虛擬現(xiàn)實(shí)簡稱，是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

VR思想的起源
可追溯到1965年會議上的《終極的顯示》報告，一詞是80年代初美國公司的創(chuàng)建人之一T Jaron Lanier提出來的。系統(tǒng)在若干領(lǐng)域的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了它在90年代的興起。虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計(jì)算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)等相關(guān)。

總的來說，實(shí)物虛化、虛物實(shí)化和高性能的計(jì)算處理技術(shù)是技術(shù)的3個主要方面。實(shí)物虛化是現(xiàn)實(shí)世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶操作的檢測和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術(shù)：

基本模型構(gòu)建技術(shù)。它是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實(shí)世界的對象物體在相應(yīng)的虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時情況會有所不同，或?qū)庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行建模生成虛擬環(huán)境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。空間跟蹤技術(shù)。主要是通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等常用的交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在虛擬環(huán)境中的位置和方向。聲音跟蹤技術(shù)：利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。視覺跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)。使用從視頻攝像機(jī)到平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計(jì)算被跟蹤對象的位置和方向。

虛物實(shí)化是指確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)。能否讓參與者產(chǎn)生沉浸感的關(guān)鍵因素除了視覺和聽覺感知外，還有用戶能否在操縱虛擬物體的同時，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺和力覺感知。力覺感知主要由計(jì)算機(jī)通過力反饋手套、力反饋操縱桿對手指產(chǎn)生運(yùn)動阻尼從而使用戶感受到作用力的方向和大小。觸覺反饋主要是基于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經(jīng)、肌肉模擬等方法來實(shí)現(xiàn)的。

高性能計(jì)算處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實(shí)時、逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)；多維信息數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫的生成；包括命令識別、語音識別，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內(nèi)的模式識別；分布式與并行計(jì)算，以及高速、大規(guī)模的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

然而，不能把虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬仿真混淆，兩者是有一定區(qū)別的。概括地說，虛擬現(xiàn)實(shí)是模擬仿真在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計(jì)算的例子來說明這個問題。在構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺應(yīng)用過程中，經(jīng)常會有由燃燒源產(chǎn)生的連續(xù)變化的煙塵干擾環(huán)境能見度的計(jì)算，從而影響環(huán)境的視覺效果、仿真實(shí)體的運(yùn)行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見度計(jì)算，仿真平臺強(qiáng)調(diào)煙塵的準(zhǔn)確物理模型、干擾后的能見度精確計(jì)算以及對仿真實(shí)體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細(xì)致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見度計(jì)算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運(yùn)動的客觀規(guī)律，計(jì)算影響仿真結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實(shí)時運(yùn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
分布式虛擬現(xiàn)實(shí)可以看作是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到同一個真實(shí)環(huán)境中，通過姿勢、聲音或文字等在一起進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或進(jìn)行同一任務(wù)的演練。

目前，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究基于兩類網(wǎng)絡(luò)平臺。一是在Internet上，可追溯到早期基于文本的多參與者游戲，還有基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購物等。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言是一種可以發(fā)布3D網(wǎng)頁的跨平臺語言，可提供一種更自然的體驗(yàn)方式，包括交互性、動態(tài)效果、延續(xù)性以及用戶的參與探索。

另一類則是在高速專用網(wǎng)上，如采用技術(shù)的美國軍方的國防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境則是1983年美國陸軍制定的虛擬環(huán)境研究計(jì)劃，這一計(jì)劃將分散在不同地點(diǎn)的地面坦克、車輛仿真器通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的訓(xùn)練和作戰(zhàn)演練。從1994年開始，美國陸軍與美國大西洋司令部聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭綜合演練場的研究，建成了一個包括海陸空多兵種、有3700多個仿真實(shí)體參與的地域范圍覆蓋500公里×750公里的軍事演練環(huán)境。

我國的虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)況
VR技術(shù)是一項(xiàng)投資大、具有高難度的科技領(lǐng)域，和一些發(fā)達(dá)國家相比，我國還有一定的差距，但已引起我國政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。“九五”攻關(guān)計(jì)劃、國家863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金會等都把VR技術(shù)的研究列入了資助范圍。我國軍方對VR技術(shù)的發(fā)展關(guān)注較早，而且支持研究開發(fā)的力度也越來越大。

我們國內(nèi)的一些院校和科研單位，陸續(xù)開展了UR技術(shù)的研究，而且可喜的是，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或正在研制的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也有不少。像北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室集成的分布式虛擬環(huán)境；浙江大學(xué)心理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的虛擬故宮、CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出桌面虛擬建筑環(huán)境實(shí)時漫游系統(tǒng)；清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系對虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場感方面進(jìn)行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗(yàn)等方面都具有不少獨(dú)特的方法；另外，西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所、上海交通大學(xué)等單位也進(jìn)行了不同領(lǐng)域、不同方面的UR技術(shù)研究工作，并取得了一批研究成果。

下面是北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化技術(shù)研究室的專家對他們的VR研究成果所做的介紹
 北航計(jì)算機(jī)系虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室在國家863計(jì)劃支持下，作為集成單位，與國防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所和解放軍測繪學(xué)院等單位一起建立了一個用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究和應(yīng)用的分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個專用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及支持分布式虛擬環(huán)境研究與應(yīng)用的各種標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)工具和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)（如三維逼真地形）組成。基于DVENET，一個分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境被成功開發(fā)出來。目前，應(yīng)用DVENET，可以實(shí)現(xiàn)包含遠(yuǎn)程的數(shù)十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進(jìn)行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥殹⒀萑藛T（即用戶）可以通過不同的交互方式控制真實(shí)的或虛擬的武器仿真平臺在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行異地協(xié)同與對抗戰(zhàn)術(shù)演練。總體上說，DVENET的技術(shù)水平已接近美國的STOW。

除了DVENET以外，VR技術(shù)還向民用領(lǐng)域推廣。“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”就是給中國科學(xué)技術(shù)館研制的，用戶可以駕駛虛擬直升機(jī)飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體驗(yàn)VR的魅力；我們還給房地產(chǎn)公司開發(fā)了室內(nèi)外漫游系統(tǒng)，用戶可以在虛擬房屋中漫游審視，以決定是否訂購這種擬建房產(chǎn)。

總的來說，虛擬現(xiàn)實(shí)是一個充滿活力、具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍存在許多有待解決與突破的問題。為了提高VR系統(tǒng)的交互性、逼真性和沉浸感，在新型傳感和感知機(jī)理、幾何與物理建模新方法、高性能計(jì)算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學(xué)、社會學(xué)等方面都有許多具有挑戰(zhàn)性的問題有待解決。但是我們堅(jiān)信在這一高新技術(shù)領(lǐng)域我國肯定會有所作為的。