摘 要 虚拟现实技术，是一种利用计算机生成模拟环境，借助VR设备，让用户进入虚拟空间，从中获得身临其境感觉的技术。虚拟现实技术是现在新兴技术之一，它相比于其他技术，最大的特征就是它可以给用户最直观的感受，它在影音娱乐、医疗、教育等产业都将有巨大的发展空间，也将成为时代的主流。本文将对虚拟现实技术发展现状及发展遇到的问题进行分析，并对虚拟现实技术的发展做出展望。
关键词 虚拟现实技术;三维成像技术;计算机图形学
1 虚拟现实技术理论
1.1 虚拟现实的定义与原理
虚拟现实（Virtual Reality，VR）是近年来出现的高新技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的基于计算机技术的仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真活动。
虚拟现实技术通过计算机等设备进行大量的烦琐运算操作，模拟出一个三维的虚拟空间，使用者可以在这个虚拟空间中进行视觉、触觉、听觉等多种感官感受的实际模拟。虚拟现实技术还成功实现了人与机器的交互沟通，使用者可以通过多种工具与计算机进行交互，在虚拟空间中获得身临其境的体验。虚拟现实技术综合了计算机图形技术和人工智能等技术的发展成果并加以应用，达到了更完美的体验效果。
1.2 虚拟现实的特征
1993年，美国科学家柏迪在《虚拟现实系统及其应用》提出了中虚拟现实技术的3I特性：沉浸性，交互性和构想性。沉浸性是虚拟现实技术的主要特征。虚拟现实技术旨在创作一个三维虚拟环境使用户沉浸于其中，沉浸感是评价VR体验的最重要条件。沉浸感即感觉到自己真的在虚拟世界的程度。好的VR，必然是让体验者感觉真的在一个虚拟世界，而非在眼前放了一块巨大的屏幕。交互是指用户不只是被动接收信息，而是能通过一些输入输出设备来控制虚拟环境，例如头盔，数据手柄，力反馈装置等。构想性强调虚拟现实为人类营造的虚拟想象空间能扩宽既定的认知范围，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，即虚拟现实可以启发人的创造性思维[1]。
2 国内外研究现状
2.1 我国VR技术发展
随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境，虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多高校机构也都在进行虚拟现实技术的研究和应用，并取得了不错的研究成果。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟现实与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、虚拟现实应用系统的开发平台等，在理论研究和具体技术应用方面也取得了一定成果。清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制;浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统;哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。我国虚拟现实技术虽然取得一定研究进展，但受制于硬件设备和技术条件，仍有很大的发展空间。
2.2 国外VR技术的研究现状
美国国防部非常重视VR技术的研发和应用。VR技术在武器系统性能评价、武器操纵训练及指挥大规模军事演习等方面发挥着重要作用。国防高级研究计划署（DARPA）在美国军方的科研活动中占据重要地位。此外，波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的VR系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，简化加工过程。同时NASA也已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，以及可供全国使用的VR教育系统。艾姆斯研究中心开展了一系列的虚拟现实研究项目，如“虚拟行星探索（VPE）”的实验计划;设立未来飞行中心（FutureFlight Central），利用VR技术评估跑道安全等。
在歐洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。欧洲其他一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室（TNO- PEL）开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境[2]。
3 虚拟现实理论应用技术举例
3.1 游戏行业
目前虚拟现实技术应用最为广泛的领域是游戏行业。相比于传统游戏行业，虚拟现实技术为游戏体验者打造了画面浸入感强，交互能力好的逼真游戏体验。在综合计算机图形学，三维成像技术，人工智能技术的基础上，游戏环境能让体验者拥有身临其境的感觉，获得真实世界和虚拟世界完美交互的独特感受。
3.2 影音娱乐
现如今VR技术也广泛应用于影音娱乐行业，电影，话剧，晚会等都开始与VR技术联系起来。人们可以使用VR眼镜等设备体验虚拟现实画面，VR技术能给观众带来身临其境的全新感受，使画面效果更逼真，让观众获得更加完美的沉浸式体验。
3.3 军事演习
虚拟现实技术在国防和军事上也起到很大的作用。现在常规的武器装备实战训练具有效率低、武器损耗、安全系数低等缺点，以至于不能适应现代军事技术的高速发展，VR可以模拟战争实况，士兵们通过这种方式学习如何根据实际情况做出适当的反应，这样既减小了损耗，降低了演习的危险系数，还可以让士兵们熟悉军队生活，帮助他们获取战斗中所必需的技能。
4 虚拟现实理论与技术的发展方向及研究重点
4.1 遇到的发展瓶颈
雖然说虚拟现实技术正在不断地发展与提高，但是就目前来说仍存在不足。首先，VR技术硬件研发还不够完善，提高硬件需要把能耗降到更小，制作的材料要更轻便牢固，最关键的是，VR设备在使用久了会发烫，给消费者带来不良的影响;其次，与人交互性、传感器的灵敏度也是需要提升的一个方面。现在VR技术能给人们带来真实的体验，但是触觉、听觉、视觉等方面的灵敏度不高使用户无法获得最直观的感受;VR技术成本太高难以推广，目前市面上比较知名的VR设备都是头戴式显示器，虽然随着技术的进步，这些模拟显示设备越来越小巧便携，但是成本却一直居高不下，而一些价格相对便宜的产品，VR效果并不尽人意。
4.2 未来的发展趋势
虚拟现实技术的发展有赖于硬件设备的创新和软件设计。当前的硬件设备成本和传感器所存在的分辨率低的问题导致虚拟现实技术未能建立完全沉浸的环境，因此未来随着硬件设备的不断更新发展，虚拟现实技术中所用到的传感器灵敏度将大大提高，沉浸式虚拟现实的实现也将成为可能。目前的高成本设备阻碍了虚拟现实技术的广泛应用，因此未来的设备成本将会变得能被更多人所接受，虚拟现实技术逐渐走向大众。另一个发展趋势是虚拟现实技术逐渐走向多态性，有赖于计算机图形学，三维成像技术等一系列技术的发展，虚拟现实技术开始和多学科交叉发展，如医学，军事，教育等领域。VR技术在迅速发展的过程中，和人类生活的交互程度提高，未来将成为和人类发展息息相关的一门新兴技术。
5 结束语
本文介绍了虚拟现实技术的原理与应用，还探讨了未来该技术的发展趋势。随着计算机科学等一系列技术的快速发展，虚拟现实技术的研究呈现交叉性和多态性，其发展不仅有赖于各种科学技术的研究成果，同时，虚拟现实技术也被应用在各个行业领域中，增加了人与现实的交互性。未来的虚拟现实技术仍有很大的发展空间。
参考文献
[1] 秦伟.基于虚拟现实技术的沉浸式真人秀设计研究[D].北京：北京邮电大学，2018.
[2] 汪婷婷.虚拟现实技术的现状及发展趋势分析[J].数字通信世界，
2017，（12）：124.