虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR），是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說(shuō)，就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境， VR帶來(lái)了人機(jī)交互的新概念、新內(nèi)容、新方式和新方法，使得人機(jī)交互的內(nèi)容更加豐富、形象，方式更加自然、和諧。

深度創(chuàng)藝虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的技術(shù)目前主要有實(shí)物虛化、虛物實(shí)化、高性能計(jì)算處理技術(shù)和分布式虛擬顯示四種。

1、實(shí)物虛化

實(shí)物虛化主要包括基本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺(jué)跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對(duì)用戶操作的檢測(cè)和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。

（1）基本模型構(gòu)建技術(shù)

基本模型的構(gòu)建是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實(shí)世界的對(duì)象物體在相應(yīng)的三維虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。深度創(chuàng)藝的模型構(gòu)建首先是要建立對(duì)象物體的幾何模型，確定其空間位置和幾何元素的屬性并通過(guò)GIS數(shù)據(jù)或者遙感來(lái)增強(qiáng)虛擬環(huán)境的真實(shí)感，并在虛擬環(huán)境中遵循一定的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律。當(dāng)幾何模型和物理模型很難準(zhǔn)確地刻畫出真實(shí)世界中存在的某些特別對(duì)象或現(xiàn)象時(shí)，可根據(jù)具體的需要采用一些特別的模型構(gòu)建方法。

（2）空間跟蹤技術(shù)

 
CyberGlove II - 18 Sensors

虛擬環(huán)境的空間跟蹤主要是通過(guò)頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套(DATAGLOVE)，立體眼鏡，數(shù)據(jù)衣等交互設(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三維虛擬環(huán)境中的位置和方向。跟蹤系統(tǒng)一般由發(fā)射器、接收器和電子部件組成。目前,深度創(chuàng)藝的跟蹤系統(tǒng)有電磁、機(jī)械、光學(xué)、超聲等幾類。數(shù)據(jù)手套是VR系統(tǒng)常用的人機(jī)交互設(shè)備，它可測(cè)量出手的位置和形狀從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對(duì)虛擬物體的操縱。Cyber Glove通過(guò)手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。

（3）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(diǎn)的時(shí)間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤是深度創(chuàng)藝為客戶打造實(shí)物虛化的重要組成部分。聲音跟蹤一般包括若干個(gè)發(fā)射器、接受器和控制單元。它可以與頭盔顯示器相連，也可以與數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套等其他設(shè)備相連。

（4）視覺(jué)跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)

實(shí)物虛化的視覺(jué)跟蹤技術(shù)使用從視頻攝像機(jī)到X-Y平面陣列，周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時(shí)刻和不同位置上的投影，計(jì)算被跟蹤對(duì)象的位置和方向。視覺(jué)跟蹤的實(shí)現(xiàn)必須考慮精度和操作范圍間的折衷選擇，采用多發(fā)射器和多傳感器的設(shè)計(jì)能增強(qiáng)視覺(jué)跟蹤的準(zhǔn)確性，但使系統(tǒng)變得復(fù)雜并且昂貴。深度創(chuàng)藝的視點(diǎn)感應(yīng)是必須與顯示技術(shù)相結(jié)合的，采用了多種定位方法（眼罩定位、頭盔顯示、遙視技術(shù)和基于眼肌的感應(yīng)技術(shù)），可確定用戶在某一時(shí)刻的視線。例如將視點(diǎn)檢測(cè)和感應(yīng)技術(shù)集成到頭盔顯示系統(tǒng)中，飛行員僅靠“注視”就可在某些非常時(shí)期操縱虛擬開(kāi)關(guān)或進(jìn)行飛行控制。

2、虛物實(shí)化

確保用戶在虛擬環(huán)境中獲取視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)和觸覺(jué)等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)，是虛物實(shí)化的主要研究?jī)?nèi)容。

（1）視覺(jué)感知

虛擬環(huán)境中大部分具有一定形狀的物體或現(xiàn)象，可以通過(guò)多種途徑使用戶產(chǎn)生真實(shí)感很強(qiáng)的視覺(jué)感知。CRT顯示器、大屏幕投影、多方位電子墻、立體眼鏡、頭盔顯示器（HMD）等是VR系統(tǒng)中常見(jiàn)的顯示設(shè)備。不同的頭盔顯示器具有不同的顯示技術(shù)，根據(jù)光學(xué)圖像被提供的方式，頭盔顯示設(shè)備可分為投影式和直視式。能增強(qiáng)虛擬環(huán)境真實(shí)感的立體顯示技術(shù)，可以使用戶的左、右眼看到有視差的兩幅平面圖像，并在大腦中將它們合成并產(chǎn)生立體視覺(jué)感知。頭盔顯示器、立體眼鏡是兩種常見(jiàn)的立體顯示設(shè)備。目前，深度創(chuàng)藝基于激光全息計(jì)算的立體顯示技術(shù)、用激光束直接在視網(wǎng)膜上成像的顯示技術(shù)正在研究之中。

（2）聽(tīng)覺(jué)感知

聽(tīng)覺(jué)是僅次于視覺(jué)的感知途徑，虛擬環(huán)境的聲音效果，可以彌補(bǔ)視覺(jué)效果的不足，增強(qiáng)環(huán)境逼真度。

（3）力覺(jué)和觸覺(jué)感知

能否讓參與者產(chǎn)生“沉浸”感的關(guān)鍵因素之一是用戶能否在操縱虛擬物體的同時(shí)，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺(jué)和力覺(jué)感知。由于人的力覺(jué)感知非常敏感，一般精度的裝置根本無(wú)法滿足要求，而研制高精度力反饋裝置又相當(dāng)困難和昂貴，這是人們面臨的難題之一。如果沒(méi)有觸覺(jué)反饋，當(dāng)用戶接觸到虛擬世界的某一物體時(shí)容易使手穿過(guò)物體。深度創(chuàng)藝解決這種問(wèn)題的有效方法是在用戶的交互設(shè)備中增加觸覺(jué)反饋。觸覺(jué)反饋主要是基于視覺(jué)、氣壓感、振動(dòng)觸感、電子觸感和神經(jīng)肌肉模擬等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3、高性能計(jì)算處理技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技，高性能的計(jì)算處理技術(shù)是直接影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。具有高計(jì)算速度，強(qiáng)處理能力，大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)特性等特征的高性能計(jì)算處理技術(shù)是深度創(chuàng)藝研究的主要內(nèi)容。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究目標(biāo)是建立一個(gè)可供多用戶同時(shí)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)入到一個(gè)真實(shí)世界，不受物理時(shí)空的限制，通過(guò)姿勢(shì)、聲音或文字等“在一起”進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、研討、訓(xùn)練、娛樂(lè)，甚至協(xié)同完成同一件比較復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或進(jìn)行同一艱難任務(wù)的演練。深度創(chuàng)藝分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究有兩大陣營(yíng)。一個(gè)是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，如基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購(gòu)物。另一個(gè)是在由軍方投資的高速專用網(wǎng)，如采用ATM技術(shù)的美國(guó)軍方國(guó)防仿真互聯(lián)網(wǎng)DSI。

目前我國(guó)影視制作三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段多是采用同期國(guó)外現(xiàn)成的三維圖形引擎進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。目前比較流行，相對(duì)效率較高的三維圖形引擎主要有Vega、Vegaprim、Vtree、Virtools、Quest3D等。Vega系列的引擎的設(shè)計(jì)層次太多，直接導(dǎo)致了頂層系統(tǒng)難以直接有效的發(fā)揮硬件圖形設(shè)備的特性，而使其運(yùn)行隨著數(shù)據(jù)量的增加變得異常緩慢。

仿真技術(shù)的應(yīng)用在軍事與航天工業(yè)、城市規(guī)劃與經(jīng)營(yíng)、建筑設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、科技館、博物館、專業(yè)展示館、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與展示、古文化遺產(chǎn)還原以及保護(hù)、模擬訓(xùn)練設(shè)備、游戲、娛樂(lè)等眾多領(lǐng)域中。

除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天、通信、交通、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、體育、分子化學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。我們甚至可以大膽的預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將滲透到所有與信息系統(tǒng)相關(guān)的學(xué)科和領(lǐng)域。