收稿日期:2002-06-24;修订日期:2002-08-29
3基金项目:高等学校重点实验室访问学者基金资助(02117)
虚拟现实技术的发展过程及研究现状
吴 迪1 黄文骞1,2
(11海军大连舰艇学院海洋测绘系,辽宁大连 116018;21武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉 430079)
【摘要】 分析了虚拟现实(VR )技术区别于相邻近的技术的重要特征,回顾了虚拟现实技术发展的三个阶段。介绍了虚拟现实技术在美国等国家的研究现状、主要技术及关键技术的开发状况。
【关键词】 虚拟现实技术 发展过程 研究现状
1 引 言
虚拟现实(VR )技术是近年来发展最快的信息
技术之一,它与多媒体技术、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。与其他高新技术一样,客观需求是虚拟现实技术发展的动力。近年来,在仿真建模、计算机辅助设计、可视化计算、遥控机器人等领域,提出了一个共同的需求,即建立一个比现有计算机系统更为直观的输入输出系统,成为能与各种传感器相联、更为友好的人机界面、人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的多维化信息环境[1]。VR 技术是人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术、并行计算技术等多种技术的集成。它是一种有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。2 发展过程
211 VR 的概念
虚拟现实(Virtual Reality -VR ),是一种最有效
的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术,是综合计算机图形技术、多媒体技术、并行实时计算技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的20世纪90年代计算机领域的最新技术。
VR 以模拟方式为使用者创造一个实时反映实
体对象变化与相互作用的三维图像世界,在视、听、
触、嗅等感知行为的逼真体验中,使参与者可直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化,仿佛置身于虚拟的现实世界中,产生沉浸感(immersive )、想象(imaginative )和实现交互性(interactive )。212 VR 技术的特点
VR 技术的每一步发展,都是围绕它的三个特征
而前进的。这三个特征为沉浸特征、交互特征和构想特征。这三个重要特征用以区别相邻近的技术,如多媒体技术、计算机可视化技术[4]。沉浸特征,即在VR 提供的虚拟世界中,使用户能感觉到是真实的进入了一个客观世界;交互特征,要求用户能用人类熟悉的方式对虚拟环境中的实体进行观察和操纵;构想特征,即“从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识,从而深化概念和萌发新意”(汪成为,1996)。213 VR 技术发展的三个阶段
VR 技术的发展大致可分为三个阶段:20世纪50年代至70年代,是VR 技术的准备阶段;80年代初至80年代中期,是VR 技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段;80年代末至90年代初,是VR 技术迅猛发展的阶段。
第一阶段,50～70年代,为虚拟现实的探索阶段。1965年由美国的M orton Heileg 开发了一个称做Sens orama 的摩托车仿真器,不仅具有三维视频及立
体声效果,还能产生风吹的感觉和街道气味。1968年,美国计算机科学家I 1E 1Sutherland 在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器H MD 及头部位置跟踪系统,成为VR 技术发展史上的一个重要里程碑,为虚拟现实的发展奠定了基础。
第二阶段,80年代初至80年代中期,开始形成VR 技术的基本概念,开始由实验进入实用阶段,其重要标志是:1985年在Michael Mc G reevy 领导下完成的VIEW 虚拟现实系统,装备了数据手套和头部跟踪器,提供了手势、语言等交互手段,使VIEW 成
第22卷第6期2002年11月
海 洋 测 绘
HY DROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING
Vol.22,No.6
Nov.,2002
为名副其实的虚拟现实系统,成为后来开发虚拟现实的体系结构。其他如VP L公司开发了用于生成虚拟现实的RB2软件和DataG love数据手套,为虚拟现实提供了开发工具。
第三阶段,80年代末至90年代初,为虚拟现实全面发展阶段。虚拟现实技术已经从实验室的试验阶段走向了市场的实用阶段,对虚拟现实技术的研究也从基本理论和系统构成的研究转向应用过程中所遇到的具体问题的探讨。
在虚拟现实系统中只有各种交互设备还不够,还必须提供基本的软件支撑环境,用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进行高级交互。为了使VR技术得到广泛应用,很有必要分析虚拟现实系统软件支撑环境体系结构,例如Dialogue系统,提出了一种通过基于事件驱动的中驱用户接口管理系统(UMIS),能进行多进程通讯的软件体系结构,解决了虚拟现实的动态灵活性问题,推进了软件支撑环境的发展。为了满足虚拟现实对计算复杂性的几乎是无限的要求,虚拟现实系统必须提供足够强的灵活性及可扩充性。要做到这一点,可以从软件与硬件两方面来考虑,在硬件体系结构方面,DI VIS ON公司在Super Vision系统中提出了一种基本的并行模型,开发了相关的并行处理器件和DVS操作系统,使虚拟现实得以全面发展。
3 VR技术的国内外研究现状
311 VR技术在美国的研究开发
20世纪40年代初,作为虚拟现实前身的飞行仿真器在美国出现。1966年,美国的MIT林肯实验室在海军科研办公室的资助下,研制出了第一个头盔式显示器(H MD),随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。1970年,研制出了第一个功能较齐全的H MD系统。自80年代后期起,美国VP L 公司陆续研制出较实用的头盔式三维显示器、能提供六个自由度的数据手套、立体声耳机及相应的计算机软硬件系统。
80年代初,美国的DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SI MNET。SI MNET系统中的每个独立的模拟器都能单独模拟M1坦克的全部特性,包括导航、武器、传感和显示等性能,对坦克装置上的武器、传感器和发动机等的模拟是在特定的作战环境下进行的。DPRPA计划进一步扩大仿真数据库,从目前的1000个对象扩大到100000个(2000年前完成)。北大西洋公约组织(NAT O)计划把各个不同国家的兵力逐步“汇集入SI MNET而成为一个虚拟战场”,然后把空战仿真系统(AWSI MS-Air Warfare Simulation System)和海战仿真系统(NWSI MS-Naval Warfare Simulation System)与SI MNET相联。另外,美国NAS A积极地将VR技术应用于对航天运载器外的空间活动研究、空间站自由操纵研究和对哈勃空间维修的研究等项目中。
图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前来看,空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
312 VR技术在欧洲的研究开发
31211 VR在英国的研究与开发。VR应用的关键是寻找合适的场合和对象,即如何发挥想象力和创造性。选择适当的应用对象可大幅度地提高效率,减轻劳动强度,提高产品质量。为了达到这一目的,必须研究VR的开发工具。例如,VR系统开发平台、分布式VR技术等,这些都直接与计算机技术、多媒体技术的快速发展密切相关。在VR开发的某些方面,特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面,在欧洲英国是领先的。以下是英国从事VR的四个主要中心。
Windustries(工业集团公司)位于英国Leicester,是国际VR界的著名开发机构,在工业设计和可视化等重要领域占有一席之地。
British Aer ospace(英国航空公司BAe)的Br ough分部正在利用VR技术设计高级战斗机座舱,BAe开发的大项目VE CT A(Virtual Envir onm ent C on figurable T raining Aid)是一个高级测试平台,用于研究VR技术以及考察用VR替代传统模拟器方法的潜力。VE CT A的子项目R A VE(Real And Virtual Envir onm ent)就是专门为在座舱内训练飞行员而研制的。
Dimension International,位于英国南部的Aldermas on,是桌面VR的先驱。该公司生产了一系列的商业VR软件包,都命名为Superscape。Superscape软件包的前端主要由图形编辑器、世界编辑器和可视化模块三个部分组成。图形编辑器用于创建三维物体,预定义图形放置在世界编辑器的世界坐标系中,可视化程序允许用户在虚拟世界中移动并与之交互,通过空间球和鼠标发布命令。
Division Ltd,创建于1989年,位于布里斯托尔。该公司在开发Vision、ProVision和Supervision系统/模块化高速图形引擎中,率先使用了T ransputer和i860技术。该公司的软件是按客户/服务器体系结构模式设计的。
31212 VR在欧洲其他国家的应用与开发。其他一
61吴 迪,等 虚拟现实技术的发展过程及研究现状第22卷
些发达的欧洲国家如法国、德国、瑞典、西班牙等也
积极进行了VR 的开发与应用。如西班牙在SG 上做的多用户VR 项目———虚拟奥运会,以奥运体育竞技作为其研究重点,目的是开发用于如下两方面的VR 环境:一是双人滑雪模拟器,二是以数字化虚拟方式制作1992年巴塞罗那奥运会足球赛的四人电影剧本。虚拟现实中的人—机交互效应主要由传感技术来完成。如将数据手套、手势等显示及时地输入到计算机中进行处理,达到在虚拟环境中人与虚拟物体的交互效果。
德国的计算机图形研究所(IG D )的测试平台,用于评估VR 对未来系统和界面的影响,以及向用户和生产者提供通向先进的可视化、模拟技术和VR 技术的途径。
瑞典的DI VE 分布式虚拟交互环境,是一个基于Unix 的异质分布式系统,易推广到新的硬件和图形库;DI VE 又是全分布式的,不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作。
荷兰海牙T N O 研究所的物理电子实验室(T N O -PE L )开发的训练和模拟系统,通过改进人机界面来改善现有模拟系统,以使用户完全介入模拟环境。这些系统使用的基本技术是并行处理系统结构,应用的基本构件是通用处理器,从而形成了灵活可伸缩系统,无论从硬件还是软件上讲都易于适应特定应用。由于使用了这些强有力的系统结构,现在的视景生成系统以相纹(Ph oto -T exture )实时可视化为特色。313 VR 技术在我国的研究开发
我国对VR 技术的研究起步于20世纪90年代初,发展到现在已初步取得了成果。国内的一些科研单位如清华大学的临场感应技术重点实验室、北京航空航天大学的三系、中国民航学院、浙大计算机仿真重点实验室、空军第二航空学院、空军工程学院和解放军信息工程大学等,对虚拟现实的研究取得了重要成果,在某些方面的研究已经接近国际先进
水平。
对于海浪、海滩浪、碎浪等的模拟研究有些基础,国外学者如Peachey D 、Alain F ournier 、William T 1Reeeves 、Beesel 1F 、Lebelond ,Paul H 1都有较深入研究;国内浙江大学C AD&CG 国家重点实验室、国防科技大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学等也有不同程度的研究。这些研究虽与海洋有关,但偏重于“浪”这一具体现象,并没有把海洋当作一个整体来对待,但它的理论与方法可以被海洋三维地形景观模拟系统所采用。
目前,国内从事海域整体模拟研究的还不多。西北工业大学航海工程学院应用Visual C ++和OpenG L 在高档微机上实现了虚拟海洋环境,该系统
能较逼真的模拟海洋环境,有简单的鱼群、海洋植物和海流声音。现在中国测绘科学研究院正承担着国家863“海洋3D ”项目,有望在海洋三维模拟方面产生一些重大成果。在国外,University of Hull ,Department of C om puter Science 等研究部门有关于海
床的研究,效果很逼真。4 结束语
虚拟现实技术的发展比较迅速,尤其是在近几年,国内的研究在某些领域已具有国际先进水平。但是,对于海洋虚拟现实技术的研究相对要少得多,无论是理论还是应用都还不太成熟。
传统的海洋地理景观的表现方法是采用海图来加以表示的,随着计算机技术的发展,进而出现了电子海图。但无论是纸质海图,还是电子海图,用户都无法直观地获取海洋地理信息,必须借助海图图式规范,通过读图的形式来获得对海洋地理环境的认知。把虚拟现实技术引入到海图制图领域,实现海洋测量信息可视化和海洋地理景观的虚拟再现,是当今海洋测绘领域的前沿研究领域。
参 考 文 献
1 汪成为,高文,王行仁1灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[M ]1北京:清华大学出版社,19962 周洪玉,王慧英,周岩1虚拟现实及应用的研究[J ]1哈尔滨理工大学学报,2000,(4):49～513 王红兵1虚拟现实技术—回顾与展望[J ]1计算机工程与应用,2001,27(1):48～524 黄文骞1利用虚拟现实技术再现海洋自然地理环境[J ]1测绘工程,1999,(4):6～115 Kalawsk R.The Science of Virtual Reality and Virtual Environments [M ].Addison Wesley ,19936 Burden G.CoiffetP.Virtual Reality Technoligy[M ],J ohn Wiley.New York ,19947 J ohn Iovine.Step into Virtual Reality[M ].U.S.Windcrest/McGraw Hill Inc ,1995
8 Chris Greenhalgh ,et al.Creating a Live Broadcast from a Virtual Environment[A ]1Proc.SIGGRAPH 99[C ]1375～380
9 Thomas Funkhouser ,et al.Real -time Acoustic Modeling for Distributed Virtual Environments [A ].Proc.SIGGRAPH 99[C ].365～375
7
1第6期海 洋 测 绘
专题讨论与研究 题目：虚拟现实技术对旅游业的影响及应用前景 学院：旅游与城市管理学院 专业：旅游与城市管理 班级：旅游13A 学号：1305030127 学生姓名：邵旭 指导教师：卞显红 二○一四年六月
虚拟现实技术对旅游业的影响及应用前景 摘要：旅游天生就能适应网络的发展，所以虚拟技术一开发，即迅速渗入旅游业，为其服务。在虚拟旅游的背景下，国内旅游网站虚拟技术的应用水平和内容各异。虚拟旅游技术是连接无形的旅游产品和旅游者的桥梁，虚拟旅游技术的发展减少了旅游者出游前的风险和不确定性的心理负担，是旅游营销的重要渠道。本文在介绍了虚拟现实技术的概念、基本特征和分类等理论知识的基础上从虚拟旅游、景观再现、文化遗产保护和旅游规划四个方面重点阐述了虚拟现实技术在旅游业中的应用。 关键词：旅游；网络；虚拟技术；景观再现 Effection and Future Application of Virtual Reality Technology in Tourism Abstract:Tourism is naturally able to adapt to the development of the network, so once the virtual technology is developed, the rapid infiltration get into tourism and for its services. Under the background of virtual tourism, domestic tourism website virtual technology application level and the content of each different. Virtual tourism provides a link between tourism products and tourists, the development of virtual tourism technology reduces the tourists' psychological burden of risk and uncertainty, is a important way of tourism marketing. This context introduces the conception of reality technology,basic characteristics and classification on the basis of the theory of knowledge from virtual tourism landscape representation, cultural heritage protection and tourism planning and expounds the four aspects the application of virtual reality technology in tourism. Keywords:Tourism;network;virtual technology;landscape representation
VR（虚拟现实）火起来了，不论是资本市场的表现，还是一场接一场的发布会，甚至是微信推送相关话题的数量，都在展示着VR已经开始从Geek的兴趣爱好，逐步走进主流消费者市场。国外，行业巨头跑马圈地，Facebook收购Oculus VR、索尼投入Morpheus设备、HTC携手三星共探VR；国内，各家积极布局，腾讯抓着2015年的尾巴推出整套VR方案，3Glasses、DeePoon大朋头盔、蜂镜K1等公司体量虽小却毫不示弱。 虚拟现实是不是下一个风口？近日，全球领先的移动互联网第三方数据挖掘和整合营销机构iiMedia Research(艾媒咨询)发布了《2015年中国虚拟现实行业研究报告》。报告显示，2015年中国虚拟现实行业市场规模为15.4亿元，预计2016年将达到56.6亿元，2020年市场规模预计将超过550亿元。 1、2015年中国虚拟现实行业发展概况分析 虚拟现实指采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界进行自然的交互，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般。其核心特征是沉浸感、交互性和想象性。虚拟现实技术分类包括桌面式VR系统、沉浸式VR系统、增强式VR系统和分布式VR系统。 1.1、虚拟现实发展历史
1.2、2015年中国虚拟现实行业宏观环境分析 技术环境 大屏幕智能手机、智能电视、高清电视等逐步普及，使高清视频资源日益增多。 Gartner发布2015年新兴技术成熟度曲线报告显示，虚拟现实技术成熟度技术成熟度已经达到市场爆发的临界点，消费级产品将会诞生。 计算机图形技术、人机接口技术等虚拟现实核心技术以及VR设备的显示、算法、交互技术仍有提高的空间。 经济环境 我国国民经济在增长增长，人均收入提高。中国居民消费结构由生存型逐步向发展型和享受型转化。 手机、计算机制造产业链完善，传感器、液晶屏等配件价格不断降低，采购
国内虚拟现实的技术现状 在国内，虚拟现实技术正逐渐受到人们重视。1990年，我国将“虚拟现实技术”正式列入国家“863计划”。近年来，虚拟现实技术在我国取得了长足的进步。一些重要的成果已推向市场。 北京科技大学虚拟现实实验室成功开发出了纯交互式汽车模拟驾驶培训系统。由于开发出的三维图形非常逼真,虚拟环境与真实的驾驶环境几乎没有什么差别,因此投入使用后效果良好。到目前为止,已经有150余人通过这个系统的学习取得驾驶执照,路考通过率达到98％。 北京航空航天大学虚拟现实与多媒体研究室在分布式虚拟环境网络上开发了直升机虚拟仿真器、坦克虚拟仿真器、虚拟战场环境观察器、计算机兵力生成器；连接了装甲兵工程学院提供的坦克仿真器；基本完成分布式虚拟环境网络下分布交互仿真使用的真实地形；并正在联合多家单位开发J7、F22、F16及单兵等虚拟仿真器。他们的总设计目标是为我国军事模拟训练与演习提供一个多武器协同作战或对抗的战术演练系统。 国防科技大学研制的虚拟空间会议系统1999年12月在长沙通过专家鉴定。虚拟空间会议系统随着虚拟现实技术的发展而被提出，是国际上公认的前沿性高难度课题，具有"终极会议系统" 之称。国防科技大学于1995年开始进行前期研究，1997年正式立项，研究人员经过5年的艰苦探索，大胆创新，终于解决了对象提取、三维虚拟对象、会场合成、场景感知、视音频压缩与传输及高分辨率显示等一系列关键技术，使中国虚拟现实技术获得突破性进展。虚拟会议空间通过多个大屏幕投影机无缝组成虚拟会场显示环境，采用视频合成技术构造一个超高分辨率、宽视角、一体化的虚拟会议空间，实现了与会者之间相互关注及对会场虚拟场景的感知等普通多媒体会议系统无法实现的功能。在虚拟会议空间系统中，所有与会者仿佛在同一个会议室开会，每个与会者所处的空间位置、行为动作及面部表情都能相互感知，并能通过多种形式进行信息交流。发言人也可通过对每个与会者的反应和提出的问题，调整讲话内容、回答有关问题。 位于上海浦东陆家嘴地区的正大商业广场，采用了中国建筑第三工程局和华中理工大学合作开发的虚拟现实技术，在国内首次将“虚拟实境”应用于建筑领域。在盖大楼前，可先用计算机系统模拟一下周围的环境、施工的过程，身临其境地感受和研究一番。 杭州大学用虚拟现实技术开发出故宫漫游器，使用者骑在“自行车”上，戴上头盔式显示器，便可远远地看到天安门。当蹬动“自行车”的脚蹬时，便走近天安门、越过金水桥、穿过午门，https://www.doczj.com/doc/522664414.html,经由太和门来到太和殿前的广场。甚至可以“破墙”而入“冲”进太和殿，看到金銮殿内盘龙的柱子、庄严的殿堂。然后“骑”着车来到御花园，看到红墙、绿树、亭台楼阁。 目前，我国已有越来越多的科研单位和企业投入了虚拟现实技术的研究和产品的开发，这一方兴未艾的计算机技术必将产生巨大的生产力，让人们的工作和生活更加轻松，更加富有色彩。像中央电视台，正在积极考虑使用虚拟演播室，因为采用虚拟场景不仅成本低，而且创作人员可以自由发挥想象力，不受现实条件的束缚。这样，节目的感染力也更强。故宫博物院就“故宫文化资产数字化应用研究”项目与日本凸版印刷株式会社签订了合作
中国虚拟现实（VR）行业发展现状综合分析 工信部在2016年4月发布了《虚拟现实产业发展白皮书5.0》，用14000多字讲述了当前中国虚拟现实产业的发展状况，并提出了相关政策，从国家层面上充分肯定了虚拟现实行业，值得VR从业者认真研读。 概述与点评 《白皮书》指出，虚拟现实的行业应用有望全面展开，文化内容将日趋繁荣，技术体系和产业格局也将初步形成，我国虚拟现实产业若不尽快布局，将再次陷入落后和追赶国外的局面。未来应该提前谋划布局做好顶层设计，通过财政专项支持虚拟现实技术产业化，实现核心技术突破，加强文化和品牌建设。 VR产业发展有两大关键点，即硬件与内容。首先要成为消费级的应用，硬件必须在满足消费者的价格要求同时，还要保证良好的用户体验，能够长期被消费者使用。其次，要建立内容平台，对消费者产生持续的吸引力。同时，还要保证VR内容具备盈利的价值，使消费者具有对内容有付费意愿，这样才能促进内容平台的持续发展。” 前言 信息产业是我国国民经济的基础性、战略性、先导性产业，对我国经济结构调整具有重要的示范意义，是稳增长、促改革的主战场。我国是全球领先的信息产业大国，以虚拟现实等产品为代表的一批市场反响好、用户体验佳的创新性产品推动了供给侧改革，成为提升消费类电子产品有效供给能力的重要手段。 虚拟现实技术起源于20世纪60年代，是指借助计算机系统及传感器技术生成三维环境，创造出一种崭新的人机交互方式，通过调动用户各种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉等）来享受更加真实的、身临其境的体验。随着硬件性能的提升和成本的大幅度降低，近年来虚拟现实产品获得了广泛发展，特别是2016年美国消费电子展上，虚拟现实产品成为展会的绝对主角。 一、虚拟现实发展情况综述 虚拟现实技术是一种计算机仿真系统，通过对三维世界的模拟创造出一种崭新的交互系统。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。在产业界，将虚拟现实定义为三类技术应用方式：虚拟现实（VR，Virtual Reality）、增强现实（AR，Augmented Reality）和混合现实（MR，Mixed Reality）。实际上，在学术界的划分中，混合现实技术还分为增强现实和增强虚拟环境（A VE，Augmented Virtual Environment）两类。 （一）我国虚拟现实产业发展情况
论文虚拟现实技术
浅谈虚拟现实技术 摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域，涉及的关键技术，最新研究进展，应用与前景展望。 关键词虚拟现实技术，研究现状，相关应用，信息安全 一．虚拟现实的概念、特征及应用领域 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。 虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感器等。 （虚拟现实技术穿戴的装备）
GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性(interactivity) 、沉浸感(Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(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。 所以，“3I＋M”就是虚拟现实系统的基本特征。 自1968年Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的论文至今，虚拟现实技术已经伴随着计算机技术的进步得到长足的发展。如今，众多的设备可被用于虚拟现实，包括头戴式显示器、数据手套、动作捕捉系统等[1]。虚拟现实技术已经在诸如建筑设计、军事仿真、虚拟制造、游戏娱乐、医学等领域得到广泛的应用。在教育、心理学、环保、文化艺术领域，虚拟现实技术也得到越来越多的关注[2]。 二．虚拟现实涉及的关键技术[3] 虚拟现实的关键技术主要包括：动态环境建模技术，实时三维图形生成技术，立体显示和传感器技术，应用系统开发工具，系统集成技术，实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，触觉、力觉反馈技术，立体声、语音输入输出技术。 动态环境建模技术：虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，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。 实时三维图形生成技术：三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为了达到实时的目的，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。
浅析：国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势 国外虚拟现实技术及产品有Google Earth, Microsoft Map Live, Intel Shockwave3D, Cult3D, ViewPoint, Quest3D，Virtools，WEBMAX等…… 一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比VRML1.0增加了近30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO 批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JA V A、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下：Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。 其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件，Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash 动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.doczj.com/doc/522664414.html, , https://www.doczj.com/doc/522664414.html, 应用的画面：慕尼黑机场（电子商务）
138 虚拟现实技术的国内外研究现状与发展 杨江涛 （铜仁职业技术学院，贵州铜仁554300） 摘要：虚拟现实技术是一项新兴技术，结合了多种技术如多媒体技术、计算及图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技 术以及立体显示技术等等，前景非常的广阔。文章结合了虚拟现实技术国内外的研究现状对虚拟现实技术的发展趋势进行了分析。关键词：虚拟现实；三维现实；分布式中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）01-0138-01 虚拟现实（Virtual Reality ，简称VR ）是一种综合了多媒体技术、计算机图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技术以及立体显示技术等多种科学技术综合发展起来的计算机最新技术，综合应用了力学、光学、数学、机构运动学等学科。这种技术的特点就是用模仿的方式给用户创造一种虚拟的环境，通过感知行为如视觉、听觉和触觉等让用户有一种身临其境的感觉，并带有交互作用。现在虚拟现实的发展速度越来越快，内容也扩大了很多。 1国外虚拟现实技术研究现状 （1）虚拟现实技术在美国的研究现状。美国是虚拟现实技术的发源地，对于虚拟现实技术的研究最早是在20世纪40年代。一开始用于美国军方对宇航员和飞行驾驶员的模拟训练。随着科技和社会的不断发展，虚拟现实技术也逐渐转为民用，集中在用户界面、感知、硬件和后台软件四个方面。20世纪80年代，美国国防部和美国宇航局组织了一系列对于虚拟现实技术的研究，研究成果惊人。到了现在，已经建立了空间站、航空、卫星维护的VR 训练系统，也建立了可供全国使用的VR 教育系统；乔治梅森大学研制出了一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统；波音公司利用了虚拟现实技术在真实的环境上叠加了虚拟环境，让工件的加工过程得到有效的简化；施乐公司主要将虚拟现实技术用于未来办公室上，设计了一项基于VR 的窗口系统。传感器技术和图形图像处理技术是上述虚拟现实项目的主要技术，从目前来看，时间的实时性和空间的动态性是虚拟现实技术的主要焦点。 （2）虚拟现实技术在欧洲的研究现状。在欧洲，英国在辅助设备设计、分布并行处理和应用研究方面是领先的，在硬件和软件的领域处于领先地位。欧洲其它一些比较发达的国家如德国以及瑞典等也积极进行了虚拟现实技术的研究和应用：德国将虚拟现实技术应用在了对传统产业的改造、产品的演示以及培训三个方面，可以降低成本，吸引客户等等；瑞典的DIVE 分布式虚拟交互环境是一个在不同节点上的多个进程可以在同一个师姐中工作的一直分布式系统。 2国内虚拟现实技术研究现状 我国对于虚拟现实技术的研究和国外一些发达国家还存在相当大的一段距离，但随着计算机系统工程以及计算机图形学等技术的发展速度越来越快，我国各界人士对于虚拟现实技术也越来越重视，正在积极进行虚拟环境的建立以及虚拟场景模型分布式系统的开发等等。国内许多高校和研究机构也都在积极的进行虚拟现实技术的研究以及应用，并取得了不错的成果： 北京航空航天大学时国内最早进行虚拟现实技术研究的 单位之一，建立了一种分布式虚拟环境，可以提供虚拟现实演示环境、实施三维动态数据库、用于飞行员训练的虚拟现实系统以及虚拟现实应用系统的开发平台等等，并对虚拟环境中物体物理特性的表示和处理着重进行了研究，并在虚拟显示的视觉接口硬件方面进行开发，并提出了相关的算法和实现方法。 清华大学国家光盘工程研究中心采用了QuickTime 技术实现了大全景VR 制布达拉宫；哈尔品工业大学计算机系成功解决了表情和唇动合成的技术问题等。 3虚拟现实技术的发展趋势 （1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，而动态环境建模技术的目的就是对实际环境的三维数据进行获取，从而建立对应的虚拟环境模型，创建出虚拟环境。 （2）实时三维图形生成和显示技术。在生成三维图形方面，目前的技术已经比较成熟，关键是怎么样才能够做到实时生成，在不对图形的复杂程度和质量造成影响的前提下，如何让刷新频率得到有效的提高是今后重要的研究内容。另外，虚拟现实技术还依赖于传感器技术和立体显示技术的发展，现有的虚拟设备还不能够让系统的需要得到充分的满足，需要开发全新的三维图形生成和显示技术。 （3）适人化、智能化人机交互设备的研制。虽然手套和头盔等设备能够让沉浸感增强，但在实际使用当中效果并不尽如人意。交互方式使用最自然的视觉、听觉、触觉和自然语言的话，能够让虚拟现实的交互性效果得到有效的提高。 （4）大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合当中，对新型的人机交互设备进行一个用，介入计算机中，产生适用于用户的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了要让复杂虚拟环境计算的需求得到满足之外，还需要让协同工作以及分布式仿真等应用对共享虚拟环境的自然需要得到满足。分布式虚拟现实可以看成是一种基于网络的虚拟现实系统，可以让多个用户同时参与，让不同地方的用户进入到同一个虚拟现实环境当中。目前，分布式虚拟现实系统已经成为了全世界的研究热点，我国也由杭州大学、北京航空航天大学、中国科学院软件所、中国科学院计算所以及装甲兵工程学院等单位共同感开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要的软硬件基础环境和网络平台。 2015 （Sum.No 145） 信息通信 INFORMATION &COMMUNICATIONS 2015年第1期（总第145期）
中国虚拟现实产业发展现状及未来趋势分析 2015总结一：产业链条初步成型 2015年对整个VR 领域而言，意味着产业成型的一年。 对于硬件，可以分为三个级别：基础、应用、终端。 基础硬件：是指对VR/AR构成基本的硬件及物质支持的硬件，包括芯片（CPU 、WiFi 、存储等）、GPU （显示芯片）、显示屏、传感器、材料等等。 应用硬件：是指满足应用层面需要的硬件，具体包括对视觉、触觉、听觉、嗅觉等的感官模拟，动作模拟，肌肉、脑电等的信号模拟硬件，以及大量传统操控设备。 终端硬件：是指提供给用户使用的终端设备，包括一些简单的娱乐设施以及诸如The VOID 这样的综合设施。 对于软件，同样可以划分为三个层面：基础、应用、终端。 未来随着VR 技术的发展，还会有新的软硬件技术及其硬件的诞生，但基本离不开上述范畴。 总的来看—— 1、芯片端：ARM 积极推进芯片层面支持；GPU 厂商全面进入。 2、程序语言：出现为VR 设计的程序语言，产业发展基础扎实。 3、引擎：Unity5.1加入对VR 支持，多家引擎公司宣称进入VR 。 4、操作系统：谷歌开始研发安卓VR 版本，三星GearVR 基于安卓的系统优化基本成熟，更多VR ROM（包括基于Windows10）正在或即将推出。 5、工具：各种类型内容编辑器、交互/声音SDK 已经出现。
6、内容：VR 游戏作品日渐成熟；更多行业应用产品研发中。 7、渠道：出现不少内容分发平台，硬件销售渠道正在建立。 8、资本：国内外新成立众多VR 基金，各种资本机构推出VR 研究报告。 9、平台：出现针对C 端用户和B 端开发者的在线虚拟平台。 可以看到，从产品、资本、市场、渠道，到客户、用户，尽管部分链条才刚刚建立，但整个产业链条已然具备。 2015总结二：用户教育初步实现 1、欧美发达国家对用户的教育基本完成； 欧美地区对VR/AR的认知要更早更快。80%的受访者表示知道VR 技术，有10%的人认为自己很了解VR 。来自国外销售渠道超市的反馈，VR 设备已可实现自动销售，这证明了国外市场的用户教育基本完成。 2、在中国，用户教育仍在进行中。 相比之下，国内（包含非发达国家及地区）对VR 的认知要更晚。通过统计近一年国内VR 设备销售数字，国内体验过VR 内容的用户群体达到了200万以上，而对VR 概念有所认识的人群应该有1000万以上。能够达到这一数字主要借助了手机VR 头盔、线下VR 体验店两个途径。 AR 方面，国内的传播主要依赖手机VR 产品，尤其是奇幻咔咔在微信朋友圈的传播，推动了AR 概念的普及。另一方面，MagicLeap 的宣传文案传播至少200万微信用户群体，也让大众对AR 产生了极大兴趣，虽然这些人是被误导了。 2015总结三：资本热度持续走高 1、国外资本走在前列，融资额度巨大；
浅述虚拟现实技术的现状及发展前景 虚拟现实技术是一门新兴的边缘技术，它的研究内容涉及多个专业，应用空间也十分广泛，作为3D技术的一项重要应用，其在指控显示方面也有着重要的发展应用前景，下面就从以下几个方面对虚拟现实技术的发展状况进行简单的概述。 首先，从虚拟现实技术的定义入手，了解其基本内容。虚拟现实，又译为临境，灵境等，从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。虚拟现实的主要特征是：多感知性、浸没感、交互性、构想性。这些使操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征，对时空环境的现实构想是虚拟现实的最终目的。 其次，对国内外虚拟现实技术的发展历史及现状进行简单的总
结，全面认识虚拟现实技术的产生背景和现在的发展状况。国内外虚拟现实技术主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。 美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。上世纪80年代，美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护虚拟现实训练系统，空间站虚拟现实训练系统，并已经建立了可供全国使用的虚拟现实教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行虚拟现实研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在虚拟现实领域主要从事利用虚拟现实T建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于虚拟现实使得数据存取更容易的窗口系统。图形图像处理技术和传感器技术是以上虚拟现实项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。 欧洲各国在虚拟现实技术上也有诸多成果和应用。英国在虚拟现
虚拟现实产业背景介绍 虚拟现实产业作为新兴技术产业受到了国家的重点扶持，近几年出台的各种政策已经将虚拟现实产业提升到战略发展高度。 一、教育部高等教育司《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》 2013年9月，教育部高等教育司《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，按照“简政放权、管评分离”的原则，委托相关专家组织依据国家级虚拟仿真实验教学中心遴选要求，对全国各高校申报材料进行遴选，目前结果已经浮出水面，共有100家普通本科高等学校和军队高等学校获得“国家级虚拟仿真实验教学中心”称号，研究内容涵盖地理信息、医药医学、电力能源、工业制造、军事战场等各个领域。 二、中华人民共和国国民经济和社会发展“十三五”规划 《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》第二十三章第一节提到：提升新兴产业支撑作用支持新一代信息技术、新能源汽车、生物技术、绿色低碳、高端装备与材料、数字创意等领域的产业发展壮大。大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点。 三、国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020） 《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006～2020）的内容中提及，虚拟现实技术属于前沿技术中信息技术部分三大技术之一。重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领
国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告 一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在 VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比 VRML1.0增加了近 30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JAVA、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下： Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。 其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件， Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D 等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.doczj.com/doc/522664414.html, , https://www.doczj.com/doc/522664414.html,
虚拟现实技术现状及发展趋势 虚拟现实技术是一门新兴边缘的技术,研究内容涉及多个领域,应用十分广泛,被公认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。从虚拟现实的概念出发,对虚拟现实技术的国内外研究现状进行了充分论述,并展望了虚拟现实的发展趋势。 一、虚拟现实技术简介 虚拟现实(Virtual Reality,简称VR),又译为灵境技术，从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术,也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境,通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。 二、虚拟现实发展现状 计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具,并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,概括的国内外虚拟现实技术,它主要涉及到三个研究领域:通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面;使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。 1国外虚拟现实发展现状 1.1 VR技术在美国的研究现状 美国是虚拟现实技术研究的发源地，目前大部分研究机构都在美国。NASA Ames实验室一直是许多VRT思想的发源地.早在1981年,他们就开始研究空间信息显示，1984年开始了虚拟视觉环境显示项目,后来还开发了虚拟界面环境工作站。目前,Ames实验室正在致力于一个叫“虚拟行星探索”的试验计划。这一项目能使“虚拟探索者”利用虚拟环境来考察遥远的行星。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计,利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上,把虚拟的模板显示在正在加工的工件上,工人根据此模板控制待加工尺寸,从而简化加工过程。 1.2 VR技术在欧洲的研究现状 在欧洲，英国的Bristol公司开发的软件系统DVS是一个领先于某些标准操作系统环境。公司还提供了领先于DVS的环境编辑语言。在该语言中，VR被分成3类:实际环境检测、虚拟环境控制、虚拟环境显示。每个类别里有门的操作符模型，DVS软件则使每个操作符产生不同的功能。英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面,在欧洲来说是领先的。 1.3 VR技术在欧洲的研究现状 日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位,它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。东京大学的原岛研究室开展了3项研究：人类面部表情特征的提取、三维结构的判定
一、虚拟现实相关概述 （一）虚拟现实定义 虚拟现实（Virtual Reality）。虚拟现实简称VR，指的是利用计算机技术模拟产生三维的虚拟世界，让使用者及时、没有限制地感知虚拟空间内的事物，利用视觉、听觉、触觉等对人体进行全方位欺骗，达到让使用者“身临其境”的效果，形成良好的沉浸感。 图表虚拟现实技术基本原理 数据来源：产研智库 （二）虚拟现实发展特征 虚拟现实（VR）是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物并产生互动。用户进行位臵移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。虚拟现实需具备以下几个特征： 图表虚拟现实重要特征
数据来源：产研智库 二、虚拟现实的类型 分类的标准不同，VR的种类也就不同。根据目前的发展来看，最常见的VR 分类标准是按照其功能高低来进行划分。大体可分为4类：桌面式VR、沉浸式VR、分布式VR、增强现实性VR（AR）。 （一）桌面式虚拟现实 桌面虚拟现实系统（Desktop VR）基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。使用个人计算机（PC）或初级图形PC工作站去产生仿真，计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口。用户坐在PC显示器前，戴着立体眼镜，并利用位置跟踪器、数据手套或者6个自由度的三维空间鼠标等设备操作虚拟场景中的各种对象，并可以在360°范围内浏览虚拟世界。然而用户是不完全投入的，因为即使戴上立体眼镜，屏幕的可视角也仅仅是20°-30°之间，仍然会受到周围现实环境的干扰。有时为了增强桌面虚拟现实系统的投入效果，在桌面虚拟现实系统中还会借助于专业的投影机（RGB），达到增大屏幕范围和多数人观看的目的。 图表桌面虚拟现实系统的体系结构 数据来源：产研智库 桌面虚拟现实系统虽然缺乏头盔显示器的投入效果，但已经具备了虚拟现实技术的技术要求，并且其成本相对低很多，所以目前应用较为广泛。例如，高考结束的学生在家里可以参观未来大学里的基础设施，如学校里的虚拟校园、虚拟教室和虚拟实验室等；虚拟小区、虚拟样板房不仅为买房者带来了便利，也为商家带来了利益。桌面虚拟显示系统主要用于计算机辅助设计、计算机辅助制造、建筑设计、桌面游戏、军事模拟、生物工程、航天航空、
虚拟现实产业发展白皮书 编制单位：中国电子技术标准化研究院 全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会 2016年4月
版权声明 本白皮书版权属于中国电子技术标准化研究院（工业和信息化部电子工业标准化研究院），凡转载或引用本文的观点、数据，请注明“来源：中国电子技术标准化研究院”。
前言 信息产业是我国国民经济的基础性、战略性、先导性产业，对我国经济结构调整具有重要的示范意义，是稳增长、促改革的主战场。我国是全球领先的信息产业大国，以虚拟现实等产品为代表的一批市场反响好、用户体验佳的创新性产品推动了供给侧改革，成为提升消费类电子产品有效供给能力的重要手段。 虚拟现实技术起源于20世纪60年代，是指借助计算机系统及传感器技术生成三维环境，创造出一种崭新的人机交互方式，通过调动用户各种感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉等）来享受更加真实的、身临其境的体验。随着硬件性能的提升和成本的大幅度降低，近年来虚拟现实产品获得了广泛发展，特别是2016年美国消费电子展上，虚拟现实产品成为展会的绝对主角。 在工业和信息化部电子信息司指导下，中国电子技术标准化研究院组织编写了《虚拟现实产业发展白皮书》。本白皮书全面阐述国内外虚拟现实产业发展现状、技术特点、关键技术环节和主要应用领域等，并分析未来提升空间，给出相应的政策建议。最后，列出了当前国内外已发布的部分典型虚拟现实产品。 本白皮书主要起草人：刘华益、汪莉、单磊、杨震、贾博文、赵晓莺、张素兵、孙齐锋、路程、王聪。
目录 前言 (1) 一、虚拟现实发展情况综述 (4) （一）我国虚拟现实产业发展情况 (4) （二）国际虚拟现实产业发展情况 (5) （三）虚拟现实标准化情况 (7) 二、虚拟现实技术特点 (10) （一）技术综述 (10) （二）虚拟现实产业链 (12) （三）虚拟现实技术演进方向 (13) （四）虚拟现实技术瓶颈和急需解决问题 (16) 三、关键领域应用 (19) （一）军事领域 (19) （二）游戏娱乐领域 (19) （三）医学领域 (20) （四）工业领域 (20) （五）教育文化领域 (21) 四、我国虚拟现实提升空间 (21) （一）需提升硬件性能以支撑数据快速处理 (21) （二）需完善应用生态环境以拓展应用范围 (22) （三）需加强公共服务解决行业共性问题 (23) 五、政策建议 (23)
1.1.1虚拟现实技术国外发展现状 最早进行虚拟现实技术研究的国家—美国，把虚拟现实技术最初运用在军事领域上，目前国外的各个行业在虚拟现实技术都有长足的发展应用。美国在虚拟现实技术上最成熟的。上世纪末开始，美国把虚拟现实技术运用到军事上，模拟仿真在士兵的培训上，在士兵在训练时把相关的军事设备模拟出来现实在计算机屏幕上，在模拟出各种不同的环境供士兵训练。在1992年美国正式开始了对电力系统虚拟数据库方面的研究。美国宇航局的Ames实验室通过将数据手套工程化，从而让其拥有更高的实用性，同时在外太空的空间站里进行了实时的仿真实验。现在美国国家航空航天局（NASA）更是建立了航空和卫星发射与维护的虚拟现实仿真训练系以及空间站虚拟仿真系统。美国麻省理工学院在人工智能、机械人、计算机图形学的研究中处于领导者的地位，通过海军科研机构的资助其下属的林肯实验室研制出了世界上第一个头盔显示器。美国国防先进研究项目局则开发出了一套适合训练坦克编队的虚拟战场系统。北卡罗来纳大学在航空驾驶、仿真分子建模、外科手术仿真等技术上有着重大的研究。华盛顿大学技术中心把人机界面技术和虚拟现实技术结合，进而作用到制造、教育、设计、娱乐等领域上。 2.英国ARRL公司在虚拟重现技术上进行了研究，并取得了不错的成果。英国航空公司则利用虚拟现实技术来设计了仿真的高级战斗机座舱，运用虚拟现实技术来开发传统模拟器的潜力。欧洲其他国家对于虚拟现实技术也很重视，在该技术上的开发和应用力度都加大了。例如西班牙的多用户虚拟奥运会；德国的虚拟环境测试平台；荷兰海牙TNO研究所开发的体能训练模拟系统。同时对人机交互过程进行优化处理，以此来改进现有的模拟系统，让用户更好的融入模拟环境中。 3．目前日本在虚拟现实技术的开发发展和应用上是处于领先位置的。日本主要把虚拟现实技术运用在数据库和游戏开发上。东京技术学院的精密智能实验室就研发出了一个构建三维模型的人性化界面。日本电气股份有限公司则开发了一个为用户提供“虚拟手”的工具来处理三维模型的虚拟现实系统。该系统可以通过“数据手套"把模型和用户进行连接。东京大学原岛研究所对“虚拟人”开展了多项研究，例如对人的面部神经表情特征进行了研究分析然后提取；对人物的三维结构进行判断；实现人物的三维动画效果。富士通实验室对虚拟世界中生物模型与环境的相互影响进行了研究。与此同时他们还对虚拟现实中的手势进行了识别功能设计，让系统能对人的手势进行辨别，理解手势的含义。 由于国外仿真技术的发展相对成熟，使得虚拟技术在电力安全培训仿真技术得到应用。例如有技术人员利用虚拟现实应用软件对智能电网的在线安全做了分