虚拟现实基本组成和特征介绍

虚拟现实的概念

虚拟现实 （virtual reality，简称 VR ） 或称虚拟环境 （virtual environment），是一种逼真 的视、听、触觉一体化的计算机生成环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环 境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实 = virtual + reality。

虚拟现实方法是将计算科学处理对象统一看作一个计算机生成空间（虚拟空间或虚拟环 境），并将 *** 作它的人看作是这个空间的一个组成部分（man-in-the-loop）。

人与计算机空间 的对象之间的交互是通过各种先进的感知技术与显示技术（即虚拟现实技术）完成。人可以 感受到虚拟环境中的对象，虚拟环境也可以感受到人对它的各种 *** 作（类似于人与真实世界 的交互方式）。

虚拟现实的主要实现方法是借助必要的装备，实现人与虚拟环境之间的信息 转换，最终实现人与环境之间的自然交互与作用。

虚拟现实系统的基本组成

一个虚拟现实系统一般至少包括四个基本的组成成分：输入、仿真、输出（修饰）和数 据库。每一部分都需要实时处理，否则响应时间的延时会减弱虚拟现实的临场感。 输入过程完成向虚拟现实系统输入信息的任务，主要设备包括：键盘、鼠标、跟踪球、 游戏杆、数据手套、头部跟踪器和数据衣等。输入过程主要完成了实物虚化的任务。

一般说来虚拟环境是一个动态变化的环境，仿真的目的是根据某些理论或物理规律确定 虚拟环境在每一时刻的状态，包括物体的位置、方向、变形、分解与聚合。仿真过程一般是 一个离散的过程，它以一定的时间间隔更新虚拟环境中每个物体的状态，这种更新可以根据 真实的或假想的物理规律进行，也可以根据预先定义好的脚本进行。

输出（修饰）过程完成显示任务，这里的显示不仅仅包括图像的显示，还包括声音、触 觉乃至味觉的“显示”，即根据虚拟环境的当前状态，生成虚拟环境对用户的视觉、听觉、 触觉和味觉等多种感知，将虚拟环境“显示”给用户。这个过程是一个虚物实化的过程。

数据库则记录了虚拟环境的当前状态。

虚拟现实的三个特征

（1）沉浸感

沉浸感（immersion）是指参与者对虚拟现实的融入程度，即参与者全身心地沉浸于计 算机所生成的三维虚拟环境，具有很好的临场感，并产生身临其境的感觉。虚拟现实的沉浸 感来源于对虚拟世界的多感知性，常见的有视觉感知、听觉感知、力觉感知、味觉感知、嗅 觉感知和身体感觉等。从理论上来说，虚拟现实系统应具备人在现实客观世界中具有 所有 感知功能。 例如：参与者在“西北利亚之旅”的虚拟现实系统中，就好像坐在旅游的汽车上，观看 窗外的情景一样，具有很好的临场效果。

（2）交互性

交互性（interacTIon）是指参与者可以利用各种感官功能及人类自然技能虚拟环境进行 交互考察与 *** 作。在虚拟现实系统中，强调人与虚拟世界之间以自然的方式进行交互，如人 的走动、头的转动、手的移动等方式与虚拟现实系统交互，并借助于虚拟现实系统中特殊的 硬件设备（如数据手套、力反馈设备），实时产生真实世界中一样的感知，甚至连参与者都 意识不到计算机的存在。 例如：参与者可以用手直接抓取虚拟世界中的物体，手可以有触摸感，可以感觉到物体 的重量，能区分所抓取的是石头还是海绵，并且被抓取的物体随手的运动而运动。

（3）构想性

构想性（imaginaTIon）是指参与者借助虚拟现实系统给出的逼真视听触觉信号而产生的 对虚拟空间的想象。可以使人类突破时间与空间，去体验世界上早已发生或尚未发生的事件； 可以使人类进入宏观或微观世界进行研究和探索；也可以完成那些因为某些条件限制难以完 成的事情。 例如：在建设一座大楼之前，传统的方法是要画各种图纸，而虚拟现实系统可以进行设 计和仿真，反映设计者的思想。