虛擬現(xiàn)實(shí) (VR ： VirtualReality) 技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代未 90 年代初崛起的一種實(shí)用技術(shù)， VR 技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)。 VR 技術(shù)被稱為是放大人類智慧的新工具， 90 年代最重要的思想之一，以及是未來的計(jì)算機(jī)，即 VR 計(jì)算機(jī)，和創(chuàng)造巨大財(cái)富的產(chǎn)業(yè)等等。

　它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成三維信息的人工環(huán)境 —— 虛擬環(huán)境。是可實(shí)現(xiàn)的和不可實(shí)現(xiàn)的物理上的、功能上的事物和環(huán)境。用戶投入到這種環(huán)境中，即可與之交互作用。 VR 已在娛樂、醫(yī)療、工程與建筑、教育與培訓(xùn)、軍事、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，它將是 21 世紀(jì)廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)。

　VR 技術(shù)是一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、并行實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)、人工智能、仿真技術(shù)等多種學(xué)科而發(fā)展起來的近年來發(fā)展較快且較活躍的最新技術(shù)。 VR 技術(shù)以模擬方式為使用者創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖像世界 , 在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗(yàn)中 , 使參與者可以直接參與和探索虛擬對(duì)象在所處環(huán)境中的作用和變化 , 仿佛置身于一個(gè)虛擬的世界中，產(chǎn)生沉浸感。

　VR 技術(shù)追求的是將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)從一種需要人用鍵盤、鼠標(biāo)對(duì)其進(jìn)行操作的設(shè)備變成了人處于計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的人工環(huán)境中 , 通過感官、語(yǔ)言、手勢(shì)等比較“自然”的方式進(jìn)行“交互、對(duì)話”的系統(tǒng)和環(huán)境。它將從根本上改變目前讓人去適應(yīng)計(jì)算機(jī)的不友善的局面，而變成讓計(jì)算機(jī)來適應(yīng)人的一種新體制，從而使人不需要經(jīng)過專門訓(xùn)練就可在不知不覺中使用計(jì)算機(jī)，大大擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)滲透到人們工作、學(xué)習(xí)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。正是這個(gè)特點(diǎn)，有人把 VR 技術(shù)稱為 21 世紀(jì)的一種技術(shù)。

　VR 技術(shù)有 3 個(gè)重要的特征： (1) 沉浸感 (Immension) ：要求計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能使操作者有 “ 身臨其境 ” 的感覺，就像現(xiàn)實(shí)世界一樣。使操作人員相信在虛擬境界中人也是確實(shí)存在的 , 而且在操作過程中他可以自始至終地發(fā)揮作用，就像真正的客觀現(xiàn)實(shí)世界一樣。 (2) 交互性 (Interactivity) ：操作者與虛擬環(huán)境中所遇到的各種對(duì)象的相互作用的能力，操作者不再是被動(dòng)接收信息，用戶是交互作用的主體，與虛擬物體可進(jìn)行多行為的交談。 (3) 構(gòu)想 (Imagination) ：可使操作者沉浸于定性和定量的環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。所以， VR 技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是一種身臨其境的方式。

　VR 的技術(shù)特征： (1) 多感知性：除 PC 所具有的視覺感知外，還有聽覺、力覺、觸覺和運(yùn)動(dòng)感知，理想的 VR 應(yīng)該具有人所具有的感知功能。 (2) 存在性：操作者感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度，理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到操作者難以分辨真假的程度。 (3) 交互性：操作者對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從模擬環(huán)境中得到反饋的自然程度（包括：實(shí)時(shí)性）。 (4) 自主性：虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。

　VR 是 80 年代末期一些先進(jìn)國(guó)家發(fā)展起來的技術(shù)，它采用了電子工業(yè)百年來的研究成果，并隨著它們的技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。本世紀(jì)末，專業(yè) VR 技術(shù)硬、軟件技術(shù)競(jìng)相登臺(tái)。從目前總體水平看， VR 技術(shù)正走向?qū)嵱?，已有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

　近幾年， VR 各個(gè)方面都得到了發(fā)展，并在多個(gè)領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。

房間型 （ cave ）虛擬仿真系統(tǒng)－－全沉浸式

幕墻型 （ wall ）虛擬仿真系統(tǒng)－－（平面和弧型柱面）

桌面型 （ desk ）虛擬仿真系統(tǒng)

　VR 系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)部分。

   1〕虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件

　為了實(shí)現(xiàn)身臨其境的交互環(huán)境，要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)的三維計(jì)算機(jī)圖形，大視角的立體顯示，頭部跟蹤，手及姿勢(shì)跟蹤，三維聲音，以及觸覺反饋和力反饋等。為了達(dá)到上述技術(shù)要求，目前已經(jīng)開發(fā)出滿足上述要求的 VR 裝置，在視覺方面有：立體眼鏡、頭盔式立體顯示器等，在聽覺方面有：三維聲音產(chǎn)生器等，在力覺、觸覺等方面有：數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭跟蹤器、手跟蹤器及姿勢(shì)跟蹤器，以及一些語(yǔ)音識(shí)別、眼球運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等裝置，在未來還會(huì)開發(fā)出味覺、嗅覺系統(tǒng)，那時(shí)， VR 將更加真實(shí)， VR 技術(shù)也會(huì)更加先進(jìn)。

　VR 系統(tǒng)的硬件從功能上可分成 5 個(gè)部分：

(1) 計(jì)算機(jī) ：是硬件的核心，用于完成虛擬世界中物體的模擬計(jì)算 , 構(gòu)成虛擬世界 。為了達(dá)到逼真的效果，要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的性能，這對(duì) VR 系統(tǒng)一個(gè)非常重要的。從目前來看 , 可選的計(jì)算機(jī)設(shè)備有 超級(jí)圖形工作站和 由 PC 機(jī)組成的分布式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　對(duì)大型 VR 應(yīng)用系統(tǒng) , 低性能的計(jì)算機(jī)難以滿足實(shí)時(shí)要求 , 必須具有較高圖形性能的工作站。對(duì)大型 VR 應(yīng)用系統(tǒng)而言，由于 VR 的實(shí)時(shí)性要求，低性能的計(jì)算機(jī)難以滿足實(shí)時(shí)要求，一般以較高圖形性能的工作站為主，國(guó)外有許多可用于 VR 的工作站，其中最值得一提的是 SGI 公司的圖形工作站。該公司為 VR 系統(tǒng)提供了一系列最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，總部設(shè)在美國(guó)加州山景城。 SGI 圖形平臺(tái)被認(rèn)為是構(gòu)成 VR 系統(tǒng)的最佳選擇 , 其性能價(jià)格比高。其中 Origin 服務(wù)器多達(dá) 128 個(gè) MIPSR1000064 位 CPU ，以致人們一談到 VR 就談到 SGI ，一談到 SGI 就意味著 VR 技術(shù)。從價(jià)格便宜的 RealityStation 到 OpwerOnyx 超高速圖形系統(tǒng)。 RealityStation 的 RealityEngine 圖形系統(tǒng)是性能價(jià)格較合適的開發(fā)平臺(tái)， Onyx 是其系列產(chǎn)品中的核心產(chǎn)品，它是圖形體系結(jié)構(gòu)中具有最先進(jìn)的多處理器的產(chǎn)品，在 Unix 環(huán)境下，具有靈活、開放的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

　為使 VR 系統(tǒng)達(dá)到高性能的效果，常需要高性能的工作站和昂貴的 VR 設(shè)備，使經(jīng)費(fèi)問題成為 VR 研究的主要障礙。目前 PC 機(jī)的性能與工作站的距離已大大縮小，面向 PC 的多媒體技術(shù)飛速發(fā)展，使得中低檔 VR 應(yīng)用落戶 PC 成為了可能。由于 PC 性能價(jià)格比不斷提高，為 VR 在 PC 平臺(tái)上的普及提供了機(jī)遇。特別是在國(guó)內(nèi) , 開發(fā) PC 平臺(tái)的 VR 應(yīng)用更具有推廣價(jià)值。利用 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn) VR ，一般具 5 個(gè)特點(diǎn)：①在個(gè)人機(jī)上實(shí)現(xiàn) “ 臨境 ” 感；②利用 DVI 技術(shù)，可獲得實(shí)時(shí)加紋理的三維圖像；③易于進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)作業(yè)；④可支持人機(jī)接口用的硬件；⑤三維數(shù)據(jù)支持 DCX 文件。這些特點(diǎn)，可使 VR 應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)更為簡(jiǎn)便。利用 PC 機(jī)資源，是使 VR 大眾化、家庭化的必由之路。雖然，復(fù)雜的 VR 應(yīng)用系統(tǒng)建立在高性能的圖形平臺(tái)上，但對(duì)于象藝術(shù)和教育這類非實(shí)時(shí)的應(yīng)用，基于 PC 的低檔桌面系統(tǒng)還是可行的。

(2) 顯示設(shè)備 ：顯示設(shè)備用以產(chǎn)生視覺效果。顯示設(shè)備和普通計(jì)算機(jī)屏幕顯示不同， VR 系統(tǒng)要求提供大視野顯示，雙眼立體顯示，而且要求高刷新速度、高分辨率。從視覺效果來講， 要滿足實(shí)時(shí)性，圖像刷新速度至少 15 幀 /s ； 20 幀 /s 的圖像刷新速度，就使人能感覺到圖像是連續(xù)的，但還會(huì)有抖動(dòng)。長(zhǎng)時(shí)間觀察，就會(huì)使人頭暈眼花，要想與我們?nèi)粘Ｋ娤嗤?，圖像刷新速度必須要有 30 幀 /s 。而雙眼有一個(gè)立體視差，是由兩幀圖像組成的；因此 , 送到顯示設(shè)備的圖像速率為 60 幀 /s 才會(huì)有很好的效果。

(3) 頭部和手部跟蹤設(shè)備 ：頭部跟蹤設(shè)備用于跟蹤操作者頭部的位置和方向，以動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生虛擬世界中人所“看到”的圖像，模擬人在虛擬世界中的運(yùn)動(dòng)，它是 VR 系統(tǒng)中獨(dú)有的、不可缺少的設(shè)備。手部跟蹤設(shè)備和頭部跟蹤類似，用以得到手掌的位置和方向。

(4) 手操作數(shù)字化設(shè)備 ：用手作為和計(jì)算機(jī)交互的主要手段來代替鍵盤、鼠標(biāo)是 VR 的一項(xiàng)重大突破，它的作用是將手操作的結(jié)果進(jìn)行數(shù)字量化。目前比較成熟的數(shù)字化設(shè)備有數(shù)據(jù)手套、外管架設(shè)備、控制手套、搖桿、三維鼠標(biāo)、空間球、指揮棒等設(shè)備。

(5) 其它感官設(shè)備 ：除視覺設(shè)備外，近年來也開始發(fā)展聽覺 ( 聲音和語(yǔ)言 ) 、觸覺、力覺設(shè)備等。

2〕虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的軟件

　在 VR 系統(tǒng)中，硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心。尤其是像 VR 這種以三維圖形為主的復(fù)雜系統(tǒng) , 如果一切都從基礎(chǔ)工作做起，其軟件的工作量大到不可思議，而且也無此必要。利用現(xiàn)有開發(fā)平臺(tái)可以大大提高效率。目前， VR 應(yīng)用系統(tǒng)的常用開發(fā)軟件有； (1) WTK(WorldToolKit) ： 由美國(guó) Sense8 公司開發(fā)， WTK 不依賴硬件環(huán)境，適用包括 PC 機(jī)在內(nèi)的各類硬件平臺(tái)： WorldToolKit-Windows: Windows 3.1 或 NT ； WorldToolKit-SGI ： IRIX 。 (2) MultiGen 和 Vega ： 由美國(guó) MultiGen-Paradigm 公司開發(fā)，是非常成熟和出色的三維建模軟件和實(shí)時(shí)仿真軟件，用于三維視覺數(shù)據(jù)的建立和編輯，以及視景仿真。 MultiGen 系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)可以滿足用戶不同應(yīng)用的要求，它的數(shù)據(jù)庫(kù)格式 Openflight 已成為飛行模擬領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，也為 VR 系統(tǒng)廣泛采用。 (3) PerFormer ： 由 SGI 公司開發(fā)，該軟件有 SGI 的圖形工作站技術(shù)作堅(jiān)強(qiáng)后盾，對(duì)其 SGI 的多 CPU 系統(tǒng)有最充分的利用和支持。故有很好的 VR 性能，其系統(tǒng)可產(chǎn)生 60 幀 /s 的圖像速度，對(duì)于缺幀圖貼有很好的平滑算法。（ 4 ）還有 OpenGL ， VRML ， 3DS MAX ， Maya ， Photoshop ， Eai 等用于應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

　九十年代的 VR 技術(shù)雖然發(fā)展較晚，但它在許多領(lǐng)域取得了舉世矚目的成果。 VR 以其卓越而自然的人機(jī)交互方式、身臨其境的非凡感受、沖擊傳統(tǒng)的思維模式而成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的熱門話題。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)圖形加速能力、浮點(diǎn)計(jì)算能力、實(shí)時(shí)分布處理能力、 3D 音效能力的大幅度提高以及傳感器和顯示器技術(shù)的飛速發(fā)展， VR 系統(tǒng)和設(shè)備開始走向成熟，從而觸發(fā)了除國(guó)防訓(xùn)練、軍事模擬以外的教育、醫(yī)療、娛樂、科技、制造、旅游、城市規(guī)劃、建筑和商業(yè)等一系列領(lǐng)域中的應(yīng)用。

　以下是 VR 技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中的一些方面：

1) 遠(yuǎn)程教育與教學(xué)培訓(xùn)

　VR 技術(shù)用于教育是一種非常有意義的潛在市場(chǎng)，利用 VR 將實(shí)際過程與理論分析合二為一的課程教育是一個(gè)新的教學(xué)形式。國(guó)內(nèi)外一些高等院校成功開發(fā)了基于集成聲音、圖像及其他多媒體技術(shù)的三維空間的遠(yuǎn)程教育中心，它制造了一個(gè)完全立體化的模型，虛擬出真實(shí)的校園環(huán)境，用戶進(jìn)入教育中心如同進(jìn)入真正的學(xué)校一樣，可以進(jìn)行提問、考試等，進(jìn)行實(shí)時(shí)教學(xué)和交流。

　例如，美國(guó)懷俄明州的卡斯帕的一些中學(xué)生，有幸從 1993 年開始試驗(yàn)用這種技術(shù)進(jìn)行上課。每個(gè)學(xué)生都有一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)、特殊的頭盔眼鏡、數(shù)據(jù)手套和操縱桿。學(xué)生可以用 VR 技術(shù)在太陽(yáng)系里飛行，也可以進(jìn)入人體內(nèi)的細(xì)胞里，可以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以沿尼羅河漂流而下，也可以建造一座早期的城堡。用 VR 技術(shù)學(xué)習(xí)既生動(dòng)又有趣。

　世界著名的摩托羅拉公司，有一種為期 3 天的高級(jí)培訓(xùn)課程。這種課程是用來教會(huì)在世界各地的公司成員怎樣操縱機(jī)器人裝配線的。該公司只有三家工廠有這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。過去培訓(xùn)，公司成員必須長(zhǎng)途跋涉去到這三家工廠的某一實(shí)驗(yàn)室接受訓(xùn)練。但從 1994 年開始，這個(gè)公司尋求用 VR 技術(shù)制造裝配線的模型。學(xué)員在啟動(dòng)、運(yùn)行、關(guān)閉裝配系統(tǒng)的虛擬模型中，可以聽到像從真實(shí)系統(tǒng)發(fā)出的響聲，從顯示器上可看見與真實(shí)系統(tǒng)一樣的動(dòng)作反應(yīng)。用裝配線的虛擬模型，就可對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)。

　實(shí)踐證明，使用虛擬模型培訓(xùn)學(xué)員，效果并不差。用虛擬模型進(jìn)行培訓(xùn)有兩點(diǎn)好處：一是 VR 實(shí)驗(yàn)用的裝配線模型比真實(shí)的裝配線便宜（只有 3 ～ 10 萬美元），并且可以很方便地運(yùn)到任何地方去；二是當(dāng)真正的裝配線上的機(jī)械設(shè)備變更或改進(jìn)時(shí)， VR 實(shí)驗(yàn)室的模型很容易得到及時(shí)的更新。如果用真實(shí)的裝配線實(shí)驗(yàn)設(shè)備，想要更新，就不那么容易了。

　VR 可以模擬一些特殊環(huán)境，用來訓(xùn)練飛行員、汽車駕駛員、運(yùn)動(dòng)員等等。用 VR 駕車系統(tǒng)，可以虛擬出行車中出現(xiàn)的各種緊急情況，這些情況和真實(shí)駕車所遇到的情況完全一樣，十分逼真。若是學(xué)習(xí)駕駛的人處理不當(dāng)，也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，只不過再多練幾遍而已?，F(xiàn)在，在飛行仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中也越來越多地采用 VR 技術(shù)。

　東京一家公司開發(fā)的滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)，是典型的 VR 系統(tǒng)。當(dāng)你戴上頭盔顯示器，穿上滑雪鞋，站到由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的金屬板上，就可滑雪了，在你的頭盔顯示器里就顯示出高山雪道和斜坡石崖。當(dāng)你手持滑雪桿，向下滑去，腳下的金屬板在驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下，模擬人從高山上滑下來的過程以及撞擊情況。你站在金屬板上，身體的感覺就是順雪道飛馳而下，頭盔里可以看到皚皚白雪從你身邊掠過，前面的山崖向你沖來 ……

　英國(guó)一家公司開發(fā)出一種 VR 模擬器，你的頭戴上頭盔，站在模擬器上，用身體動(dòng)作控制模擬器運(yùn)動(dòng)，模擬器在計(jì)算機(jī)和自動(dòng)系統(tǒng)控制下，對(duì)人腳部力量作出反應(yīng)。它的運(yùn)動(dòng)，使你好似坐在魔毯上，好似在滑雪，又好似在沖浪。用它可以訓(xùn)練你去學(xué)滑雪，學(xué)沖浪。

2) 商業(yè)

　現(xiàn)實(shí)生活中，我們所看到的電視畫面以及社會(huì)大力推行的網(wǎng)上遠(yuǎn)程購(gòu)物等，通常商家只是把所售與推薦的商品的圖片，加以掃描，以平面的形式貼在網(wǎng)上，顧客遠(yuǎn)程所看到的只是平面的、單一的商品畫面與真?zhèn)坞y辯的文字介紹，而無法了解商品各個(gè)點(diǎn)面的具體特和內(nèi)質(zhì)。

　對(duì)于那些期望與客戶建立直接聯(lián)系的公司，尤其是那些在他們的主頁(yè)上向客戶發(fā)送電子廣告的公司， VR 技術(shù)具有特別的吸引力。 VR 技術(shù)有可能讓顧客購(gòu)買商品的感覺最好。百事可樂公司在自己的網(wǎng)站上創(chuàng)建一個(gè)廣告畫面：火星探測(cè)器在火星表面走動(dòng)且發(fā)現(xiàn)了一瓶百事可樂。美國(guó) Construct 公司最近完成了一個(gè) VR 項(xiàng)目，目的是展示 VR 技術(shù)作為一個(gè)故事片媒介的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用 VR ，可以創(chuàng)造出逼真的虛擬世界，與三維動(dòng)畫不同的是， VR 是互交的，畫面跟隨著著用戶的操作而改變，特別適合于制作城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)演示節(jié)目，用戶和觀眾能達(dá)到身臨其境的逼真境界。

3) 休閑和藝術(shù)、娛樂消遣

　休閑和娛樂領(lǐng)域是 VR 技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，也是 VR 技術(shù)的一個(gè)巨大市場(chǎng)。利用 VR 技術(shù)度過休閑時(shí)光，到虛擬世界中去游玩一番，是別有風(fēng)趣的。但卻沒有一絲一毫的危險(xiǎn)。它能提供良好的多人之間的交互功能，提供更加逼真的虛擬環(huán)境，從而使人們能夠享受其中的樂趣，帶來美好的娛樂感覺。 VR 技術(shù)目前正朝著實(shí)時(shí)通信、大規(guī)模用戶交互的方向發(fā)展。世界一些著名的娛樂城已建成 VR 娛樂中心，在這個(gè)環(huán)境中許多神話都已變成“現(xiàn)實(shí)”。

　例如，有一種賽車系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)和一系列裝置構(gòu)成的。它能構(gòu)造出駕駛方程式賽車的虛擬環(huán)境，這個(gè)環(huán)境和真實(shí)的幾乎完全一樣。游戲有三條賽車道和三輛賽車。你可以選用初學(xué)者的賽車，也可選用 58.8 千瓦的高級(jí)賽車。啟動(dòng)后，你可以加速、自動(dòng)換擋、開出公路、揚(yáng)起灰塵、緊急調(diào)頭、自動(dòng)剎車，甚至使用平行滑動(dòng)等高難動(dòng)作，駕駛不好甚至發(fā)生翻車事故都沒有關(guān)系，是有驚無險(xiǎn)。

　你可以利用 VR 技術(shù)，坐在家里或坐在游戲廳內(nèi)去到旅游景點(diǎn)游覽一番。美國(guó)一家工程公司研制出一種打高爾夫球的 VR 模擬器。在很大的房間內(nèi)，懸掛一個(gè)有彈性的尼龍屏幕，你在室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)的高爾夫球桿和真正的球，進(jìn)行打球活動(dòng)，只要你從球座上發(fā)球后，球飛出碰到屏幕便掉在你的房間地板上。這時(shí)屏幕上可以顯示出球在真實(shí)球場(chǎng)的上空飛行的狀況。這是因?yàn)?，由傳感器、紅外線發(fā)射器、電子跟蹤系統(tǒng)確定出球的飛行情況，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出球繼續(xù)飛行的路徑，并確定出是左曲球還是右曲球，于是在屏幕上顯示出球的飛行過程。這種虛擬的室內(nèi)打高爾夫球模擬器，可以模擬 16 個(gè)著名高爾夫球場(chǎng)的實(shí)況，打 18 個(gè)洞的高爾夫球。

　先進(jìn)的 VR 娛樂就更有趣了。例如，美國(guó)芝加哥有一個(gè) VR 娛樂廳，叫 “ 戰(zhàn)技中心 ” 。它是世界上第一個(gè)大規(guī)模 VR 娛樂系統(tǒng)，有一個(gè)座艙，前方有一個(gè)屏幕。可以從上面看到戰(zhàn)斗場(chǎng)景。下方有個(gè)副屏幕，從它的上面可看到損傷情況。主屏幕的兩側(cè)顯示武器的狀態(tài)和選擇：，左邊的操縱桿控制武器動(dòng)作，右邊的調(diào)整開關(guān)可以控制速度。 “ 戰(zhàn)斗機(jī)器 ” 是這個(gè)娛樂系統(tǒng)的 “ 主要人物 ” ，是一個(gè)超級(jí)機(jī)器人。它是一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)動(dòng)者，假設(shè)這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生在一千多年以后。用腳去踏腳踏板，就使 “ 戰(zhàn)斗機(jī)器模擬器 ” 開始工作，于是模仿一千多年以后的戰(zhàn)爭(zhēng)就開始了。

　人們排長(zhǎng)隊(duì)買票去玩這種 VR 娛樂，去進(jìn)行戰(zhàn)斗游戲：玩的人在座艙內(nèi)，利用艙內(nèi)的設(shè)備，在星球間飛行，飛行中要保護(hù)自己，防止巨型坦克的襲擊，并用激光槍展開射擊競(jìng)賽，或低頭彎腰，扭身拐行，躲開史前翼身龍的攻擊。虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)游戲受到人們歡迎；，日本橫濱的 “ 戰(zhàn)技中心 ” 是有 32 個(gè)座艙的大系統(tǒng)，比芝加哥的 “ 戰(zhàn)枝中心 ” 座艙要多一倍。將來有可能開設(shè)更多新的 “ 戰(zhàn)技中心 ” ，并且各個(gè)中心根互聯(lián)網(wǎng)，使得各國(guó)的游戲隊(duì)可以進(jìn)行國(guó)際性的比賽呢。

4) 建筑規(guī)劃與城市規(guī)劃

　利用 VR 技術(shù)進(jìn)行建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)計(jì)階段就能以可視的、動(dòng)態(tài)的方式全方位展示建筑物所處的地理環(huán)境、建筑物外貌和各種附屬設(shè)施，可以讓設(shè)計(jì)人員在虛擬建筑物內(nèi)漫游，獲得第一手材料，來驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的建筑物是不是合適。在建筑設(shè)計(jì)中，除要考慮結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度等問題外，還要考慮采光、聲音效果、通風(fēng)等許多問題，而這些問題要預(yù)先估計(jì)出來是比較困難的。利用 VR 技術(shù)，虛擬出建筑物，讓設(shè)計(jì)人員到室內(nèi)考查，這就方便多了。對(duì)于講演廳、電影院的設(shè)計(jì)，則可用 VR 技術(shù)來考查聲音效果，幫助設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)。因而 VR 技術(shù)是建筑規(guī)劃方案設(shè)計(jì)、裝修效果展示、方案投標(biāo)、方案論證及方案評(píng)審的有力工具，在建筑設(shè)計(jì)業(yè)、虛擬城市、房地產(chǎn)業(yè)和建筑裝修業(yè)等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用前景。

　城市規(guī)劃對(duì)于展示城市規(guī)劃、宣傳城市建設(shè)、提升城市形象，幫助有關(guān)人員作出決策，有著巨大的促進(jìn)作用。

5) 建筑物虛擬現(xiàn)實(shí)漫游

　漫游是 VR 技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域之一，為了給人以身臨其境的感覺，建筑物 VR 漫游一般都要表現(xiàn)該建筑物所處的虛擬地理環(huán)境、建筑物全貌，以及該建筑物的各種附屬設(shè)施，對(duì)房地產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè)等產(chǎn)生很大的影響。

6) 房地產(chǎn)銷售

仿真是個(gè)先進(jìn)的視覺表達(dá)方式，可以完全取代實(shí)物模型和三維動(dòng)畫，甚至取代樣板房的制作。仿真系統(tǒng)可以安裝在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，同時(shí)在多個(gè)地方，如售樓部，展銷會(huì)給客戶做演示只能采用虛擬樓盤展示。也可以安裝在筆記本電腦上，上門為客戶做演示，有很好的宣傳推廣作用?；蛘呓o投資方做為投資決策分析用。特別適合于制作城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)演示節(jié)目，用戶和觀眾能達(dá)到身臨其境的逼真境界。

7) 文物古跡恢復(fù)

　　隨著時(shí)間的流失，滄海桑田的變化，很多有價(jià)值的文物建筑都有了不同程度的損壞，或者已經(jīng)不復(fù)存在。該系統(tǒng)可以重現(xiàn)當(dāng)年的景況。

8) 上產(chǎn)品展示與商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)

　為了達(dá)到虛擬產(chǎn)品展示，把各類產(chǎn)品如汽車、家具家電產(chǎn)品、工藝品、古董、服裝等以動(dòng)態(tài)三維的方式高清晰度地給用戶展示出來，實(shí)現(xiàn)良好的推銷效果。

　現(xiàn)實(shí)生活中，我們所看到的電視畫面以及社會(huì)大力推行的網(wǎng)上遠(yuǎn)程購(gòu)物等，通常商家只是把所售與推薦的商品的圖片，加以掃描，以平面的形式貼在網(wǎng)上，顧客遠(yuǎn)程所看到的只是平面的、單一的商品畫面與真?zhèn)坞y辯的文字介紹，而無法了解商品各個(gè)點(diǎn)面的具體特征和內(nèi)質(zhì)。而 VR 技術(shù)為我們提供了在虛擬環(huán)境下感受商品的特征和內(nèi)質(zhì)的機(jī)會(huì)。

9) 虛擬博物館與虛擬賓館

　根據(jù)博物館的實(shí)際結(jié)構(gòu)，制作三維網(wǎng)上博物館和把館藏的所有展品做成三維模型，使網(wǎng)民在網(wǎng)上瀏覽時(shí)有身臨其境的感覺，能最大程度滿足參觀者需求。

　根據(jù)賓館的需求，將賓館的大堂、飯廳、各種客房、娛樂設(shè)施、游泳池、周圍環(huán)境等設(shè)施用 VR 技術(shù)制作成場(chǎng)景，特別是把那些比較有特色的設(shè)施制作成場(chǎng)景供客戶隨意瀏覽，方便客戶網(wǎng)上自動(dòng)定房。

總之，將各種商展用 VR 技術(shù)展示，實(shí)現(xiàn)虛擬商展，達(dá)到各種展品的真實(shí)展示效果。

10) 制造業(yè)

VR 技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景， VR 技術(shù)的直觀與交互特性彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)分析工具的不足， VR 技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師和工藝師進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，包括虛擬概念設(shè)計(jì)、虛擬布局、虛擬裝配、產(chǎn)品原型快速生成、虛擬制造等領(lǐng)域。盡管虛擬制造的出現(xiàn)只有短短的幾年時(shí)間，但它對(duì)制造業(yè)的革命性的影響卻很快地顯現(xiàn)了出來。由于虛擬制造系統(tǒng)基本上不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)與加工過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即完成產(chǎn)品的數(shù)字化加工過程。與實(shí)際制造相比較，它具有高度集成、快速成型、分布合作等特征（虛擬制造具有響應(yīng)快、環(huán)境統(tǒng)一、柔性好、試制等中間環(huán)節(jié)少、廢品少、成本低、生成實(shí)際制造過程簡(jiǎn)便等特征），這些特征很好的解決了 TQCS 難題，因此 VR 技術(shù)不僅在科技界，而且在企業(yè)界引起了廣泛關(guān)注，成為制造業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。

例如，美國(guó)伊利諾斯州的科普利紀(jì)念醫(yī)院病房設(shè)計(jì)出來之后，請(qǐng)一大批殘疾的老戰(zhàn)士，坐在輪椅上，戴上有顯示器的頭盔和數(shù)據(jù)手套，進(jìn)入 VR 世界，對(duì)病房的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查、評(píng)論。他們從頭盔中看到的是猶如真的病房，他們到處查看，結(jié)果發(fā)現(xiàn)。水池上方的水龍頭調(diào)節(jié)手柄距離地面太遠(yuǎn)，坐輪椅的人夠不著。用 VR 世界，查出設(shè)計(jì)中的毛病，就可以改進(jìn)設(shè)計(jì)了。

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的工作，最重要的一個(gè)問題是發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)零件多，很緊湊，設(shè)計(jì)出來的發(fā)動(dòng)機(jī)，常常在拆裝中發(fā)生困難（拆不下來，裝不上去，或工具伸不進(jìn)去，沒地方下手等等）。用 VR 技術(shù)，虛擬一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行拆裝，就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的漏洞和毛病，以便加以修改?，F(xiàn)在，汽車設(shè)計(jì)、艦船設(shè)計(jì)也都可以采用虛擬設(shè)計(jì)。

虛擬制造是 VR 技術(shù)應(yīng)用最重要的領(lǐng)域，如波音 777 客機(jī)。波音公司開發(fā)的 VR 系統(tǒng)可將虛擬環(huán)境疊加于真實(shí)環(huán)境之上，如把虛擬的模板顯示在正加工的工件上，工人根據(jù)此模板控制待加工尺寸，簡(jiǎn)化了加工過程，使波音 777 客機(jī)一次裝配成功。美國(guó)福特汽車公司科隆研究中心設(shè)計(jì)部經(jīng)理羅勃認(rèn)為，采用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，可使整個(gè)設(shè)計(jì)流程時(shí)間減少 2/3 。 21 世紀(jì)，虛擬設(shè)計(jì)將在建筑設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)中發(fā)揮神奇的效用。

11〕醫(yī)學(xué)應(yīng)用

12〕電力系統(tǒng)

•  一個(gè)大型發(fā)電廠的投建，可以用 VR 全方位仿真。

•  從小到一個(gè)基建子工程、一條出線的出力負(fù)荷，大到鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)組，都可預(yù)實(shí)施，這對(duì)工程的優(yōu)化施工，提高設(shè)計(jì)效率有非常重要的意義。

•  大型電力設(shè)備的檢修：電力系統(tǒng)設(shè)備一般都很昂貴，其維護(hù)、檢修工作自然非常重要，如能利用 VR 裝置模擬檢修，對(duì)提高工人的業(yè)務(wù)能力非常有好處。

•  大型設(shè)備的設(shè)計(jì)：發(fā)電機(jī)組、鍋爐、汽機(jī)、變壓器組等能利用 VR 預(yù)設(shè)計(jì)。

•  動(dòng)力系統(tǒng)仿真中心：從發(fā)電廠到輸電線路，直至用戶，全方位建立一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的仿真 VR 系統(tǒng)，不論是對(duì)教育還是研究都十分有意義。

13〕金融

　　金融可視化是指將大量數(shù)據(jù)變換成圖像式物質(zhì)，從而使數(shù)據(jù)更易理解和分析，股票市場(chǎng)就是采用這種技術(shù)的主要領(lǐng)域。

14〕科學(xué)可視化

　　現(xiàn)在，有很多數(shù)據(jù)或物質(zhì)，如紅外光、微波、雷達(dá)、電磁場(chǎng)、在通道中流動(dòng)的各種數(shù)據(jù)都不是可見的，利用 VR 技術(shù)，很容易將這些東西可視 , 這就為我們的研究帶來很大的方便。

15〕國(guó)防訓(xùn)練和軍事模擬

早期的應(yīng)用由于價(jià)格昂貴、技術(shù)復(fù)雜而僅限于國(guó)防訓(xùn)練和軍事模擬等領(lǐng)域。國(guó)防訓(xùn)練和軍事模擬是推動(dòng) VR 技術(shù)發(fā)展的主要力量，而且 VR 技術(shù)的許多成功應(yīng)用也是在軍事上，如飛機(jī)駕駛模擬器、近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練器、虛擬戰(zhàn)場(chǎng) ( 作戰(zhàn)仿真系統(tǒng) ) 等。既通過建立虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境來訓(xùn)練軍事人員，同時(shí)通過虛擬戰(zhàn)場(chǎng)來檢查和評(píng)估武器系統(tǒng)的性能。在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中，參與者可以看到在地面行進(jìn)的坦克和裝甲車，在空中飛行的直升機(jī)、殲擊機(jī)和導(dǎo)彈；在水下游弋的艦艇；可以看到坦克行進(jìn)時(shí)揚(yáng)起的塵土和被擊中坦克的燃燒濃煙；可以聽到坦克或飛機(jī)的隆隆聲由遠(yuǎn)而近，從聲音來辨別目標(biāo)的來向與速度。參與者可以瞄準(zhǔn)、射擊上述目標(biāo)，也可以駕駛坦克、飛機(jī)等武器平臺(tái)仿真器。這樣，不僅可以節(jié)省大量的資金、軍用物資，而且還可以改變狀態(tài)來反復(fù)進(jìn)行各種戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下的戰(zhàn)術(shù)和決策研究。

例如，早在 20 世紀(jì) 80 年代初，美國(guó)的 DARPA 就開始為坦克編隊(duì)典型作戰(zhàn)訓(xùn)練開發(fā)一個(gè)實(shí)用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，其主要目的是為了降低作戰(zhàn)訓(xùn)練費(fèi)用，同時(shí)也為了確保安全和減低對(duì)環(huán)境的影響，最后形成了一個(gè)由美國(guó)及德國(guó)的 200 個(gè)坦克訓(xùn)練器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) SIMNET 系統(tǒng)。 SIMNET 通過分布網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，在訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)緊縮、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練質(zhì)量和數(shù)量提高以及作為新武器概念試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用等方面得到廣泛認(rèn)可。 NATO( 北大西洋公約組織 ) 計(jì)劃將逐步把各個(gè)國(guó)家的兵力匯入 SIMENT 而成為一個(gè)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，進(jìn)一步的工作是把空戰(zhàn)仿真系統(tǒng) (AWSIMS) 和海戰(zhàn)仿真系統(tǒng) (NWSIMS) 與 SIMNET 相聯(lián)。

16〕航天領(lǐng)域應(yīng)用

17）旅游業(yè)的應(yīng)用

在旅游業(yè)的應(yīng)用包括：旅游規(guī)劃、旅游營(yíng)銷等。

在旅游規(guī)劃中的應(yīng)用 VR 技術(shù)，可以使旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)師將某旅游地的道路、建筑、景點(diǎn)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等大量信息建成數(shù)據(jù)庫(kù)，并變換成虛擬旅游仿真系統(tǒng)，然后通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話工具進(jìn)入該虛擬境界，通過規(guī)劃人員親身觀察和體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)、判斷不同主導(dǎo)因素作用下各種規(guī)劃方案的優(yōu)劣，并輔助最終決策。例如，一座擬議中的旅游賓館如何影響人們的視線、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)布置在哪里最佳、污染企業(yè)布置于何處對(duì)旅游地影響最小等。借助 VR 技術(shù)，無須規(guī)劃方案的真正實(shí)施，就能先期檢驗(yàn)該規(guī)劃方案的實(shí)施效果，即是否能達(dá)到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)最佳綜合效益，并可以反復(fù)修改和輔助最終方案的制定施行。借助于 VR 技術(shù)，不僅能優(yōu)化各種方案的論證方式，而且有著其他方法所不具有的直觀、可經(jīng)歷的特點(diǎn)，同時(shí)還可以節(jié)約規(guī)劃時(shí)間，提高效率。

18）其它

用 VR 技術(shù)可以 “ 制造 “ 出活生生的人和物。

例如，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院開發(fā)出虛擬動(dòng)物園的大猩猩系統(tǒng)。游人戴上頭盔，看到立體景物，就像在一群大猩猩中走動(dòng)，如果游客大靠近雄性大猩猩，它會(huì)發(fā)出咳嗽聲，好像是在警告你。你若不去操縱控制桿，使自己離它遠(yuǎn)點(diǎn)，大猩猩就會(huì)虛張聲勢(shì)地?fù)溥^來，游客只好借助 “ 后退鈕 ” 向后退去。當(dāng)然這些都是虛擬的。

日本富士通公司用計(jì)算機(jī)制造出一個(gè)小動(dòng)物，它一半像海豚，一半像鳥。這個(gè)由 VR 技術(shù)創(chuàng)造的電子寵物叫 “ 菲蘭克 ” 。它和人能進(jìn)行相互交流，它會(huì)記人的臉和聲音，當(dāng)主人呼喚它的時(shí)候，它會(huì)高興得又叫又跳。你用溫柔的聲音對(duì)它說話，它就會(huì)作出小鳥依人狀；如果你粗聲吼叫，它就會(huì)飛行得無影無蹤。它會(huì)唱歌，能學(xué)唱新歌，還會(huì)表演雜技。

日本一家公司，由幾十位計(jì)算機(jī)圖像藝術(shù)家，花了兩年時(shí)間設(shè)計(jì)制造出一個(gè)虛擬世界中的歌手，叫伊達(dá)恭子。它不是真人，但勝似真人。伊達(dá)恭子，是 16 歲妙齡的少女，身材美妙，歌喉柔蜜略帶沙啞，動(dòng)作令人傾倒。它不會(huì)老，也不會(huì)發(fā)脾氣，隨意由人支使，可以連續(xù)唱數(shù)小時(shí)而不會(huì)累倒。它會(huì)講 7 種語(yǔ)言。

伊達(dá)恭子的出現(xiàn)，使流行樂壇發(fā)生了變化，越來越多的人喜歡這個(gè)虛擬世界中的歌手。

賓夕法尼亞大學(xué)研究制成 VR 人，叫杰克。它是由計(jì)算機(jī)生成的人，是一種模型（而不是把某人的形像拍攝下來再重放的人的形像），杰克在虛擬世界中，能模仿真正人的動(dòng)作，與環(huán)境中的人、物、機(jī)器進(jìn)行相互作用。

用杰克可以研究一些問題，比如人與機(jī)器相互作用的好壞，也就是研究人與機(jī)器相互配合問題，人操縱機(jī)器的安全問題，人操縱機(jī)器的效率問題。在研究中，杰克代替真人去工作，比如讓它開汽車，在可能發(fā)生碰撞、翻車等情況中工作，用來考查汽車的設(shè)計(jì)好壞，對(duì)人的安全保護(hù)性能等。

總之， VR 技術(shù)是一門走向成熟的科學(xué)和藝術(shù)，是一種全新的信息處理方式。由于 VR 技術(shù)對(duì)當(dāng)前仿真環(huán)境的改善將起重大作用，因而引起了廣泛關(guān)注，在現(xiàn)實(shí)生活中可應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、虛擬城市、網(wǎng)絡(luò)廣告制作、娛樂、房地產(chǎn)、建筑裝飾設(shè)計(jì)、企業(yè)形象展示、商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)、產(chǎn)品展示、各種商展、旅游服務(wù)、制造業(yè)、文化休閑中心、政企風(fēng)貌、城市交通、商場(chǎng)酒店、電子商務(wù)，企業(yè)產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域紛紛展開了對(duì) VR 技術(shù)應(yīng)用的研究。

可以預(yù)見在不久的將來， VR 技術(shù)幾乎可以應(yīng)用于任何領(lǐng)域。