信等技術綜合應用的一門交叉學科。從本質上講，VR是對現實世界的再現和夢境的實現﹔從技術角度講，它是軟件、硬件領域的前沿技術綜合應用和面向對象的綜合技術開發。

VR可以使人們在頭戴一個頭盔式增強型隨身看系統的情況下，身臨其境體驗一次夢幻似的虛擬現實。其實，這些虛擬現實場景，就是使用復雜的軟件技術，預先在計算機中構造一個真正的虛擬空間，空間中的每一個點都具有Ｘ、Ｙ、Ｚ三個維度的坐標、色彩、法線、邏輯關系等眾多維度的信息，計算機再通過傳感器、操縱杆、鼠標等用戶輸入設備確定虛擬場景中人的位置，最后通過計算機將畫面再現到用戶眼前，從而創造出虛擬空間。

這樣的一系列工作如果能夠連貫起來，並且整個系統一個周期的運算時間小於人的視覺暫留時間，用戶就會在頭戴式增強型隨身看顯示系統的虛像顯示屏幕上擁有在虛擬現實世界中漫游的感覺了。VR就是創造一個虛擬的環境，讓你覺得這就是現實。通過這個虛構的現實來娛樂你、吸引你。

3.MR——突破虛擬與現實的界限

除了VR技術外，還有增強現實技術，即AR，如今全世界隻有20余家權威的公司在進行研究，谷歌的技術相對成熟，其目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界並進行互動。這種技術最早在1990年提出，隨著隨身電子產品運算能力的提升，預期其用途將會越來越廣。

從本質上來說，AR是數字媒體和真實世界之間的交互。AR的成像理念與VR沉浸式的成像體驗打造出了一種以全息投影現實為主的混合虛擬現實技術，即MR。在今年6月份舉行的微軟開發者峰會上，微軟首席執行官薩提亞·納德拉向人們強調了對其混合虛擬現實技術設備——Hololens的正確“打開”方式，這既不是VR頭盔，也不是AR眼鏡，這種混合虛擬現實設備是將計算機生成的3D虛擬物體全息投射到現實空間中，Hololens的佩戴者可以在現實空間中與3D虛擬動畫進行交互式操作，並觸發相應功能。這類MR設備的成像原理並不同於沉浸式的VR設備，它是將虛擬畫面投射到真實空間中，但所投射的全息3D圖像，其成像效果突破了虛擬與現實世界的界限。

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虛擬現實技術的研究和應用

美國國家航空航天局對這一技術研究的重點是對空間站操縱的實時仿真，他們大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。如對哈勃太空望遠鏡的仿真和“虛擬行星探索”的試驗計劃，這一項目能使“虛擬探索者”利用虛擬環境來考察遙遠的行星，第一個目標是火星。

美國北卡羅來納大學是進行虛擬現實技術研究最早、最著名的大學。他們的主要研究有分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。在顯示技術上，該所大學開發了一個幫助用戶在復雜視景中建立實時動態顯示的並行處理系統，叫作像素飛機。

麻省理工學院原先就是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術都是虛擬現實技術的基礎，1985年成立了媒體實驗室，進行虛擬環境的正規研究。

華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室在新概念的研究中起著領先作用，同時也在進行感覺、知覺、認知和運動控制能力的研究。他們將虛擬現實技術研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。例如，波音公司的V22運輸機就是先在實驗室中造出虛擬機后再投入生產的。

伊利諾斯州立大學研制出在車輛設計中，支持遠程協作的分布式虛擬現實技術系統。不同國家、不同地區的工程師們可以通過計算機網絡實時協作進行設計。在設計車輛的過程中，各種部件都可以共享一個虛擬環境，並且可以查看對方任何一個位置的視頻傳遞和相應的定位方向。在系統中採用了虛擬原型，從而減少了設計圖像和新產品進入市場的時間，這樣產品在生產之前就可以估算和測試，並且大大地提高了產品質量。

喬治梅森大學研制出一套在動態虛擬環境中的流體實時仿真系統。在一個分布交互式仿真系統中模擬真實世界復雜流體的物理特性，包括模擬正在穿過水面行駛的船、攪拌液體、混合不同顏色的液體、下雨對地形的影響等特性。（魏岳江）

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