摘要：最近备受关注的VR技术是什么？虚拟现实技术是一种能够创造和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成仿真环境，是多源信息融合的三维动态场景和实体行为的交互系统仿真，让用户沉浸在环境中。

【VR技术】虚拟现实的关键技术是什么？

什么是VR技术？

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向。它是仿真技术、计算机图形人机界面技术、多媒体技术、传感器技术、网络技术等技术的集合。它是一个具有挑战性的跨学科前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)包括模拟环境、感知、自然技能和传感器设置等。仿真环境是由计算机生成的实时动态三维真实感图像。感知意味着理想的VR应该有每个人都有的感知。除了计算机图形技术产生的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、力量感知、运动感知，甚至嗅觉和味觉感知，也称为多重感知。自然技能指的是人类的头部旋转、眼睛、手势或其他人类行为。计算机处理适合参与者动作的数据，实时响应用户的输入，并分别反馈给用户的五官。传感装置是指三维交互装置。

虚拟现实的关键技术

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时3D计算机图形技术、广角(宽视场)立体显示技术、观察者头、眼、手的跟踪技术、触觉/力反馈、立体、网络传输、语音输入输出技术等。这些技术将在下面单独解释。

实时计算机图形学

相比之下，使用计算机模型生成图形和图像并不太困难。如果有足够精确的模型和足够的时间，我们可以在不同的光照条件下生成各种物体的精确图像，但这里的关键是实时性。比如在飞行模拟系统中，图像刷新非常重要，图像质量也很高。加上非常复杂的虚拟环境，这个问题变得相当困难。

显示

当人们看着周围的世界时，由于眼睛的位置不同，他们得到的图像也略有不同。当这些图像融合在他们的脑海中时，他们形成了一个关于他们周围世界的整体画面，其中包括距离的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，如眼睛焦距的距离、物体大小的比较等。

双目立体视觉在虚拟现实系统中起着重要的作用。用户眼睛看到的不同图像被分别生成并显示在不同的显示器上。有些系统使用单一显示器，但用户戴上特殊眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧，另一只眼睛只能看到偶数帧。奇数帧和偶数帧之间的差异，即视差，会产生立体感。

对用户(头部和眼睛)的跟踪：在人工环境中，每个物体都有相对于系统坐标系的位置和姿态，用户也是如此。用户看到的场景由用户的位置和头部(眼睛)的方向决定。

跟踪头部运动的虚拟现实头盔：在传统的计算机图形技术中，视野的变化是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的。通过使用头部跟踪来改变图像的视角，可以连接用户的视觉系统和运动感知系统，感觉更加逼真。另一个优点是用户不仅可以通过双目立体视觉了解环境，还可以通过头部动作观察环境。

在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但它们并不适合三维空间。由于三维空间有六个自由度，我们很难找到更直观的方法将鼠标的平面运动映射到三维空间的任何运动。现在，有一些设备可以提供六个自由度，如3空间数字化仪和SpaceBall空间球。其他性能优秀的设备还有数据手套和数据服。

声音

人们可以很好地判断声源的方向。在水平方向，我们通过声音的相位差和强度的差异来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离是不同的。普通的立体声效果是通过左右耳听到不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有方向感。在现实生活中，当头部转动时，你听到的声音方向会发生变化。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

感觉反馈

在虚拟现实系统中，用户可以看到一个虚拟杯子。你可以试着抓住它，但你的手并没有真正接触到杯子，它可能会穿过虚拟杯子的“表面”，这在现实生活中是不可能的。解决这个问题的常用装置是在手套内层安装一些振动触点来模拟触觉。

语音

在虚拟现实系统中，语音的输入和输出也非常重要。这就要求虚拟环境能够理解人的语言，与人实时互动。然而，计算机识别人类语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号都有其“多边性”和复杂性。比如连续发音的单词之间没有明显的停顿，同一个单词和同一个单词的发音受前后单词的影响，所以不仅不同的人说同一个单词会有不同的发音，而且同一个人也会发音。

　　使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题， 计算机 理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

　　虚拟现实技术特点

　　VR 艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术：形而上的终极再创造》一文中，关于 VR 艺术有如下的定义：“以虚拟现实( VR )、增强现实( AR )等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式，我们称之为虚拟现实艺术，简称 VR 艺术。该艺术形式的主要特点是超文本性和交互性。”

　　“作为现代科技前沿的综合体现， VR 艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是 VR 艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说， VR 艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

　　艺术家通过对 VR 、 AR 等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的艺术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。如具有 VR 性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性;也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像;通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、 360 度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。”