虚拟现实技术的概念

虚拟现实，又称虚拟实境或灵镜技术，来源于英文Virtual Reality（VR），是由美国VPL Reasearch公司创始人之一Jaron Lanier于1989年提出来的，距今已发展超过20年。在此期间，计算机技术、传感器技术、数字多媒体技术等相关领域的飞速发展，为虚拟现实技术从价格上步下神坛、从功能上接近科幻、从应用上走入家庭创造了必要的条件。VR技术、理论分析、科学实验已成为人类探索客观世界规律的三大手段。

虚拟现实的含义一般有广义和狭义之分。狭义的虚拟现实技术指一种智能的人机界面或高端的人机接口，用户可通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等看到彩色、立体的景象，听到虚拟环境中的声音，感受到虚拟环境反馈的作用力，由此产生一种身临其境的感觉；广义的虚拟现实技术是对虚拟景象或真实世界的模拟实现，通过电子技术模拟局部的客观世界，完美地再现使用者希望感受到的声、光、气、形等信息，并通过多种传感器接收使用者的多种反应，实现虚拟环境→用户反应→环境变化→用户感受的一系列人机交互过程，使用户沉浸在虚拟现实的环境中。

虚拟现实技术的发展可分为三个阶段：20世纪50年代到70年代，是VR技术的探索阶段，其标志是1962年莫顿·海利息研制的具有多种感官刺激的立体电影系统Sensorama，以及1965年美国科学家艾凡·萨瑟兰在《终极的显示》一文中首次提出的虚拟现实环境的理论；20世纪80年代初期到80年代中期，是VR技术系统化、实用化的阶段，该阶段的标志是美国国家航空航天局（NASA）及美国国防部组织的，基于火星探测的虚拟世界显示系统等VR技术研究工作；20世纪80年代末期到现今，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的实时动画制作成为可能，该阶段的标志性成果有利用VR设计的波音777客机等。

以上三个阶段不仅代表着计算机技术的飞速发展，而且体现了人与计算机的交互技术飞速发展，而人与计算机的交互方式，主要体现为人机交互界面。从计算机诞生至今，人机交互界面经历了命令行界面（Command Line Interface，CLI）、图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）以及多媒体界面（Multimedia Interface）这三个发展阶段。由以上三阶段可以看出，人机交互界面的发展方向是最大限度地提高人在使用过程中的舒适性、直观性以及感知信息的丰富性，而界面设计也逐步从简单的按钮控制向影随心动、即时反馈、高度拟真的方向发展。为适应目前和未来的计算机系统的要求，人机交互界面应能支持时变媒体（Time-varying Media），接受来自人的表情、语音、动作传播的信息并及时做出正确反应，从而实现立体的、即时反应的、容错性高且真实的交互理念。虚拟现实技术正是实现这一目的的重要途径，它为建立起方便、自然、直观的人与计算机的交互方式创造了非常好的条件。

虚拟现实技术的定义可归纳如下：虚拟现实技术是以计算机技术为核心的一系列相关技术的融合，它旨在营造一种集视觉、听觉和触觉等高度拟真感受于一体的虚拟环境。用户可以通过多种专用设备沉浸其中，并能以自然的方式与该虚拟环境进行交互。虚拟现实技术不仅可以让用户采用在真实世界中常用的自然技能，如眼看、耳听等对虚拟环境中的物体进行考察或操作，而且提供多种感官如视觉、听觉、嗅觉、触觉的拟真信息反馈。