虚拟现实的应用现状

方之昊

虚拟现实是当今重要的技术之一，本文主要浅谈其发展的历史、相关的关键技术及广阔的应用，旨在通过介绍虚拟现实的现状，来表达对未来虚拟现实的展望。

1.虚拟现实的概念和简介

相信大家看过《头号玩家》这部电影，我也特地到电影院观看了这部电影。这里面就讲述的是人类沉浸于虚拟现实之中，虚实相生，玩味无穷。

虚拟现实是一种综合了多种技术而发展起来的，同时也是计算机领域的最新技术。尽管作为一门新的技术，它的发展也相当迅速，应用也相当的广泛，也早已融入我们的生活当中。目前，虚拟现实技术也被公认为21世纪最重要的技术之一。

当然，虚拟毕竟是虚拟的，并非一个真实的世界，而是一个可以交换的环境，通过各种技术手段，比如：数字图像处理，人机接口技术，信息传感技术，心理学等。利用这些技术，可以让人们有身临其境的感觉，随着技术的发展与成熟，原本枯燥无味的计算机，伴随着虚拟现实的出现，显得更加人性化。通过三维设备与物体接触，实现了人机交换，这同时也是虚拟现实技术的核心所在。

2.虚拟现实的发展历史

虚拟现实的历史大致分为三个阶段：

2.1 20世纪50年代-20世纪60年代末

1956年，Morton Heileg 发明了叫sensorama的仿真摩托车，随后1962年，海里戈又发明了“全传感仿真器”，这也开启了人类第一次接触虚拟现实，也为后人打下来了坚实的基础。不幸的是，他被当时的人们认为是空想家，大家对于他的研究与发明并不感兴趣。当然这并没有影响到海里戈，他依旧沉浸于虚拟摩托车的体验中，依旧坚持自己的理念。伟大的海里戈也留给了后人他最尖端前沿的发明。

2.2 20世纪70年代初-20世纪80年代末

1973年，Myron Krurger 首次提出来了虚拟现实的概念，但是他用的词语是“Artificial Reality”，与此同时，虚拟现实技术也得到了初步的发展，这段时间内，可谓是硕果累累，两个典型的系统的出现，即VIDEOPLACE和VIEW的出现，进一步的推动了其发展。我们所熟知的飞行员所用的仿真器也是在此期间开发的，越来越多的公司开始积极的研发，人类对此表现出极大的兴趣

2.3 20世纪80年代末至今

1989年，美国的科学家Jarn Lanier正式提出来了虚拟现实的概念，词语“Virtual Reality”也首次亮相，简称“VR”。我们现在所涉及的多个领域，比如工业，商业，教育，军事，包括我们玩的游戏，甚至是购物，看病都会援用到虚拟现实技术。

各个发达国家也在加强自己的研发工作，比如美国，英国，日本，当然也包括我们中国。也研究出来了许多令人瞩目的发明，如：英国的Transputer技术，德国在制造宝马、奔驰等车子时，利用VR技术、日本发明了人类面部表情特征的识别、中国的阿里巴巴尝试VR购物等等。

如今，虚拟现实的发展也已日渐成熟，也走入了我们每个人的家庭当中。

3.虚拟现实的特点及相关技术

3.1 虚拟现实的特征

通过了解，我们的虚拟现实技术有一下三种特征沉浸性，交互性以及构想性：

3.1.1 Immerse 沉浸性

我们所知，虚拟现实是虚拟的，需要用户全身心的投入到虚拟的场景当中，让人身临其境，忘记了现实的一切，完全进入了计算机设计好的虚拟世界当中。《头号玩家》当中主演在现实中叫韦德，而到了虚拟当中，他则叫帕西法尔，他也可以随意的更改自己的外表，甚至是性别。他也可以完全沉浸在虚拟之中，忘记现实中的烦恼，忘记现实之中的一切。电影当中还可以成为超级英雄，寻找出藏匿之中的彩蛋。

3.1.2 Interactive 交互性

就算在现实当中，人与人之间的交流也是必不可少的，虚拟当中也同样如此，交互性就是让虚拟中的对象可自由的交流互动，当然这一切都是基于现实当中操作者的动作或者语言来完成，让人感觉非常亲切。由于人们不甘于现实，以至于想征服未来，为了达到这一目的，虚拟中的玩家要不断的进行交流，通过合作来完成。所以我们也可以经常看到头戴头盔的人在漫无目的手舞足蹈，这就是他们在进行信息交流。

3.1.3 Imagination 构想性

人在不同的环境中会有不同的认识，在虚拟当中也会有全新的的概念，会提高自己的认识的广度与深度，从而产生新的构想。然后把这些构想输入电脑系统当中，通常会有不同的效果的出现，人类也可以在此过程中继续进步，得到发展。有人预测在未来，人们的现实生活会让人非常失望，所以人们希望可以通过虚拟宇宙实现内心的慰藉。而这一切的构想都需要人类自己来完成，因此人们要不断的对自己所创造的系统不断进行完善，构想出更加精美的创造。

3.2 虚拟现实的关键技术

虚拟现实所涉及的技术相当多，也相当复杂，它是多种高科技技术的融合，其中最关键的技术大致有这几点：动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、立体显示和传感器技术、多功能交互技术以及应用系统开发工具。

我想重点介绍实时三维图像生成技术。我们所熟知的实际环境就是一个三维世界，为了让体验者可以有沉浸性，设计研发者必须要能生成三维图像，将虚拟世界当中的画面尽可能的逼真的展现给体验者。其实图形的生成是虚拟现实的瓶颈之一。我们所衡量沉浸在虚拟环境中的效果主要是看其动态特性及其交互延迟特性。为了达到这一指标，每秒钟要生成并且产生至少10帧的画面，否则将会严重影响虚拟现实的效果；我们都知道人的视觉是有停留的，所以系统生成图像的的反应速度至多不可以超过0.25秒，不然人们在虚拟中将会有不适应的反应，比如说：呕吐、烦躁等，严重影响效果。虚拟现实利用计算机所提供的三维数据来生成场景，对物体在虚拟世界中进行重建。

其次还有多功能的交互技术，由其特征，我们知道虚拟现实由交互性，因此信息的交互显得格外重要，不仅仅是语言的交互，各种感官的交互也尤为重要。所以这也是关键技术所在，需要加强对于这方面设备的研究。

4.虚拟现实的应用

4.1 虚拟现实的游戏

一提到游戏，则是我们这些年轻人所感兴趣的，从小到大玩过各式各样的游戏，当然大多数只是二维游戏，在手机电脑等屏幕上完成。随着VR技术的成熟与发展，VR游戏也越来越多，每当我们去大型购物商店，总会发现有个角落里有几台设备，可以提供人们玩VR游戏，有射击类的、体育类的、赛车操控类的。除了在商店里面，平常在家我们也可以体验VR游戏，只需在淘宝购买一个设备，我们便可以在家里面手舞足蹈，体验游戏带给我们的快乐。

当然种种问题也有所体现，比如VR正版设备过于昂贵，画质的清晰度问题，戴久了会让人头晕，没有很强的沉浸感，又或者是VR游戏目前不能覆盖所有的游戏类型、也很少有优秀的VR游戏的出现，这些都很大程度上减少了VR游戏的推广。

或许这些游戏和《头号玩家》中的比起来还相差甚远，但是我相信随着科技的进一步成熟，技术进一步的发展，在未来VR游戏会逐渐的占据游戏的大头。

4.2 虚拟现实的医疗

生病就诊是我们生活之中必不可少的环节之一，人类渐渐地对医疗的要求提高，不再仅仅满足治好病，而是要更加安全，更加准确的治病，以确保万无一失。据不完全统计，我国每年因为医疗事故导致死亡的不幸患者不少于四十万人！虽然我们没有理由去责备医务人员，可是造成的损失的确不可估量的。所以为了缓解这一矛盾，并伴随着虚拟现实技术的出现，科学家一直在探索VR在医疗领域的应用。

目前，在众多技术的促成下，外科手术技术CAS形成了，这一技术的出现，不仅仅提高了外科手术的成功率，也有效的对大量的信息进行了提取。值得一提的是，CAS技术在骨科手术中的成效非常明显，并且取得了相当大的成就。它首先利用磁核共振成像、超声成像等技术对患者体内的情况进行了解;其次根据计算机提供 的数据，利用医用机器人进行手术治疗。这一技术的成熟大大降低了患者的手术损伤，对手术后的康复也有积极的效果。

当然，与此同时，VR医疗也存在它的局限性，其覆盖的面积并不广阔，其安全性其实也并没有达到想象的高度：加之高昂的成本，在国内，拥有VR治疗的医院也不过区区十几家，并不能形成规模。

4.3 虚拟现实的购物

购物成为当代人的潮流，每个人的手机或多或少都会装上一些购物的APP，这一方便的技术也深得大家的喜爱。前一段时间，阿里宣布将要展示自己的VR购物，消费者可以根据自己的需要，到虚拟商店中挑选喜欢的物品，甚至可以进行试用。

如果有一天，当我们放学回到家中，发现妈妈在客厅里挥舞着手臂，摆着造型，说不定她就在虚拟商店中试穿自己喜欢的衣服。VR技术的沉浸性让人们可以完全沉浸在购物的喜悦之中。

这种足不出户，便可以去各大商场的体验离我们已经不远了，阿里VR实验室正在加紧研究，相信在不久的将来，VR购物将全面覆盖。

5.对虚拟现实未来的展望

就像电影当中一样，我们为什么要应用虚拟现实，是因为能源的匮乏，现实已经无法再满足人类需要，人类需要更加高效、低耗能的生产。而虚拟现实这种几乎不耗能的正可以完美的解决这一矛盾。

从各个领域看，虚拟现实的应用已经相当广阔，当然由于现在的技术还未达到我们想象的那种完美的境界，所以在各个方面的深度还不够，这就需要我们对其进行更深入的研究。相信虚拟现实技术在不久的将来完全运用到我们的生活之中。

6.结语

虚拟现实是21世纪最重要的技术之一，它的前景是光明的，但是道路必然是曲折的，需要一代代的科学家坚持不懈的努力。它的信息处理方式，定会在各行各业中起到不可估量的作用，我们相信21世纪会是属于虚拟现实的时代！