虛擬現(xiàn)實簡稱，是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。

VR思想的起源
可追溯到1965年會議上的《終極的顯示》報告，一詞是80年代初美國公司的創(chuàng)建人之一T Jaron Lanier提出來的。系統(tǒng)在若干領(lǐng)域的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了它在90年代的興起。虛擬現(xiàn)實是高度發(fā)展的計算機技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)等相關(guān)。

總的來說，實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術(shù)是技術(shù)的3個主要方面。實物虛化是現(xiàn)實世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶操作的檢測和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術(shù)：

基本模型構(gòu)建技術(shù)。它是應(yīng)用計算機技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實世界的對象物體在相應(yīng)的虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時情況會有所不同，或?qū)庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行建模生成虛擬環(huán)境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。空間跟蹤技術(shù)。主要是通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等常用的交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在虛擬環(huán)境中的位置和方向。聲音跟蹤技術(shù)：利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。視覺跟蹤與視點感應(yīng)技術(shù)。使用從視頻攝像機到平面陣列、周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。

虛物實化是指確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實環(huán)境中一樣或相似的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)。能否讓參與者產(chǎn)生沉浸感的關(guān)鍵因素除了視覺和聽覺感知外，還有用戶能否在操縱虛擬物體的同時，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺和力覺感知。力覺感知主要由計算機通過力反饋手套、力反饋操縱桿對手指產(chǎn)生運動阻尼從而使用戶感受到作用力的方向和大小。觸覺反饋主要是基于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經(jīng)、肌肉模擬等方法來實現(xiàn)的。

高性能計算處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實時、逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)；多維信息數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫的生成；包括命令識別、語音識別，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內(nèi)的模式識別；分布式與并行計算，以及高速、大規(guī)模的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

然而，不能把虛擬現(xiàn)實和模擬仿真混淆，兩者是有一定區(qū)別的。概括地說，虛擬現(xiàn)實是模擬仿真在高性能計算機系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。在構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺應(yīng)用過程中，經(jīng)常會有由燃燒源產(chǎn)生的連續(xù)變化的煙塵干擾環(huán)境能見度的計算，從而影響環(huán)境的視覺效果、仿真實體的運行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強調(diào)煙塵的準(zhǔn)確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細(xì)致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規(guī)律，計算影響仿真結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。

分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)
分布式虛擬現(xiàn)實可以看作是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到同一個真實環(huán)境中，通過姿勢、聲音或文字等在一起進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計或進(jìn)行同一任務(wù)的演練。

目前，分布式虛擬現(xiàn)實的研究基于兩類網(wǎng)絡(luò)平臺。一是在Internet上，可追溯到早期基于文本的多參與者游戲，還有基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購物等。虛擬現(xiàn)實建模語言是一種可以發(fā)布3D網(wǎng)頁的跨平臺語言，可提供一種更自然的體驗方式，包括交互性、動態(tài)效果、延續(xù)性以及用戶的參與探索。

另一類則是在高速專用網(wǎng)上，如采用技術(shù)的美國軍方的國防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境則是1983年美國陸軍制定的虛擬環(huán)境研究計劃，這一計劃將分散在不同地點的地面坦克、車輛仿真器通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的訓(xùn)練和作戰(zhàn)演練。從1994年開始，美國陸軍與美國大西洋司令部聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭綜合演練場的研究，建成了一個包括海陸空多兵種、有3700多個仿真實體參與的地域范圍覆蓋500公里×750公里的軍事演練環(huán)境。

我國的虛擬現(xiàn)實現(xiàn)況
VR技術(shù)是一項投資大、具有高難度的科技領(lǐng)域，和一些發(fā)達(dá)國家相比，我國還有一定的差距，但已引起我國政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。“九五”攻關(guān)計劃、國家863計劃、國家自然科學(xué)基金會等都把VR技術(shù)的研究列入了資助范圍。我國軍方對VR技術(shù)的發(fā)展關(guān)注較早，而且支持研究開發(fā)的力度也越來越大。

我們國內(nèi)的一些院校和科研單位，陸續(xù)開展了UR技術(shù)的研究，而且可喜的是，已經(jīng)實現(xiàn)或正在研制的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)也有不少。像北京航空航天大學(xué)計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室集成的分布式虛擬環(huán)境；浙江大學(xué)心理學(xué)國家重點實驗室開發(fā)的虛擬故宮、CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；清華大學(xué)計算機系對虛擬現(xiàn)實和臨場感方面進(jìn)行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗等方面都具有不少獨特的方法；另外，西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所、上海交通大學(xué)等單位也進(jìn)行了不同領(lǐng)域、不同方面的UR技術(shù)研究工作，并取得了一批研究成果。

下面是北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實與可視化技術(shù)研究室的專家對他們的VR研究成果所做的介紹
 北航計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室在國家863計劃支持下，作為集成單位，與國防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所和解放軍測繪學(xué)院等單位一起建立了一個用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究和應(yīng)用的分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個專用計算機網(wǎng)絡(luò)以及支持分布式虛擬環(huán)境研究與應(yīng)用的各種標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)工具和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)（如三維逼真地形）組成。基于DVENET，一個分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境被成功開發(fā)出來。目前，應(yīng)用DVENET，可以實現(xiàn)包含遠(yuǎn)程的數(shù)十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進(jìn)行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥殹⒀萑藛T（即用戶）可以通過不同的交互方式控制真實的或虛擬的武器仿真平臺在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行異地協(xié)同與對抗戰(zhàn)術(shù)演練。總體上說，DVENET的技術(shù)水平已接近美國的STOW。

除了DVENET以外，VR技術(shù)還向民用領(lǐng)域推廣。“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”就是給中國科學(xué)技術(shù)館研制的，用戶可以駕駛虛擬直升機飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體驗VR的魅力；我們還給房地產(chǎn)公司開發(fā)了室內(nèi)外漫游系統(tǒng)，用戶可以在虛擬房屋中漫游審視，以決定是否訂購這種擬建房產(chǎn)。

總的來說，虛擬現(xiàn)實是一個充滿活力、具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍存在許多有待解決與突破的問題。為了提高VR系統(tǒng)的交互性、逼真性和沉浸感，在新型傳感和感知機理、幾何與物理建模新方法、高性能計算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學(xué)、社會學(xué)等方面都有許多具有挑戰(zhàn)性的問題有待解決。但是我們堅信在這一高新技術(shù)領(lǐng)域我國肯定會有所作為的。