虚拟现实技术的研究现状与发展方向

虚拟现实技术诞生于美国，最初是为了满足国防和航空航天的需要，随着计算机技术、传感器技术、信息处理技术，特别是图形显示技术的发展，虚拟现实技术已由单纯的娱乐与模拟训练向军事应用、城市规划、室内设计、文物保护、交通模拟、工业设计、医学研究、教育培训、科学计算可视化、虚拟现实游戏等不同领域发展。

美国对虚拟现实技术的研究一直处于世界领先水平，它是全球研究最早、研究范围最广的国家，其研究内容涵盖新概念发展、单项关键技术以及虚拟现实系统实用化等多个方向。欧洲的虚拟现实技术研究主要由欧共体的计划支持，其中，英国在分布式并行处理、辅助设备设计（触觉反馈设备等）、应用研究等方面都有不错的进展；德国Fh G-IGD图形研究所和德国计算机技术中心（GMD）主要从事包括虚拟世界的感知、控制和显示技术，机器人远程控制，宇航员训练等方向的研究工作。在亚洲，日本在大规模虚拟现实知识库、虚拟现实游戏、医学辅助手术、虚拟场景立体显示、机器人仿生设计等领域都达到世界领先水平。

我国对虚拟现实技术的研究始于20世纪90年代初，与世界先进发达国家相比起步较晚，技术上还存在一定差距。但近年来我国的虚拟现实技术一直受到国家的高度重视，已开始形成“国家项目扶持—先进技术引进—学校科学研究—企业快速应用”的可持续发展链条。我国“九五”规划、国家“863”计划、国家“973”项目等项目规划都将虚拟现实技术及其相关技术作为重点支持方向。国内各高校的重点实验室也针对该技术开展各项研究工作，其中，浙江大学、中科院软件所、清华大学、北京航空航天大学等联合申报的2002年度《国家重点基础研究发展计划》中的“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”，可作为国内高校联合研究的代表性课题；此外，北京理工大学的光电技术与信息系统实验室也在虚拟现实和增强现实等领域开展了大量研究工作，其代表作有圆明园的虚拟重建与实时渲染等。此外，我国的研究机构与企业还积极地引进国外先进技术并进行自主创新，从最初医院引入增强现实微创手术引导系统、内窥镜手术术中定位技术，到中视典自主开发虚拟现实平台Open VRP，我国已逐步走上产学研一条龙的发展路线。

从国内外的研究成果和应用方向来看，虚拟现实技术在目前及未来几年的主要方向如下：

1.感知研究领域

从目前虚拟现实技术的感知研究方面来说，视觉方向相对较为成熟，但传感器感知用户视线的能力需要进一步加强；听觉方面应进一步加强听觉模型的建立，提高虚拟立体声的效果；触觉方面应进一步引入合适的“感知输入”，目前计算机可以通过用户佩戴的力传感器（如“数据手套”）获知用户的用力情况，却仍无法为用户实现真实的“触摸感”，即虚拟世界能感知我们的动作，我们却无法真正触摸虚拟的世界。

2.人机交互界面

通过窗口来传达和显示信息的图像形式的用户界面，过于依赖用户视觉识别和手动控制；而多媒体形式的用户界面可综合动画、音频、视频等表现形式的优点，极大地提高了人对信息的识别能力和选择范围。如何实现人与机器之间自然地、无障碍地、智能地交流，将是今后研究的重点。

3.虚拟现实软件和算法

虚拟现实环境的真实性与渲染速度的实时性依赖于工具软件的有效性，因此，满足虚拟现实技术建模要求的新一代工具软件及算法、复杂场景的快速绘制及分布式虚拟现实技术的研制是今后研究的重点。

4.虚拟现实硬件系统

由谷歌眼镜的高调宣传和低调市场业绩可以看出，基于虚拟现实技术的硬件系统的高昂价格，是影响其投入应用的“瓶颈”。虚拟现实硬件设备应朝着输入/输出设备低价、高效的方向发展，其中力反馈技术、实用跟踪技术等是今后发展的重点。

5.智能虚拟环境

智能虚拟环境是虚拟环境、人工智能、人工生命技术的结合，它涉及计算机图形、传感器、多目标信息融合、虚拟环境、人工智能与人工生命等一系列相关技术。以上技术的研究将有助于开发“境随心动”的新型智能虚拟环境。