虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术
的基础上发展起来的交叉学科，对该技术的研究始于 20 世纪 60 年代。直到 90 年代初，虚
拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。
基本概念
概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式
与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，
它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指
用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使
用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人
是这种环境的主宰。
从本质上来说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视
觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作。
根据虚拟现实技术所应用的对象不同，其作用可表现为不同的形式，例如将某种概念设计
或构思可视化和可操作化，实现逼真的遥控现场效果，达到任意复杂环境下的廉价模拟训
练目的等。该技术的主要特征有以下几方面：
多感知性（Multi-Sensory）——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之
外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术
的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几
种。
浸没感（Immersion）——又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。
理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟
环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝
起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样，典型的系统为虚拟现实大屏幕
立体投影系统。
交互性（Interactivity）——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自
然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手
有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而
移动。
构想性（Imagination）——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知
范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环
境。
一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理
器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系
统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉
触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
这里，虚拟环境处理器是 VR 系统的心脏，完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给
VR 系统提供来自用户的输入，并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视
野，也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由 VR 系统把虚拟环境
综合产生的各种感官信息输出给用户，使用户产生一种身临其境的逼真感。其主要的研究
内容包括以下几个方面：
动态环境建模——虚拟环境的建立是 VR 系统的核心内容，动态环境建模技术的目的就是
获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取
评论2