虛擬現(xiàn)實(shí)VR基本概念

第1章虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）基本概念前言VRML是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的簡(jiǎn)稱，它的任務(wù)是在Internet上實(shí)現(xiàn)虛擬的三維環(huán)境，并且能讓瀏覽者與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。近些年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及其他相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和互相融合，給VRML技術(shù)的發(fā)展和深入應(yīng)用提供了廣泛的空間。了解和掌握VRML技術(shù)從而在Internet上構(gòu)建虛擬的三維世界是許多人乃至許多行業(yè)的需要。本書旨在把VRML知識(shí)和技術(shù)介紹給有志于學(xué)習(xí)掌握VRML，從而在網(wǎng)絡(luò)3D領(lǐng)域中進(jìn)一步深入發(fā)展的人員。本書比較全面地介紹了VRML的知識(shí)和基本使用，包括所有節(jié)點(diǎn)的基本概念和使用方法，路由和事件的使用，VRMLScript腳本語(yǔ)言的使用。同時(shí)，圖解介紹了VRML可視化創(chuàng)作工具InternetSpaceBuilder軟件的基本使用，內(nèi)容涵蓋了VRML創(chuàng)建場(chǎng)景的各個(gè)方面。在內(nèi)容編排上，力求由淺入深，節(jié)點(diǎn)按照使用的方法分類介紹，有助于更好的學(xué)習(xí)掌握使用VRML創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景的方法的技巧。從發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，單純使用VRML節(jié)點(diǎn)而不借助于編程語(yǔ)言的強(qiáng)大的控制能力是有局限的，在Internet上創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)交互的場(chǎng)景也會(huì)有困難。VRMLScript作為一種腳本語(yǔ)言，很好地支持VRML的對(duì)象和事件，所以對(duì)該內(nèi)容本書也給予適當(dāng)?shù)钠右越榻B。全書以節(jié)點(diǎn)的介紹、分析為主線，并輔以大量的例題，目的在于加強(qiáng)對(duì)介紹內(nèi)容的理解，同時(shí)強(qiáng)化訓(xùn)練創(chuàng)建場(chǎng)景的技能和技巧。隨著問(wèn)題的深入，逐漸加強(qiáng)例題對(duì)于節(jié)點(diǎn)使用的覆蓋，并配有相應(yīng)的習(xí)題以鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容和檢查對(duì)于章節(jié)內(nèi)容掌握的程度。為了加強(qiáng)學(xué)習(xí)中的可操作性和從實(shí)踐練習(xí)中逐漸掌握所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，書中除可視化操作一節(jié)外，所有范例均用編輯器完成，使學(xué)習(xí)者在不斷的練習(xí)中熟悉VRML的節(jié)點(diǎn)、事件接口等核心內(nèi)容，有助于將來(lái)的深入發(fā)展。本書范例全部使用ParallelGraphics公司的VrmlPad編輯器完成，瀏覽器使用該公司的Cortona4.0，如果讀者使用另外的瀏覽器，效果難免會(huì)有些差異。在隨書光盤中附有本書的全部例題和運(yùn)行效果的圖片，以供參照。感謝受首鋼工學(xué)院的牛平副教授在百忙中審閱此書。由于編者水平有限，本書可能還有不足之處，希望讀者提出寶貴意見。作者2004年3月本章各小節(jié)目錄1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)1.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征1.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域本章小結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近幾年來(lái)興起的一門新技術(shù)，并且得到了迅速的發(fā)展。同其他許多新興技術(shù)一樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的成就，諸如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等等。這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮螅瑧?yīng)用前景也十分廣闊。1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)是對(duì)真實(shí)世界的模擬，一方面它能對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境作逼真的描述，另一方面還能使得人們?cè)谟^察虛擬環(huán)境的時(shí)候猶如身臨其境，可以與之進(jìn)行交互。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)世界從而形成模擬環(huán)境的技術(shù)。是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)各種復(fù)雜的信息加工處理、進(jìn)行可視化操作并且與之交互的一種方式。一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)借助于多種技術(shù)的融合合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)的逼逼真描描述，，另一一方面面使人人們能能與描描述出出的虛虛擬環(huán)環(huán)境進(jìn)進(jìn)行交交互。。由于綜綜合了了許多多相關(guān)關(guān)學(xué)科科領(lǐng)域域的技技術(shù)，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)有望望得到到更大大的發(fā)發(fā)展，，即利利用該該技術(shù)術(shù)所創(chuàng)創(chuàng)建的的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境境既能能逼真真地再再現(xiàn)客客觀世世界，，同時(shí)時(shí)還能能超越越客觀觀世界界，使使得介介入者者不僅僅僅能能夠融融合其其中，，并且且還能能夠駕駕馭和和操縱縱這個(gè)個(gè)虛擬擬環(huán)境境。因因而，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)不僅僅僅是是真實(shí)實(shí)環(huán)境境在計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)中的的再現(xiàn)現(xiàn)，也也是人人們借借助于于飛速速發(fā)展展的計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)術(shù)對(duì)我我們生生活世世界的的真實(shí)實(shí)體驗(yàn)驗(yàn)的方方法和和技術(shù)術(shù)，是是人機(jī)機(jī)交互互的一一種全全新模模式。。綜上所所述，，利用用虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)能能夠給給人身身臨其其境的的感覺(jué)覺(jué)，同同時(shí)參參與者者和虛虛擬環(huán)環(huán)境能能夠?qū)崒?shí)現(xiàn)交交互，，再有有參與與者能能夠在在虛擬擬環(huán)境境中具具有自自己的的視點(diǎn)點(diǎn)并且且環(huán)境境能夠夠迅速速反映映參與與者視視點(diǎn)的的變化化。2．虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展1965年，美美國(guó)科科學(xué)家家Sutherland在他發(fā)發(fā)表的的《終極的的顯示示》論文中中首次次提出出了對(duì)對(duì)于虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)發(fā)發(fā)展極極有意意義的的諸如如交互互圖形形顯示示以及及力回回饋設(shè)設(shè)備的的基本本概念念，這這些概概念在在現(xiàn)在在已經(jīng)經(jīng)得以以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)并且且還在在不斷斷發(fā)展展。可可以說(shuō)說(shuō)，從從那個(gè)個(gè)時(shí)候候起，，人們們開始始了對(duì)對(duì)于虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的有目目的性性的研研究和和探索索，而而不再再僅僅僅是幻幻想。。此后不不久，，美國(guó)國(guó)麻省省理工工學(xué)院院的林林肯實(shí)實(shí)驗(yàn)室室正式式開始始了頭頭盔式式顯示示器的的研制制工作作。這這可以以算是是虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)在硬硬件技技術(shù)上上的探探索和和發(fā)展展，因因?yàn)榇舜撕螅?，人們們不斷斷地在在完善善和改改進(jìn)虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)設(shè)備備。直直到現(xiàn)現(xiàn)今，，形形形色色色的如如數(shù)據(jù)據(jù)手套套、頭頭盔式式顯示示器等等已經(jīng)經(jīng)在許許多場(chǎng)場(chǎng)合有有了具具體的的應(yīng)用用。正正是由由于許許多人人卓越越努力力和相相關(guān)技技術(shù)的的飛速速發(fā)展展，虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)領(lǐng)域里里的研研究取取得了了很大大的進(jìn)展，，1980年正式式提出出了““VirtualReality”這個(gè)個(gè)使用用至今今的名名詞。。20世紀(jì)80年代，，許多多部門門和組組織都都在從從事虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的研究究，其其中，，美國(guó)國(guó)宇航航員（（NASA）及美美國(guó)國(guó)國(guó)防部部組織織的一一系列列有關(guān)關(guān)虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)的研研究取取得了了令人人振奮奮的研研究成成果，，從而而激發(fā)發(fā)了人人們對(duì)對(duì)虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)研究究的更更大熱熱情以以及對(duì)對(duì)虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)的廣廣泛關(guān)關(guān)注。。尤尤其在在1984年，美美國(guó)宇宇航局局Ames研究中中心虛虛擬行行星探探測(cè)實(shí)實(shí)驗(yàn)室室組織織開發(fā)發(fā)的用用于火火星探探測(cè)的的虛擬擬環(huán)境境視覺(jué)覺(jué)顯示示器，，取得得了成成功，，將將火星星探測(cè)測(cè)器發(fā)發(fā)回的的數(shù)據(jù)據(jù)輸入入計(jì)算算機(jī)，，為地地面研研究人人員構(gòu)構(gòu)造了了火星星表面面的三三維虛虛擬環(huán)環(huán)境。。該研研究中中心在在隨后后的虛虛擬交交互環(huán)環(huán)境工工作站站的項(xiàng)項(xiàng)目中中又開開發(fā)了了通用用多傳傳感個(gè)個(gè)人仿仿真器器和遙遙控設(shè)設(shè)備。?？梢砸哉f(shuō)，，在那那個(gè)時(shí)時(shí)候，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)已經(jīng)經(jīng)進(jìn)入入到了了科學(xué)學(xué)研究究領(lǐng)域域，并并且取取得了了鼓舞舞人心心的進(jìn)進(jìn)展。。同許多多其他他學(xué)科科一樣樣，相相關(guān)技技術(shù)的的發(fā)展展對(duì)虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)起起了極極大的的促進(jìn)進(jìn)作用用。特特別是是計(jì)算算機(jī)技技術(shù)、、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)術(shù)、圖圖形學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)等的的飛速速發(fā)展展，使使得虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)也也獲得得了長(zhǎng)長(zhǎng)足的的進(jìn)步步。進(jìn)入90年代，，隨著著計(jì)算算機(jī)硬硬件技技術(shù)、、電子子技術(shù)術(shù)飛速速發(fā)展展，計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)軟件件系統(tǒng)統(tǒng)日趨趨完善善，計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)已經(jīng)經(jīng)有能能力承承擔(dān)基基于大大型數(shù)數(shù)據(jù)集集合的的聲音音和圖圖像的的實(shí)時(shí)時(shí)動(dòng)畫畫制作作，同同時(shí)，，基于于虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)、人人工智智能技技術(shù)的的人機(jī)機(jī)交互互系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)也也不斷斷涌現(xiàn)現(xiàn)，輸輸入輸輸出設(shè)設(shè)備不不斷創(chuàng)創(chuàng)新，，都使使得以以往難難于實(shí)實(shí)現(xiàn)的的設(shè)想想成為為現(xiàn)實(shí)實(shí)。利利用用虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)宇航航員成成功地地完成成了從從航天天飛機(jī)機(jī)的運(yùn)運(yùn)輸艙艙內(nèi)取取出新新的望望遠(yuǎn)鏡鏡面板板的工工作、、采用用虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)波音音777獲得成成功等等就是是近年年來(lái)在在科技技界引引起較較大反反響的的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)的成成就。。在90年代，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)還不不斷向向許多多領(lǐng)域域拓展展，由由于計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)術(shù)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)、、三維維圖像像技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)在因因特上上也取取得了了進(jìn)展展。作作為因因特網(wǎng)網(wǎng)三維維技術(shù)術(shù)的VRML建模語(yǔ)語(yǔ)言正正是90年代起起步并并且逐逐步發(fā)發(fā)展起起來(lái)的的。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)具具有身身臨其其境的的虛擬擬環(huán)境境以及及圖形形交互互等突突出的的特點(diǎn)點(diǎn)使得得它不不再僅僅僅是是某些些尖端端領(lǐng)域域、特特殊行行業(yè)的的專業(yè)業(yè)技術(shù)術(shù)，除除上述述的軍軍事、、航天天領(lǐng)域域外，，虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)在醫(yī)醫(yī)療、、教育育培訓(xùn)訓(xùn)、娛娛樂(lè)、、工業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)、生生產(chǎn)制制造、、信息息管理理、商商業(yè)貿(mào)貿(mào)易、、建筑筑行業(yè)業(yè)等都都有相相應(yīng)的的發(fā)展展，理理論研研究和和應(yīng)用用實(shí)踐踐使得得虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)術(shù)更加加趨于于完善善，發(fā)發(fā)展也也更加加迅速速。1.2虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)由由于應(yīng)應(yīng)用的的不同同，實(shí)實(shí)現(xiàn)方方法也也不同同，一一般說(shuō)說(shuō)來(lái)，，作為為高級(jí)級(jí)應(yīng)用用的虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)離離不開開滿足足虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)要求求的硬硬件設(shè)設(shè)備。。而作作為桌桌面計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)則往往往無(wú)無(wú)需特特別硬硬件設(shè)設(shè)備的的支持持，隨隨著因因特網(wǎng)網(wǎng)的普普及和和發(fā)展展，出出現(xiàn)了了很多多在因因特網(wǎng)網(wǎng)上實(shí)實(shí)現(xiàn)虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境的的方法法。有有些是是純粹粹用軟軟件技技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)的的。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的硬件件設(shè)備備虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)由由于應(yīng)應(yīng)用和和目的的不同同，需需要的的硬件件設(shè)備備也不不同，，一般般常見見的虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)該包包括下下述幾幾個(gè)方方面的的硬件件設(shè)備備。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)跟跟蹤蹤傳傳感感設(shè)設(shè)備備：：獲獲得得人人在在虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境中中的的動(dòng)動(dòng)作作、、感感知知等等信信息息；；虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)顯顯示示設(shè)設(shè)備備：：用用于于觀觀察察者者觀觀看看虛虛擬擬場(chǎng)場(chǎng)景景時(shí)時(shí)增增加加真真實(shí)實(shí)的的效效果果從從而而產(chǎn)產(chǎn)生生真真實(shí)實(shí)的的感感受受。。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)的的虛虛擬擬手手設(shè)設(shè)備備：：用用于于在在虛虛擬擬場(chǎng)場(chǎng)景景中中模模擬擬人人手手對(duì)對(duì)周周圍圍環(huán)環(huán)境境的的感感知知、、操操縱縱和和控控制制。。此外外，，根根據(jù)據(jù)不不同同的的需需要要，，還還應(yīng)應(yīng)該該有有滿滿足足虛虛擬擬要要求求的的聲聲音音設(shè)設(shè)備備以以及及模模擬擬一一些些觸觸覺(jué)覺(jué)和和感感知知度度的的設(shè)設(shè)備備如如力力回回饋饋、、觸觸覺(jué)覺(jué)回回饋饋裝裝置置等等。。目前前常常見見的的也也較較普普及及的的設(shè)設(shè)備備有有頭頭盔盔屏屏幕幕顯顯示示器器、、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)手手套等等。。頭盔盔屏屏幕幕顯顯示示器器（（HeadMountedDisplay，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱HMD）（（圖圖1-1）是是虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)中中十十分分重重要要的的硬硬件件設(shè)設(shè)備備，，也也是是虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)中中最最早早使使用用的的硬硬件件設(shè)設(shè)備備。。它它屬屬于于虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)的的顯顯示示設(shè)設(shè)備備。。數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)頭頭盔盔按按照照人人的的視視覺(jué)覺(jué)原原理理放放大大了了圖圖像像，，使使得得人人的的整整個(gè)個(gè)視視野野都都包包容容在在虛虛擬擬場(chǎng)場(chǎng)景景之之內(nèi)內(nèi)。。同同時(shí)時(shí)，，還還把把人人的的頭頭部部動(dòng)動(dòng)作作和和虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境的的變變化化相相結(jié)結(jié)合合。。動(dòng)動(dòng)作作和和情情景景變變化化的的協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)一一致致，，產(chǎn)產(chǎn)生生了了逼逼真真的的視視覺(jué)覺(jué)感感受受。。HMD的基基本本原原理理是是將將小小型型二二維維顯顯示示器器所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的圖圖像像借借助助于于光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)放放大大。。小小型型二二維維顯顯示示器器所所發(fā)發(fā)出出的的光光線線經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)凸凸透透鏡鏡使使圖圖像像因因折折射射產(chǎn)產(chǎn)生生類類似似遠(yuǎn)遠(yuǎn)方方效效果果，，從從而而將將近近處處物物體體放放大大至至遠(yuǎn)遠(yuǎn)處處觀觀賞賞而而達(dá)達(dá)到到一一種種虛虛擬擬的的全全像像視視覺(jué)覺(jué)。。目前前，，頭頭盔盔顯顯示示器器的的光光學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和制制造造技技術(shù)術(shù)日日趨趨完完善善，，除除了了在在許許多多虛虛擬擬顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)中中得得到到普普遍遍應(yīng)應(yīng)用用以以外外，，還還拓拓展展到到一一般般的的應(yīng)應(yīng)用用中中。。例例如如有有些些電電腦腦游游戲戲已已經(jīng)經(jīng)利利用用頭頭盔盔屏幕幕顯顯示示器器增增加加游游戲戲的的真真實(shí)實(shí)感感。。另外外一一個(gè)個(gè)在在虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)中中經(jīng)經(jīng)常常出出現(xiàn)現(xiàn)的的硬硬件件設(shè)設(shè)備備就就是是數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)手手套套（（DateGlove）（（圖圖1-2），，屬屬于于虛虛擬擬顯顯示示系系統(tǒng)統(tǒng)的的虛虛擬擬手手設(shè)設(shè)備備。。它它的的基基本本原原理理是是借借助助于于光光學(xué)學(xué)識(shí)識(shí)別別的的方方法法。。附附在在手手套套上上每每根根手手指指的的光光纖纖連連接接附附于于手手套套指指尖尖部部分分的的發(fā)發(fā)光光二二極極管管，，光光纖纖的的另另一一端端連連接接光光學(xué)學(xué)識(shí)識(shí)別別晶晶片片，，光光信信號(hào)號(hào)由由光光學(xué)學(xué)識(shí)識(shí)別別晶晶片片轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為電電信信號(hào)號(hào)被被處處理理。。數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)手手套套是是虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的主主要要交交互互設(shè)設(shè)備備，，它它作作為為一一只只虛虛擬擬的的手手和和三三維維虛虛擬擬場(chǎng)場(chǎng)景景交交互互，，可可以以模模擬擬人人手手在在虛虛擬擬場(chǎng)場(chǎng)景景中中進(jìn)進(jìn)行行抓抓取取物物體體、、移移動(dòng)動(dòng)物物體體甚甚至至裝裝配配物物體體從從而而實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境中中的的操操縱縱、、控控制制等等。。2.虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)來(lái)，虛擬擬現(xiàn)實(shí)的的實(shí)現(xiàn)可可以分為為兩類：：高級(jí)的的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)以及桌桌面虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)。作為虛擬擬現(xiàn)實(shí)的的高級(jí)應(yīng)應(yīng)用，其其特征是是借助于于前面提提到的各各種硬件件設(shè)備，，利用諸諸如虛擬擬現(xiàn)實(shí)的的視覺(jué)三三維顯示示技術(shù)、、聽覺(jué)三三維還原原技術(shù)、、觸覺(jué)感感知技術(shù)術(shù)以及虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的交互互技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)。例例如虛擬擬現(xiàn)實(shí)在在航天、、軍事、、醫(yī)療，，工業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)與制制造等方方面的應(yīng)應(yīng)用。這這些應(yīng)用用要求很很高，參參與性強(qiáng)強(qiáng)，完全全沉浸，，實(shí)時(shí)交交互并且且使得參參與者對(duì)對(duì)環(huán)境力力求有真真實(shí)的控控制。系系統(tǒng)本身身技術(shù)復(fù)復(fù)雜，造造價(jià)也高高，用于于專門的的應(yīng)用。。如我國(guó)國(guó)研制的的飛機(jī)牽牽引與加加油模擬擬訓(xùn)練器器、特種種車輛牽牽引仿真真器就是是這樣的的一個(gè)系系統(tǒng)。這里談及及的桌面面虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)指的的是強(qiáng)調(diào)調(diào)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)驗(yàn)的虛擬擬環(huán)境，，其特征征是無(wú)需需借助于于特別的的硬件設(shè)設(shè)備，甚甚至可以以僅用軟軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的費(fèi)用用低，但但是不能能實(shí)現(xiàn)完完全的參參與，復(fù)復(fù)雜的感感知也很很難體現(xiàn)現(xiàn)。目前前，這類類系統(tǒng)往往往應(yīng)用用在各種種虛擬的的演示上上，大多多借助于于網(wǎng)絡(luò)傳傳播。譬譬如，一一些虛擬擬城市、、虛擬校校園等，，給人以以逼近真真實(shí)的感感觀。本本書介紹紹的VRML建模語(yǔ)言言是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬環(huán)環(huán)境體驗(yàn)驗(yàn)的一個(gè)個(gè)很優(yōu)秀秀的建模模工具，，往往應(yīng)應(yīng)用于構(gòu)構(gòu)建各種種虛擬場(chǎng)場(chǎng)景。它它能夠提提供交互互性，使使瀏覽者者有較強(qiáng)強(qiáng)的參與與性。此此外，基基于圖像像處理的的全景攝攝影技術(shù)術(shù)也是這這樣的一一個(gè)虛擬擬體驗(yàn)，，在虛擬擬公園、、虛擬旅旅游方面面有較好好的應(yīng)用用。當(dāng)然然它還不不能算得得上是真真正意義義上的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)，，也未能能實(shí)現(xiàn)真真正的3D效果，但但是和別別的相關(guān)關(guān)技術(shù)結(jié)結(jié)合，對(duì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬的的體驗(yàn)很很有幫助助。1.3虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)的的基本特特征從計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)的的角度而而言，虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)是是一種更更為先進(jìn)進(jìn)的人機(jī)機(jī)接口的的方式。。不同于于以往意意義上的的可視化化操作界界面、圖圖形用戶戶界面等等。虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)給用用戶提供供了視聽聽、接觸觸甚至操操縱控制制等直觀觀方便的的實(shí)時(shí)交交互方法法。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)具有下下述幾個(gè)個(gè)方面的的特征。。1．交互性性(Interaction)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的對(duì)對(duì)周圍環(huán)環(huán)境的模模擬，更更為重重要的是是人們可可以與這這個(gè)虛擬擬環(huán)境進(jìn)進(jìn)行交互互，從而而把人在在自然環(huán)境中同同周圍事事物的聯(lián)聯(lián)系帶入入到虛擬擬的世界界中來(lái)。。在虛擬擬環(huán)境中中，介入入者不是是被動(dòng)的的接受所所提供的的信息，，能夠操操縱、控控制虛擬擬場(chǎng)景中中所感興興趣的對(duì)對(duì)象的形形態(tài)、運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀況況等。例例如，中中國(guó)科技技大學(xué)已已經(jīng)有了了基于局局域網(wǎng)的的大學(xué)物物理仿真真實(shí)驗(yàn)、、幾何光光學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)驗(yàn)平平臺(tái)，實(shí)實(shí)現(xiàn)了實(shí)實(shí)驗(yàn)者的的交互和和控制。。2．沉浸度度(Immersion)無(wú)論計(jì)算算機(jī)所創(chuàng)創(chuàng)建的虛虛擬環(huán)境境是真實(shí)實(shí)世界的的再現(xiàn)，，還是來(lái)來(lái)自人們們的幻想想構(gòu)建的的超越自自然環(huán)境境的世界界，都能能夠讓人人不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的瀏瀏覽，而而是虛擬擬環(huán)境中中參與者者，是它它的一部部分，這這就是沉沉浸的含含義。在在這里，，參與者者能夠體驗(yàn)到自自然世界界中的各各種感知知，如視視覺(jué)、聽聽覺(jué)、觸觸覺(jué)等，，進(jìn)而在在虛擬環(huán)環(huán)境中達(dá)達(dá)到一種種忘我的的境界。。許多虛虛擬城市市、虛擬擬校園雖雖然由于于網(wǎng)絡(luò)條條件、硬硬件環(huán)境境等原因因，目前前還只是是一種感感受和體體驗(yàn)，但但是給瀏瀏覽者的的那種身身臨其境境的感覺(jué)覺(jué)是常規(guī)規(guī)的文本本、圖片片信息所所不能代代替的。。3．幻想性性(Imagination)人類的想想像力是是創(chuàng)造的的源泉，，虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)提供供了人們們發(fā)揮想想像力的的空間。。它即能能再現(xiàn)我我們周圍圍的世界界，使得得各種各各樣的虛虛擬系統(tǒng)統(tǒng)在各行行各業(yè)發(fā)發(fā)揮重要要的作用用。同時(shí)時(shí)，還能能夠按照照人們的的想像構(gòu)構(gòu)建超越越現(xiàn)實(shí)的的環(huán)境，，拓寬了了人們認(rèn)認(rèn)知事物物的程度度。4．多感知知性（Multi-Sensation）人在自然然環(huán)境中中能夠有有各種各各樣的感感覺(jué)，理理想的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境應(yīng)應(yīng)該具有有人所具具有的感感知功能能。所謂謂多感知知性就是是虛擬環(huán)環(huán)境要實(shí)實(shí)現(xiàn)力覺(jué)覺(jué)感知、、觸覺(jué)感感知、運(yùn)運(yùn)動(dòng)感知知、甚至至包括味味覺(jué)感知知、嗅覺(jué)覺(jué)感知等等。目前前，有些些感知虛虛擬環(huán)境境已經(jīng)能能夠很好好實(shí)現(xiàn)了了。借助助于力回回饋技術(shù)術(shù)參與者者能夠感感覺(jué)到力力的作用用。有些些游戲雖雖然尚未未能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)真正意意義的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)，但是是借助于于力回饋饋手柄已已經(jīng)能夠夠使游戲戲者感到到撞車等等感受。。1.4虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)的的主要應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域域由于能夠夠再現(xiàn)真真實(shí)的環(huán)環(huán)境，并并且人們們可以介介入其中中參與交交互，使使得虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)可以以在許多多方面得得到廣泛泛的應(yīng)用用。隨著著各種技技術(shù)的融融合，相相互促進(jìn)進(jìn)和發(fā)展展，虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)在航航天、軍軍事、通通信、醫(yī)醫(yī)療、教教育、娛娛樂(lè)、建建筑和商商業(yè)等各各個(gè)領(lǐng)域域都有極極大的發(fā)發(fā)展和應(yīng)應(yīng)用前景景。在軍事領(lǐng)領(lǐng)域中，，利用虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)可可以模擬擬新式武武器如飛飛機(jī)的操操縱與訓(xùn)訓(xùn)練，以以取代危危險(xiǎn)的實(shí)實(shí)際操作作。并且且利用虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)對(duì)于實(shí)實(shí)際環(huán)境境的仿真真，可以以在虛擬擬的或者者仿真環(huán)環(huán)境中進(jìn)進(jìn)行大規(guī)規(guī)模的軍軍事演習(xí)習(xí)的模擬擬。由虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)模擬的的場(chǎng)景可可以同真真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)一樣，，操作人人員可以以體驗(yàn)到到真實(shí)的的攻擊與與被攻擊擊的感覺(jué)覺(jué)。在航天領(lǐng)領(lǐng)域中，，虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)既可以以模擬出出真實(shí)的的太空環(huán)環(huán)境，又又能作為為飛行器器訓(xùn)練的的模擬平平臺(tái)，無(wú)無(wú)疑是有有實(shí)際意意義的