虚拟现实技术

这是一篇关于虚拟现实技术的思维导图，包括虚拟现实技术的概念、应用、硬件设施、分类和典型厂商等内容。

虚拟现实技术

• 概念
  • 简称VR（Virtual Reality）。亦称“虚拟环境”、“人工环境”。一种以计算机技术为核心，通过高科技手段生成的环境模拟系统。融合数字图像处理技术、计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、多媒体、传感技术、网络技术等多种成果于一体，生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等，用户可借助一定的输入／输出设备与虚拟环境进行交互，产生身临其境的感受和体验。是自20世纪末逐渐兴起的一门综合征信息技术。 通俗的讲虚拟现实就是你看到的东西都是虚拟出来的，也就是都是假的！
• 应用
  • 1.在科技开发上：
    • 在科学研究中人们总会遇到大量的随机数据，为了从中得到有价值的规 律和结论，需要对这些数据进行分析，而科学可视化功能就是将大量字 母、数字数据转化成比原始数据更容易理解的可视图像，并允许参与者 借助可视虚拟设备检查这些“可见”的数据。它通常被用于建设分子结构 、地震、地球环境的各组成成分的的数字模型。
  • 2.商业上
    • 虚拟现实常被用于推销。例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现 实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、 窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。它同样可用于旅 游景点以及功能众多、用途多样的商品推销。因为用虚拟现实技术展现 这类商品的魅力，比单用文字或图片宣传更加有吸引力
  • 3.医疗上：
    • 在医学教育和培训方面，医生见习和实习复杂手术的机会是有限的，而 在VR系统中却可以反复实践不同的操作。VR技术将能对危险的、不能 失误的、却少或难以提供真实演练的操作反复地进行十分逼真的练习。 目前，国外很多医院和医学院已开始用数字模型训练外科医生。其做法 是将X光扫描、超声波探测、核磁共振等手段获得信息综合起来，建立 起但应非常接近真是人体和器官的仿真模型。
  • 4.军事上:
    • 在军事上，虚拟现实的最新技术成果往往被率先应用于航天和军事训练 ，利用虚拟现实技术可以模拟新式武器如飞机的操纵和训练，以取代危 险的实际操作。利用虚拟现实仿真实际环境，可以在虚拟的或者仿真的 环境中进行大规模的军事实习的模拟。虚拟现实的模拟场景如同真实战 场一样，操作人员可以体验到可以体验到真实的攻击和被攻击的感觉。 这将有利于从虚拟武器及战场顺利地过渡到真是武器和战场环境，这对 于各种军事活动的影响将是极为深远、广泛的军事应用前景。迄今，虚 拟现实技术在军事中发挥着越来越重要的作用。
  • 5.娱乐上：
    • 作为显示信息的载体，VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也 不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（比如 油画、雕刻等）转化为动态的，可以使欣赏者更好的欣赏作者的艺术。 VR提高艺术表现能力。例如，敦煌“九层楼”实景与虚拟三维效果。
  • 6.教育上：
    • 虚拟现实技术能将能将三维空间的事物清楚的表达出来，能使学习者直 接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用。并通过多种形式参 与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的 自由度。这种呈现多维信息的虚拟学习和培训环境，将为学习者掌握一 门新知识、新技能提供最直观、最有效的方式。在很多教育与培训领域 ，诸如虚拟实验室、立体观念、生态教学、特殊教育、仿真实验、专业 领域的训练等应用中具有明显的优势和特征。例如学生学习某种机械装 置，如水轮发动机的组成、结构、工作原理时，传统教学方法都是利用 图示或者放录像的方式向学生展示，但是这种方法难以使学生对这种装 置的运行过程、状态及内部原理有一个明确的了解。而虚拟现实技术就 可以充分显示其优势：它不仅可以直观地向学生展示出水轮发电机的复 杂结构、工作原理以及工作时各个零件的运行状态，而且还可以模仿出 各部件在出现故障时的表现和原因，向学生提供对虚拟事物进行全面的 考察、操纵乃至维修的模拟训练机会，从而教学和实验效果事半功倍。
  • 7.工业上：
    • 虚拟现实已大量应用于工业领域。对汽车工业而言，虚拟现实技术既是 一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种 人工环境，人们可以在这种环境中以一种自然的方式从事驾驶、操作和 设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、实验和 培训等方面，例如，在产品设计中借助虚拟现实技术建立的三维汽车模 型，可显示汽车的悬挂、地盘、内饰直至每个焊接点，设计者可确定每 个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三位模式准确性很高， 汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。虚拟现实技术 技术在CAD、技术教育和培训等领域也有大量应用。在建筑行业中，虚 拟现实可以作为那些制作精良的建筑效果图的更进一步的拓展。它能形 成与交互的三位建筑场景，人们可以在建筑物内自由的行走，可以操作 和控制建筑物内的设备和房间装饰。一方面，设计者可以从场景的感知 中了解、发现设计上的不足；另一方面用户可以在虚拟环境中感受到真 实的建筑空间，从而做出自己评判。
• 硬件设施
  • 三维建模设备
  • 三维视觉显示设备
  • 三维声音系统
  • 交互设备
  • 运动捕捉系统
• 典型厂商
  • Oculus VR——最早VR设备生产商之一，被Facebook高价收购。
  • 索尼PS VR——索尼旗下的虚拟现实(VR)头戴式显示器，将兼容PS4虚 拟现实平台。
  • Gear VR——三星旗下的虚拟现实头戴式显示器。
  • 谷歌Cardboard——使用智能手机的低端虚拟现实系统。
  • StarVR——QHD分辨率和超宽视野的头戴设备。
  • Visbox——Cave展示系统(沉浸式CAVE投影系统，将整个屋子打造成虚 拟现实)
  • Fove——世界首款眼球跟踪VR头盔。
  • Sulon科技公司——一个同时拥有虚拟现实和增强现实的设备，在国际 消费类电子产品展览会的平视显示系统类别中拔得头筹。
• 分类
  • 1、根据沉浸式体验角度分类
    • 非交互式体验
      • 相比群体——虚拟环境交互式体验，非交互式体验中的用户更为被动，所体验内容均为提前规划好的，即便允许用户在一定程度上引导场景数据的调度，也仍没有实质性交互行为，如场景漫游等，用户几乎全程无事可做；
    • 人——虚拟环境交互式体验
      • 在人——虚拟环境交互式体验系统中，用户则可用过诸如数据手套，数字手术刀等的设备与虚拟环境进行交互，如驾驶战斗机模拟器等，此时的用户可感知虚拟环境的变化，进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受。
    • 群体——虚拟环境交互式体验
      • 该角度强调用户与设备的交互体验
  • 2、根据系统功能角度分类
    • 桌面虚拟现实系统(Desktop VR)
      • 桌面虚拟现实是利用个人计算机和最基本的工作站来进行仿真，将计算机的屏幕作为人们观察虚拟世界的一个入口。特点是比较缺乏真实的现实体验，但成本也较低，应用就比较广泛一些。常见桌面虚拟现实技术有:基于静态图像的虚拟现实QuickTime VR、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实、MUD等。
    • 临境虚拟现实系统(Immersive VR)
      • 临境VR系统利用头盔显示器等设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的虚拟空间，并用数据手套等其他输入设备，加上声音等效果，让人们产生一种身临其境的错觉。常见的沉浸式系统有:基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。
    • 增强性的虚拟现实系统(Augmented Reality)
      • 增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实和仿真现实世界，而且要利用它来增强人们对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。例如是战机飞行员的平视显示器 ，它可以将飞行员需要的仪表数据投射到飞行员面前，使飞行员不用低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。
    • 分布式虚拟现实系统(Distributed VR)
      • 如果多个用户通过计算机网络连接在一起，并同时参加一个虚拟世界，共同体验虚拟世界经历，使用户的感受达到更高的境界,这就是分布式虚拟现实系统。分布式VR的基础是分布交互模拟。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。
  • 3、根据抽象层次角度分类
    • 硬件抽象层上
    • 操作系统层上
    • 库函数层上
    • 编程语言层上