摘要：虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，利用计算机生成模拟环境。 多源信息融合交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，利用头盔、数据手套等专业设备，用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象虚拟现实技术是仿真技术的重要方向和挑战性交叉技术。
关键词：虚拟现实技术虚拟环境计算机开发新型计算机
随着计算机技术的发展和应用方面的提高，虚拟现实技术也在相应地迅速发展。 特别是计算机的发展趋向超高速、超小型、平行处理和智能化，量子、光子、分子和纳米计算机具有感知、思维、判断、学习和一定的自然语言能力，使计算机进入人工智能时代。 这台新计算机将推动新的计算机技术革命，更加推动虚拟现实技术的迅速发展，深刻影响人类社会的发展。
1、虚拟现实技术概述
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR )是近年来出现的高新技术，又称灵境技术和人工环境。 该技术集成了计算机图形(CG )技术、计算机模拟技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是计算机技术辅助生成的高新技术模拟系统
虚拟现实技术的发展和应用离不开计算机技术的发展，两者是相辅相成的。 正确认识、分析和掌握虚拟现实技术的应用和发展，必须深入研究计算机技术的变化和发展趋势。 这样有助于更好地掌握和应用我们未来的虚拟现实技术。
2、计算机技术在虚拟现实技术中的应用
自1944年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机技术发展迅速，传统计算机的性能受到挑战，从基本原理开始寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研制应运而生，计算机技术的发展趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。 专家预计虚拟现实技术也将迅速发展。 特别是三维计算机图形学技术、采用多种功能传感器的交互接口技术和高清晰度显示技术在虚拟现实的应用中起着重要的作用。 此外，智能超级计算机和新的高性能计算机正在发展。 这有利于虚拟现实技术的快速发展。 虚拟现实技术是通过计算机将复杂的数据可视化并实时交换的环境。 与传统的计算机人机界面(如键盘、鼠标、图形用户界面和典型的Windows )相比，虚拟现实在技术和思想上都有了长足的进步。
3、虚拟现实系统的技术特点
3.1虚拟现实有效构建虚拟环境主要集中在两个方面，一是虚拟环境精确表示物体状态模型，二是环境可视化和渲染。
3.2虚拟现实是计算机系统设置的客观相近环境，是硬件、软件和外围设备的有机结合。
3.3用户可以通过自己的技能以6自由度在这个模拟环境中交互操作。
3.4虚拟现实的关键是传感技术。
3.5虚拟现实需要新的可感知动态数据库技术，视觉和听觉是必不可少的，需要与快速的动态数据库检索技术相结合。
3.6虚拟现实不仅是计算机图形学和计算机图形学产生的一幅画面，更重要的是人们通过计算机和各种人机界面与机器进行交互，从精神上进入环境。 人工智能、模糊逻辑、神经元技术需要结合。
4、虚拟现实硬件设备与软件技术和计算机技术的融合
在虚拟现实系统中，硬件设备主要包括三部分：输入设备、输出设备和虚拟世界生成设备。 此外，系统还需要有关虚拟现实的技术。
4.1虚拟现实输入设备。 有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两大类。 一种是用于输入虚拟世界信息的自然交互设备。 另一种是三维位置跟踪器，主要用于确定输入设备在三维空间中的位置，并将该位置发送到虚拟现实系统中。 虚拟世界多为与人进行自然交互的实现形式，有基于语音、基于手等多种形式。 例如是数据手套、数据件、三维控制器、三维扫描器等。 手是我们与外界物理接触、有意识表达的最主要媒介，在人机交互设备中也是如此。 基于手的自然交互形式最常见，对应的数字化设备很多，这类产品中最常用的是数据手套。
4.2虚拟现实的输出设备。 人要置身虚拟世界，感受沉浸感，虚拟世界必须能够模拟现实世界中的各种感觉，如视觉、听觉、触觉、力觉、痛感、味觉、嗅觉等。 基于现有技术水平，成熟和相对成熟的感知信息生成和检测技术只有视觉、听觉和触觉(力觉)三种。 感知设备的作用是将虚拟世界的各种感知信号转换为人类可接受的多通道刺激信号，目前主要应用的是基于视觉、听觉、力觉感知的设备，基于味觉、嗅觉等的设备的开发研究有待进行。
4.3虚拟现实的生成设备。 在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成设备，因此也有人称之为“虚拟现实引擎”。 必须首先创建虚拟世界场景，并实时响应用户的各种方法输入。
通常，虚拟世界生成设备主要分为四大类：高性能个人计算机、高性能图形工作站、高度并行的计算机系统和基于分布式计算机的虚拟现实系统。
4.4虚拟现实技术。 虚拟现实系统的目标是计算机生成虚拟世界，用户可以进行视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等全方位的交互，虚拟现实系统可以实时响应。 实现这个目标，除了需要一些专业的硬件设备外，还有很多相关的技术和软件需要保证，特别是在现阶段计算机的运行速度还没有达到虚拟现实系统所要求的情况
况下，相关技术就显得更加重要。虚拟现实的相关技术主要有立体视觉显示技术、环境建模技术、真实感实时绘制技术、三维虚拟声音的实现技术、自然交互与传感技术等等。4.4.1 立体视觉显示技术。人类从客观世界获得的信息的80%以上来自视觉，视觉信息的获取是人类感知外部世界、获取信息的最主要的传感通道，视觉通道成为多感知的虚拟现实系统中最重要的环节。
在视觉显示技术中，实现立体显示技术是较为复杂与关键的，立体视觉显示技术是虚拟现实的重要支撑技术。
4.4.2 环境建模技术。在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，要建立虚拟环境，首先要建模，然后在其基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。在虚拟现实系统中，环境建模应该包括有基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。但基于目前的技术水平，常见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。
4.4.3 真实感实时绘制技术。要实现虚拟现实系统中的虚拟世界，仅有立体显示技术是远远不够的，虚拟现实中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的产生不仅需要真实的立体感，而且虚拟世界还必须实时生成，这就必须要采用真实感实时绘制技术。所谓真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。
4.4.4 三维虚拟声音的实现技术。在虚拟现实系统中加入与视觉并行的三维虚拟声音，一方面可以在很大程度上增强用户在虚拟世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以减弱大脑对于视觉的依赖性，降低沉浸感对视觉信息的要求，使用户能从既有视觉感受又有听觉感受的环境中获得更多的信息。
5、总结
能看到虚拟现实技术对计算机技术的联系性非常紧密，并且虚拟现实技术对计算机设备的应用分类也越来越具体，越来越广泛。相应的计算机设备也应用到虚拟现实技术的对应环节上。虚拟现实技术是一个极具潜力的前沿研究方向，是面向21世纪的重要技术之一。它在理论，软硬件环境的研究方面依赖于多种技术的综合，其中有很多技术有待完善。可以预见，随着技术的发展，虚拟现实技术及其应用会越来越广泛。
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