《虚拟现实应用技术》

《虚拟现实应用技术》

版本	作者	参与者	完成日期	备注
YanlzVR_Tech_V01_1.0	严立钻		2019.05.14

##《虚拟现实应用技术》发布说明：

++++“虚拟现实应用技术”：是对“虚拟现实应用技术”的了解拓展，在群里有童鞋问我：“VR未来会用到哪些技术，程序员需要学习哪些技术”，还有就是：“关于虚拟现实应用技术学科建设的”，现在VR都这么牛皮了吗？都开始全面开设专业了！那好，立钻哥哥就针对这两位童鞋的发问，整理一篇关于“虚拟现实应用技术”的点点滴滴！

++++“虚拟现实应用技术”：定位在熟悉“虚拟现实应用技术”；

++++说明：此篇博文的整理以“流水账”的形式记录，仅标明整理时间或文档时间；

++++SteamVR分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/category/8582642

++++虚拟现实资讯：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89165846

++++Steam平台上的VR：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88960085

++++基于Unity与SteamVR：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88809370

++++Unity中减少眩晕症：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89115518

++++虚拟现实行业应用：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88360157

++++5G无线接入：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88372718

2019.10.24--20:10

《十大趋势引领VR产业快速发展》

++++立钻哥哥：2019年世界VR产业大会已经胜利闭幕；业内人士认为，从2019年世界VR产业大会开始，明显能感受到行业逐渐走向正规，尽管在有些方面也许会调整，但向前迈进的节奏已经定了调；随着虚拟现实（VR）产业生态的不断完善，硬件、软件、服务融合的盈利商业模式不断成熟、VR产业取得了快速发展；产业融资持续向好，AR引领投资热潮；

++++[1、虚拟现实产业进入稳步务实、向好发展阶段]：技术成熟、消费升级需求、产业升级需求、资本持续投入、政策推动五大因素促进虚拟现实快速发展；预计到2023年，VR产业会超过4000亿元的规模；

++++[2、新技术融合创新，推动虚拟现实产业快速发展]：5G的低时延、高带宽、大容量能解决虚拟现实的算力不足、终端有线束缚、眩晕感强等痛点问题，5G+VR已在广播电视、医疗、教育、直播等领域展开应用；AI是基础的赋能性技术，和VR/AR技术相融合，能提高虚拟现实的智能化水平，提升虚拟设备的效能；

++++[3、虚拟现实传感、交互、建模、呈现技术体系走向成熟]：建模传输方面，5G、GPU处理技术走向成熟，带动图像引擎和渲染算法优化发展；交互技术方面，从视觉向触觉、听觉、动作等多通道交互发展，AR云、沉浸式工作区出现，多人协同交互开始应用；传感技术方面，眼球追踪、表情捕捉技术、头部/肢体动作捕捉等技术进入应用阶段；显示技术方面，超高清4K/8K显示成为主流趋势；

++++[4、软件短板补齐已见趋势，硬件自主能力大幅提升]：软件层面，国内在网络架构、算法、开发平台、分发平台等领域都有了一系列成果，为用户体验优化和内容开发与分发提供新动力；硬件层面，国内硬件厂商近几年在硬件产业链自主能力以及整机整合和二次开发能力大幅提升；国产品牌VR头显和AR眼镜新品不断，芯片、显示屏等硬件产业链供给能力的不断提升；

++++[5、内容、服务平台建设进一步完善了产业生态]：游戏方面，VR League、WCG VR等电竞的成熟推动了游戏产业生态的形成；视频方面，更多影视IP改造为VR内容；直播方面，中华人民共和国70周年大庆阅兵除了能通过手机/VR一体机观看外，也可在360度球幕中观看；

++++[6、5G+VR紧密结合，推动行业应用快速发展]：远程手术指导方面，深圳市人民医院完成了5G+VR/AR远程肝胆外科手术；医疗培训方面，南京市第一医院举办了5G+VR高清直播的心脏瓣膜修复手术暨国际医术观摩交流现场教学活动；

++++[7、虚拟现实消费端应用领域持续拓宽]：AR应用在消费端开展试验，冰雪运动成为消费热点；

++++[8、产业融资持续向好，AR引领投资热潮]：全球市场，2019年上半年，全球虚拟现实产业投融资达到124亿元，AR投融资占比过半，投资覆盖整个产业链，引领虚拟现实新一轮投资热潮，投资主要流向硬件（芯片、光学模组）、显示技术（视网膜投影、光波导显示）、软件（AR服务平台、AR云SDK）、内容（游戏、行业应用、内容创作平台）等；VR投资主要流向行业应用（医疗、教育、房地产）、游戏和线下体验；

++++[9、部省联动，央地合作，政策红利开始释放]：中央各部委相继出台了多项虚拟现实产业相关政策，继续提升对虚拟现实技术研发、人才培养、产品消费、市场应用的支持力度，虚拟现实产业进入政策红利释放期；地方层面，各省市积极响应中央号召，根据自身特点相继制定了地方产业政策或行动计划，从产业整体规划到重点应用领域进一步落实指导意见相关部署；部省联动，央地合作政策框架体系基本形成；

++++[10、发展存在三大问题：不好用、不会用、不敢用]：不好用，软硬件、系统、内容的兼容性以及技术、健康适用、行业级应用间适配性标准体系亟待建立；不会用，虚拟现实消费端杀手级应用尚未出现，多行业融合应用进展路径亦不明晰；不敢用，虚拟世界造成权属、犯罪等问题无法律界限，VR沉浸式体验或将带来伦理风险；

++++立钻哥哥：要探索虚拟现实与新兴技术结合的应用发展路径；目前，5G、人工智能、云计算等新兴产业正如火如荼地建设，虚拟现实技术产业的改善离不开这些新兴技术的赋能，如5G的大带宽、低时延特性可大幅降低虚拟现实产品带来的晕眩感；人工智能技术有利于帮助虚拟现实产品全场景逼真画面的呈现；而云计算可以实现虚拟现实画面的云端渲染，降低设备端GPU性能的要求，实现成本的降低。

2019.10.24--15:58

《中国本土VR内容产业发展仍需突破三大瓶颈》

++++立钻哥哥：中国本土VR内容产业发展前景向好，但仍需突破三大瓶颈：缺乏统一的标准；制作成本高；设备技术仍需改善。由于VR入门门槛较高，相比硬件，目前在VR的内容制作上，还不存在太激烈的竞争，目前的市场状态还是内容服务于硬件，市场供应严重不足；

++++[1、缺乏统一的标准]：目前VR内容不仅有基于PC和手机的差别，各种外设和硬件配置也纷繁复杂；就算是同样基于手机的VR内容，也多是基于自身硬件设计开发，因为输入模式与操作模式的不同，难以简单地在不同设备之间通用；由于统一标准的缺乏，为适配不同应用平台，大大增加了内容的制作成本；

++++[2、制作成本高]：VR内容的应用领域非常广阔，目前主要的内容是游戏和影视领域；但由于制作成本高昂、拍摄制作设备技术不够成熟等原因，VR内容仍处于非常匮乏的阶段；开发一款轻度的VR游戏的成本需要千万美元以上，开发一款中度或重度游戏的成本则又要翻上几番；这远高于手游以及端游的开发成本，按照目前的VR消费者数量，投资恐怕难以收回成本；基于目前这种状态，本土VR内容制作公司对VR游戏内容的制作望而祛步；

++++[3、设备技术仍需改善]：VR设备是VR内容的载体，设备技术的升级可以刺激VR内容的质量提升；以VR影片内容为例，VR影片的全景拍摄及动作捕捉的质量很大程度上取决于全景拍摄设备的质量，处于成本的考虑，国内公司制作时使用的多为两个或者多个超广角相机拼接成的双目、多目摄像机；即使价格昂贵、目标客户群体定位高端VR摄制团队的专业设备在许多时候也很难达到让人满意的成像效果；所以通过VR影片内容行业，可以看出VR设备的技术仍需完善，这样VR内容的质量才会上升，成本才会下降；

++++立钻哥哥：虽然VR行业现状问题和瓶颈很多，但是立钻哥哥还是从2017年全面投入VR事业中来了，“前后台结合，软硬件结合”==>【VR云游戏】：Unity+SteamVR+云技术+5G+AI，这是立钻哥哥确立的方向和细分市场，通过一条线的探索，为大家探探路。

++++【立钻哥哥VR探索空间】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/

2019.05.21整理

《虚拟现实技术概述》

++++立钻哥哥：目前虚拟现实技术已经成为计算机相关领域研究、开发与应用的热点。接下来跟着立钻哥哥来了解虚拟现实的定义、虚拟现实的本质特征、虚拟现实系统的组成、虚拟现实系统的分类及虚拟现实技术的发展应用等基础知识。

++++随着计算机技术、图形技术和网络技术的迅速发展，计算机的应用正在进入一个崭新的阶段。接下来利用一个图标来看一下计算机应用发展的三个阶段，虚拟现实技术是未来计算机领域最重要的技术之一：

	第一阶段	第二阶段	第三阶段
用户	技术人员	专业人员	消费者
体系结构	主机	个人计算机	网络
显示	文本	2D图形	虚拟现实
元素	请求 报告	窗口 菜单 图标	场景 替身
控制	文本 键盘	光标 鼠标	发掘 交谈

++++虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术是由美国VPL公司创始人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初提出的，但在20世纪末才兴起的综合性信息技术。作为一项尖端科技，虚拟现实融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术和网络并行处理等多个信息技术分支，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，从而大大地推进了计算机技术的发展。虚拟现实生成的视觉环境是立体的、音效是立体的、人机交互是和谐友好的，改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动地通过鼠标、键盘进行交互的现状。因此，目前虚拟现实技术已经成为计算机相关领域中继多媒体技术、网络技术及人工智能之后备受人们关注及研究、开发与应用的热点，也是目前发展最快的一项多学科综合技术。

++++[虚拟现实的定义]：在虚拟现实系统中，环境主要是计算机生成的三维虚拟世界。这种人机交互的环境或者世界通常包括三种情况：第一种情况是完全对真实世界中的环境进行再现；第二种情况是完全虚拟的，人类主观构造的环境；第三种情况是对真实世界中人类不可见的现象或环境进行仿真：

----<第一种情况>：是完全对真实世界中的环境进行再现。如虚拟小区对现实小区的虚拟再现、军队中的虚拟战场、虚拟实验室中的各种仪器等，这种真实环境可能已经存在，也可能是已经设计好但是尚未建成的，还可能是原来完好，现在被破坏的；

----<第二种情况>：是完全虚拟的，人类主观构造的环境。如影视制作或电子游戏中，三维动画展现的虚拟世界。此环境完全是虚构的，用户可以参与，并与之进行交互的非真实世界。但它的交互性和参与性不是很明显。

----<第三种情况>：是对真实世界中人类不可见的现象或环境进行仿真。如分子结构、各种物理现象等。这种环境是真实环境，客观存在的，但是受到人类视觉、听觉的限制不能感应到。一般情况是以特殊的方式（如放大尺度的形式）进行模仿和仿真，使人能够看到，听到或者感受到，体现科学可视化；

++++立钻哥哥：虚拟现实定义为用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉的感官世界，用户可借助一些专业传感设备，如传感头盔、数据手套等，完全融入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉。在某种角度上，可以把它看成一个更高层次的计算机用户接口技术，通过视觉、听觉、触觉等信息通道来感受设计者的思想。此概念包含三层含义：环境；主动式交互；沉浸感：

----<1.环境>：虚拟现实强调环境，而不是数据和信息。简言之，虚拟现实不仅重视文本、图形、图像、声音、语言等多种媒体元素，更强调综合各种媒体元素形成的环境效果。它以环境为计算机处理的对象和人机交互的内容，开拓计算机应用的新思路。

----<2.主动式交互>：虚拟现实强调的交互方式是通过专业的传感设备来实现的，改进了传统的人机接口形式，即打破传统的键盘、鼠标、屏幕被动地与计算机交互的方式。用户可以由视觉、听觉、触觉通过头盔显示器，立体眼镜、耳机以及数据手套等感知和参与。虚拟现实人机接口是完全面向用户来设计的，用户可以通过在真实世界中的行为参与到虚拟环境中。

----<3.沉浸感>：虚拟现实强调的效果是沉浸感，即使人产生身临其境的感觉。传统交互方式，人被动、间接、非直觉、有限地操作当前计算机，容易产生疲倦感。而虚拟现实系统通过相关的设备，采用逼真的感知和自然的动作，使人仿佛置身于真实世界，消除了人的枯燥、生硬和被动的感觉，大大提高了工作效率。

++++[虚拟现实的本质特征]：虚拟现实具有三个最突出的特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）和构想性（Imagination），也是人们熟知的VR的3I特性：

----<1.沉浸感（Immersion）>：沉浸感（Immersion）又称临场感，是虚拟现实最重要的技术特征，是指用户借助交互设备和自身感知觉系统，置身于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界；

--------立钻哥哥：在现实世界中，人们通过眼睛、耳朵、手指等器官来实现感知。所以，在理想的状态下，虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。即虚拟的沉浸感不仅通过人的视觉和听觉感知，还可以通过嗅觉和触觉等多维地去感受。相应地提出了视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸和嗅觉沉浸等，也就对相关设备提出了更高的要求。（例如视觉显示设备需具备分辨力高、画面刷新频率快的特点，并提供具有双目视差，覆盖人眼可视的整个视场的立体图像；听觉设备能够模拟自然声、碰撞声，并能根据人耳的机理提供判别声音方位的立体声；触觉设备能够让用户体验抓、握等操作的感觉，并能够提供力反馈，让用户感受到力的大小、方向等。）

----<2.交互性（Interaction）>：交互性（Interaction）是指用户通过使用专门的输入和输出设备，用人类的自然感知对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统强调人与虚拟世界之间近乎自然的方式进行交互，即用户不仅通过传统设备（键盘和鼠标等）和传感设备（特殊头盔、数据手套等），使用自身的语言、身体的运动等自然技能也能对虚拟环境中的对象进行操作，而且计算机能够根据用户的头、手、眼、语言及身体的运动来调整系统呈现的图像及声音。（例如，用户可以用手去直接抓取虚拟环境中虚拟的物体，不仅有握着东西的感觉，并能感觉物体的重量，视场中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。）

----<3.构想性（Imagination）>：构想性（Imagination）又称创造性，是虚拟世界的起点。想象力使设计者构思和设计虚拟世界，并体现出设计者的创造思想。所以，虚拟现实系统是设计者借助虚拟现实技术，发挥其想象力和创造性而设计的。（比如建造一座现代化的桥梁之前，设计师要对其结构做细致的构思。传统的方法是极少数内行人花费大量的时间和精力去设计许多量化的图纸。而现在采用虚拟现实技术进行仿真，设计者的思想以完整的桥梁呈现出来，简明生动，一目了然。===>立钻哥哥：所以有些学者称虚拟现实为放大或夸大人们心灵的工具，或人工现实（Artificial Reality），即虚拟现实的想象性。）

----立钻哥哥：综上所述，虚拟现实的三个特征：沉浸感、交互性、构想性，生动地说明虚拟现实对现实世界不仅是对三维空间和一维时间的仿真，而且是对自然交互方式的虚拟；具有3I（Immersion、Interaction、Imagination）特性的完整虚拟现实系统不仅让人达到身体上完全的沉浸，而且精神上也是完全地投入其中。

++++[虚拟现实系统的组成]：根据虚拟现实的基本概念及相关特征可知，虚拟现实技术是融合计算机图形学、智能接口技术、传感器技术和网络技术等综合性的技术。虚拟现实系统应具备与用户交互、实时反映所交互的结果的功能。所以，一般的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入输出设备和数据库来组成：

----<1.专业图形处理计算机>：计算机在虚拟现实系统中处于核心的地位，是系统的心脏，是VR的引擎，主要负责从输入设备中读取数据、访问与任务相关的数据库，执行任务要求的实时计算，从而实时更新虚拟世界的状态，并把结果反馈给输出显示设备。由于虚拟世界是一个复杂的场景，系统很难预测所有用户的动作，也就很难在内存中存储所有相应状态，因此虚拟世界需要实时绘制和删除，以至于大大地增加了计算量，这对计算机的配置提出了极高的要求。

立钻哥哥提示：目前，国内外的计算机或者SGI、SUN工作站，主要是面向通用的计算，而不是虚拟现实。通常各制造商通过采用高端的图形加速器卡来改造现有的模型，以满足虚拟现实的实时绘制能力。

----<2.应用软件系统>：虚拟现实的应用软件系统是实现VR技术应用的关键，提供了工具包和场景图，主要完成虚拟世界中对象的几何模型、物理模型、行为模型的建立和管理；三维立体声的生成、三维场景的实时绘制；虚拟世界数据库的建立与管理等。

----<3.数据库>：数据库用来存放整个虚拟世界中所有对象模型的相关信息。在虚拟世界中，场景需要实时绘制，大量的虚拟对象需要保存、调用和更新，所以需要数据库对对象模型进行分类管理。

----<4.输入设备>：输入设备是虚拟现实系统的输入接口，其功能是检测用户的输入信号，并通过传感器输入计算机。基于不同的功能和目的，输入设备除了包括传统的鼠标、键盘外，还包括用于手姿输入的数据手套、身体姿态的数据衣、语音交互的麦克风等，以解决多个感觉通道的交互。

----<5.输出设备>：输出设备是虚拟现实系统的输出接口，是对输入的反馈，其功能是由计算机生成的信息通过传感器传给输出设备，输出设备以不同的感觉通道（视觉、听觉、触觉）反馈给用户。输出设备除了包括屏幕外，还包括声音反馈的立体声耳机、力反馈的数据手套以及大屏幕立体显示系统等。

++++[虚拟现实系统的分类]：根据用户参与和沉浸感的程度，通常把虚拟现实分成4大类：桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、增强虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统：

----<1.桌面虚拟现实系统（Desktop VR）>：基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。使用个人计算机（PC）或初级图形PC工作站去产生仿真，计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口。用户坐在PC显示器前，戴着立体眼镜，并利用位置跟踪器、数据手套或者6个自由度的三维空间鼠标等设备操作虚拟场景中的各种对象，并可以在360度范围内浏览虚拟世界。然而用户是不完全投入的，因为即使戴上立体眼镜，屏幕的可视角也仅仅是20度~30度之间，仍然会受到周围现实环境的干扰；有时为了增强桌面虚拟现实系统的投入效果，在桌面虚拟现实系统中还会借助于专业的投影机（RGB），达到增大屏幕范围和多数人观看的目的。（桌面虚拟现实系统虽然缺乏头盔显示器的投入效果，但已经具备了虚拟现实技术的技术要求，并且其成本相对低很多，所以目前应用较为广泛。桌面虚拟现实系统主要用于计算机辅助设计、计算机辅助制造、建筑设计、桌面游戏、军事模拟、生物工程、航天航空、医学工程和科学可视化等领域；）

----<2.沉浸式虚拟现实系统（Immersive VR）>：是一种高级的、较理想、较复杂的虚拟现实系统。它采用封闭的场景和音响系统将用户的听觉与外界隔离，使用户完全置身于计算机生成的环境之中，用户通过利用空间位置跟踪器、数据手套和三维鼠标等输入设备输入相关数据和命令，计算机根据获取的数据测得用户的运动和姿态，并将其反馈到生成的视景中，使用户产生一种身临其境、完全投入和沉浸于其中的感觉。

--------[2.1.沉浸式虚拟现实系统的特点]：具有高度的实时性；具有高度的沉浸感；具有先进的软硬件；具有并行处理的功能；具有良好的系统整合性；

------------>(2.1.1)具有高度的实时性。即当用户转动头部改变观察点时，空间位置跟踪设备及时检测并输入计算机，由计算机计算，快速地输出相应的场景。为使场景快速平滑地连续显示，系统必须具有足够小的延迟，包括传感器的延迟，计算机计算延迟等。

------------>(2.1.2)具有高度的沉浸感。沉浸式虚拟现实系统必须使用户与真实世界完全隔离，不受外界的干扰，依据相应的输入和输出设备，完全沉浸到环境中。

------------>(2.1.3)具有先进的软硬件。为了提供“真实”的体验，尽量减少系统的延迟，必须尽可能利用先进的、相容的硬件和软件。

------------>(2.1.4)具有并行处理的功能。这是虚拟现实的基本特征，用户的每一个动作都涉及多个设备综合应用，例如手指指向一个方向并说：“那里！”，会同时激活三个设备：头部跟踪器，数据手套及语音识别器，产生三个同步事件。

------------>(2.1.5)具有良好的系统整合性。在虚拟环境中，硬件设备互相兼容，并与软件系统很好地结合，相互作用，构造一个更加灵巧的虚拟现实系统。

------------>立钻哥哥：沉浸式虚拟现实系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中。例如，在消防仿真演习系统中，消防员会沉浸于极度真实的火灾场景并做出不同反应。但有一个很大的缺点是系统设备尤其是硬件价格相对较高，难以大规模普及推广。

------------>立钻哥哥：沉浸式虚拟现实主要依赖于各种虚拟现实硬件设备，如头盔显示器，舱型模拟器、投影虚拟现实设备和其他的一些手控交互设备等。参与者戴上头盔显示器后，外部世界就被有效地屏蔽在视线以外，其仿真经历要比桌面虚拟现实更可信，更真实。

--------[2.2.沉浸式虚拟现实系统的类型]：常见的沉浸式虚拟现实系统有头盔式虚拟现实系统、洞穴式虚拟现实系统、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统和远程存在系统等：

------------>(2.2.1)头盔式虚拟现实系统。采用头盔显示器实现单用户的立体视觉、听觉的输出，使人完全沉浸其中；

------------>(2.2.2)洞穴式虚拟现实系统（CAVE）。该系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境，可提供一个房间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助于相应虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等），从而获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6个自由度的交互感受。

------------>(2.2.3)座舱式虚拟现实系统。座舱是一种最为古老的虚拟现实模拟器。当用户进入座舱后，不用佩戴任何现实设备，就可以通过座舱的窗口观看一个虚拟境界。该窗口由一个或多个计算机显示器或视频监视器组成，用来显示虚拟场景。

立钻哥哥提示：这种座舱给参与者提供的投入程度类似于头盔显示器。

------------>(2.2.4)投影式虚拟现实系统。该系统是采用一个或多个大屏幕投影来实现大画面的立体视觉和听觉效果，使多个用户同时具有完全投入的感觉。

------------>(2.2.5)远程存在系统。远程存在是一种远程控制形式，用户虽然与某个真实现场相隔遥远，但可以通过计算机和电子装置获得足够的感觉现实和交互反馈，恰似身临其境，并可以介入对现场进行遥操作。此系统需要一个立体显示器和两台摄像机生成三维图像，这种图像使得操作员有一种深度的感觉，观看的虚拟境界更清晰、真实。

----<3.增强虚拟现实系统>：增强虚拟现实系统（Aggrandize VR）是借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。因此增强虚拟现实系统具有虚实结合、实时交互和三维注册的新特点。即把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统即可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。

--------立钻哥哥：在视觉化的增强现实系统中，用户利用头盔显示器，把真实世界与计算机图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。其实增强虚拟现实系统不仅仅局限在视觉上对真实场景进行增强，实际上任何不能被人的感官所察觉但能被机器（各种传感器）检测到的信息，通过转化，以人可以感觉到的方式（图像、声音、触觉和嗅觉等）叠加到人所处的真实场景中，都能起到对现实的增强作用。

--------立钻哥哥：常见的增强虚拟现实系统主要包括基于台式图形显示器的系统；基于单眼显示器的系统；基于光学透视式头盔显示器的系统；基于视频透视式头盔显示器的系统；

--------立钻哥哥：增强虚拟现实系统的最大特点不是把用户与真实世界隔离，而是将真实世界和虚拟世界融为一体，用户可以与两个世界进行交互，方便工作。（例如，工程技术人员在进行机械安装、维修、调试时，通过头盔显示器，可以将原来不能呈现的机器内部结构以及它的相关信息、数据完全呈现出来，并按照计算机（移动计算机）的提示进行工作，解决技术难题，使工作变得非常方便、快捷、准确。摒弃了以前需要带着大量、笨重的资料在身边，边工作，边查阅，一旦出现难题、紧急情况，不知所措的落后的方法和现象。）

--------立钻哥哥：增强现实是在虚拟环境与真实世界之间的沟壑间架起的一座桥梁。因此，增强现实的应用潜力相当巨大，在尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域具有比其他VR技术更加明显的优势。

----<4.分布式虚拟现实系统（Distributed VR）>：是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境。在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，使多个用户同时参与一个虚拟现实环境，通过计算机与其他用户进行交互，共享信息，并对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。

--------立钻哥哥：分布式虚拟现实系统具有的特征：（1）共享的虚拟工作空间；（2）伪实体的行为真实感；（3）支持实时交互，共享时钟；（4）多个用户以多种方式相互通信；（5）资源信息共享以及允许用户自然操作环境中的对象。

--------立钻哥哥：分布式虚拟现实系统是基于网络的虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相联结。根据分布式系统环境下所运行的共享应用系统的个数，可把DVR系统分为集中式结构和复制式结构两种。

------------>[DVR-集中式结构]：集中式结构是只在中心服务器上运行一份共享应用系统，该系统可以是会议代理或对话管理进程。中心服务器的作用是对多个参与者的输入输出操作进行管理，允许多个参与者信息共享。它的特点是结构简单，容易实现，但对网络通信带宽有较高的要求，并且高度依赖于中心服务器。

------------>[DVR-复制式结构]：复制式结构是在每个参与者所在的机器上复制中心服务器，这样每个参与者进程都有一份共享应用系统。服务器接收来自于其他工作站的输入信息，并把信息传送到运行在本地机上的应用系统中，由应用系统进行所需要的计算并产生必要的输出。它的优点是所需网络带宽较小。另外，由于每个参与者只与应用系统的局部备份进行交互，因此交互式响应效果好。但它比集中式结构复杂，在维护共享应用系统的多个备份的信息或状态一致性方面比较困难。

--------立钻哥哥：分布式虚拟现实系统的设计与实现必须考虑的因素：网络带宽的发展；先进的硬件设备和软件技术；分布机制；可靠性；

------------>(4.A.1)网络带宽的发展。网络带宽是虚拟世界大小和复杂度的一个决定因素。当用户增加时，网络的延迟就会明显，带宽的需求也随之增加。

------------>(4.A.2)先进的硬件设备和软件技术。为了减少数据传输的延迟，实现实时操作，增强真实感，必须采用兼容的先进的硬件设备。例如改进路由器和交换技术、使用快速交换接口和对计算机进行硬件升级；

------------>(4.A.3)分布机制。分布机制直接影响系统的可扩充性。常用的消息发布方法为广播、多播和单播。其中，多播机制允许任意大小的组在网上进行通信，它能为远程会议系统和分布式仿真应用系统提供一对多和多对多的消息分布服务。

------------>(4.A.4)可靠性。在增加通信带宽和减少通信延迟这方面进行折中时，应考虑通信的可靠性问题。可靠性是能够顺利通信的保证之一，它由具体的应用需求来决定。有些协议有较高的可靠性，但传输速度慢，反之亦然。

--------立钻哥哥：目前，分布式虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐和艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏和虚拟社区全新的应用系统。

--------立钻哥哥：分布式虚拟现实的典型实例是在军事训练中应用的SIMNET系统。此系统中军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，它们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路以及由其他部队操纵的车辆的模拟现场。这些由实际人员操纵的车辆可以相互射击，系统利用无线电通信和声音效果来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的举动。炮火的显示极为逼真，用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。SIMNET系统可将多达1000个部队用网络连接起来。因此，SIMNET被称为第一个廉价而又实用的模拟网络系统，它可以用来训练坦克、直升机以及战斗演习，并训练部队之间的协同作战能力。

SIMNET：仿真网络；模拟器网络；仿真组网；模拟网络；仿真器网络；

++++[虚拟现实的发展和现状]：美国是虚拟现实技术研究的发源地，其研究水平基本就代表国际虚拟现实发展的水平。近年来，虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用获得了巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大对虚拟现实技术研究的支持力度。

----立钻哥哥：在军事领域，虚拟现实在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥了重要作用，并产生了巨大的经济效益。美国已初步建成一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，在世界上处于领先地位。在航天领域，美国宇航局（NASA）已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且建立了可供全国使用的VR教育系统。在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面是领先的。

----立钻哥哥：我国虚拟现实技术研究起步较晚，与发达国家还有一定的差距。随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实已得到国家有关部门和科学家们的高度重视，引起我国各界人士的关注，研究与应用。目前，我国虚拟现实技术在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、因特网、勘探测绘、生产制造和军事航天等数十个重要的行业得到广泛的应用。

----立钻哥哥：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，其虚拟实现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、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法等。

----立钻哥哥：立氏集团是从事虚拟现实与仿真、多媒体技术、三维动画研究与开发的专业机构，是国际领先的虚拟现实技术整体解决方案供应商和相关服务提供商，2016年入选中国软件自主创新100强企业行列，提供的产品有：虚拟现实编辑器（YanlzVR-Builder）；数字城市仿真平台（YanlzVR-Digicity）；物理模拟系统（YanlzVR-Physics）、三维网络平台（YanlzVRIE）、工业仿真平台（YanlzVR-Indusim）、旅游网络互动教学创新平台系统（YanlzVR-Travel），三维仿真系统开发包（YanlzVR-SDK）以及多通道环幕立体投影解决方案等，能够满足不同领域不同层次的客户对虚拟现实的要求。

++++[虚拟现实技术的发展趋势]：虚拟现实技术的实质是构建一种人为的能与之进行自由交互的“世界”，在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标。虚拟现实系统的未来发展主要在：建模与绘制方法、交互方式和系统构建等方面提出了新的要求，表现出一些新的特点和技术要求，主要表现在：动态环境建模技术；实时三维图形生成和显示技术；新型人机交互设备的研制；智能化语音虚拟现实建模；网络分布式虚拟现实技术的研究与应用；

----<1.动态环境建模技术>：虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

----<2.实时三维图形生成和显示技术>：三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

----<3.新型人机交互设备的研制>：虚拟现实技术实现人能够自由与虚拟世界对象进行交互，犹如身临其境，借助的输入输出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。但在实际应用中，它们的效果并不理想，因此，新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。

----<4.智能化语音虚拟现实建模>：虚拟现实建模是一个比较繁复的过程，需要大量的时间和精力。如果将VR技术与智能技术、语音识别技术结合起来，可以很好地解决这个问题。对模型的属性、方法和一般特点的描述通过语音识别技术转化成建模所需要的数据，然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价，将模型用对象表示出来，并且将各种基本模型静态或动态地连接起来，最终形成系统模型。

立钻哥哥提示：人工智能一直是业界的难题，人工智能在各个领域十分有用，在虚拟世界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工劳动具有非常积极的作用。

----<5.网络分布式虚拟现实技术的研究与应用>：分布式虚拟现实是今后虚拟现实技术发展的重要方向。随着众多分布式虚拟现实开发工具及其系统的出现，DVR本身的应用也渗透到各行各业，包括医疗、工程、训练与教学以及协同设计。近年来，随着Internet应用的普及，一些面向Internet的分布式虚拟现实应用使得位于世界各地的多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络联结起来，采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时间和空间上相互耦合的虚拟合成环境，参与者可自由地进行交互作用。

++++[虚拟现实技术的主要应用领域]：虚拟现实技术具有降低成本、提高安全性、形象逼真和可反复操作等优点，得到了用户的认可。据不完全统计，占据主流的领域有教育和培训，包括医疗培训、军事培训和大学培训，此外还有制造业、娱乐业以及商业服务业，例如市场销售和建筑规划。在所有这些领域都要求降低费用、缩短生产周期等的情况下，虚拟现实技术具有适应性、真实性和合作性等特点。

----<1.军事领域>：军事领域研究是推动虚拟现实技术发展的原动力，目前依赖是主要的应用领域。虚拟现实技术主要在军事训练和演习、武器研究这两个方面得到广泛应用。

-------立钻哥哥：在传统的军事实战演习中，特别是大规模的军事演习，不但耗资巨大，安全性较差，而且很难在实战演习条件下改变战斗状况来反复进行各种战场势态下的战术和决策研究。虚拟军事训练和演习不仅不动用实际装备而使受训人员具有身临其境之感，而且可以任意设置战斗环境背景，对作战人员进行不同作战环境，不同作战预案的多次重复训练，使作战人员迅速积累丰富的作战经验。武器设计研制采用虚拟现实技术，提供具有先进设计思想的设计方案，使用计算机仿真武器，并进行性能的评价，得到最佳性价比的仿真武器后，再投入武器的大批量生产。此过程缩短武器研制的制作周期，节约不必要的开支，降低成本，提高武器的性价比。

----<2.医疗领域>：传统的医疗科目教学都是使用教科书和供解剖用的尸体来供学生学习和练习，但是，学生们较难得到用尸体练习解剖技术的机会，并且在对实际的生命体进行解剖练习时，较多细小的神经和血管是很难看到的。另外，一旦进行了切割，解剖体就被破坏，如果想要再次切割来进行不同的观察，问题就变得较为复杂。

--------立钻哥哥：虚拟现实技术可以弥补传统的不足，主要应用到解剖学和病理学教学、外科手术训练、复杂外科手术规划、健康咨询和身体康复治疗等方面。例如，在外科手术中，通过虚拟现实技术仿真课程，对麻醉医师和静脉注射护士培训、对实习外科医生上手术台之前的开刀培训，以及通过虚拟现实技术可以对复杂外科手术的设计、手术过程中的指引和帮助信息的提供、手术结果的预测等，帮助外科医生顺利完成手术，并使其对病人造成的损伤降低至最小。学生可以在虚拟的病人身上反复操作，提高技能，有利于学生对复杂的人体三维结构本质进行较好的理解。也可以对比较罕见的病例进行模拟、诊断和治疗，减少误诊的概率。利用远程康复治疗方式监督康复中的病人，使其在虚拟日常生活中的各种情景中活动，减少病人独自在家康复的孤独感，实现更为愉悦的治疗方式。

----<3.教育领域>：虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它实现了建构主义、情景学习的思想，营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。

建构主义：是一种关于知识和学习的理论，强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常常是在社会文化互动中完成的。建构主义的提出有着深刻的思想渊源，它具有迥异于传统的学习理论和教学思想，对教学设计具有重要指导价值。

----立钻哥哥：真实、互动的特点是虚拟现实技术独特的魅力。虚拟现实技术提供基于教学、教务、校园生活的三维可视化的生动、逼真的学习环境，例如虚拟实验室、虚拟校园和技能培训等。使用者选择任意环境，并映射成自选的任意一种角色，通过亲身经历和体验来学习知识、巩固知识，极大地提高了学生的记忆力和学习兴趣。此方法比传统的教学方式，尤其是空洞抽象地说教、被动地灌输更具有说服力。

2019.05.17整理

《虚拟现实技术概述》

++++立钻哥哥：虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，它与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。它以计算机技术为主，利用并综合三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、传感技术、显示技术、伺服技术等多种高科技的最新发展成果，利用计算机等设备来产生一个逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界，从而使处于虚拟世界中的人产生一种身临其境的感觉。在这个虚拟世界中，人们可直接观察周围世界及物体的内在变化，与其中的物体之间进行自然的交互，并能实时产生与真实世界相同的感觉，使人与计算机融为一体。与传统的模拟技术相比，VR技术的主要特征是：用户能够进入到一个由计算机系统生成的交互式的三维虚拟环境中，可以与之进行交互。通过参与者与仿真环境的相互作用，并利用人类本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，全方位地获取事物的各种空间信息和逻辑信息。

++++[虚拟现实技术与三维动画技术的异同]：VR技术和三维动画技术有本质的区别：三维动画技术是依靠计算机预先处理好的路径上所能看见的静止照片连续播放而形成的，不具有任何交互性，即不是用户想看什么地方就能看到什么地方，用户只能按照设计师预先固定好的一条线路去看某些场景，它给用户提供的信息很少或不是所需的，用户是被动的；而VR技术则截然不同，它通过计算机实时计算场景，根据用户的需求把整个空间中所有的信息真实地提供给用户，用户可依自己的路线行走，计算机会产生相应的场景，真正做到“想得到，就看得到”。所以说交互性是两者最大的不同。（房地产展示：采用三维动画技术来展示楼盘，其设计周期长，模式固定，制作费用高；采用VR技术来进行设计，其展示效果好，设计周期短，更重要的是，它是基于真实数据的科学仿真，不仅可达到一般展示的功能，而且还可以把业主带入到未来的建筑物里参观，还可展示如门的高度、窗户朝向、某时间的日照、采光的多少、样板房的自我设计、与周围环境的相互影响等，这些都是三维动画技术所无法比拟的。）

比较项目	VR技术	三维动画技术
科学性及场景的选择性	虚拟世界基于真实数据建立的模型组合而成，属于科学仿真系统。操作者亲身体验三维空间，可自由选择观察路径，有身临其境的感觉。	场景画面根据材料或想像直接绘制而与真实的世界和数据有较大的差距，属于演示类艺术作品。只能按预先假定的观察路径观看。
实时交互性	操作者可以实时感觉到运动带来的场景变化，具有双向互动的功能。	只能单向演示，场景变化的画面需要事先制作生成。
空间立体感	支持立体显示和三维立体声，具有三维空间真实感。	不支持
演示时间	没有时间限制，可真实详尽地展示，性价比高。	受动画制作时间限制，无法详尽展示，性价比低。
方案应用的灵活性	支持方案调整、评估、管理、信息查询等功能，同时又具有更真实直观的演示功能。	只具有简单的演示功能。

++++[虚拟现实系统的构成]：典型的VR系统主要由计算机、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成。

----<1、计算机>：在VR系统中，计算机负责虚拟世界的生成和人机交互的实现。由于虚拟世界本身具有高度复杂性，尤其在某些应用中，如航空航天世界的模拟、大型建筑物的立体显示、复杂场景的建模等，使得生成虚拟世界所需的计算量极为巨大，因此对VR系统中计算机的配置提出了极高的要求。

----<2、输入输出设备>：在VR系统中，为了实现人与虚拟世界的自然交互，必须采用特殊的输入输出设备，以识别用户各种形式的输入，并实时生成相应的反馈信息。

----<3、VR的应用软件系统及数据库>：VR的应用软件系统可完成的功能包括：虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、行为模型的建立，三维虚拟立体声的生成，模型管理技术及实时显示技术，虚拟世界数据库的建立与管理等几部分。虚拟世界数据库主要用于存放整个虚拟世界中所有物体的各个方面的信息。

++++[虚拟现实技术的特征]：VR技术的3个主要特征：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想像性（Imagination）等；

----<（1）沉浸性>：沉浸性（Immersion）是指用户感受到被虚拟世界所包围，好像完全置身于虚拟世界中一样。VR技术最主要的技术特征是让用户觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界中的一部分，使用户由观察者变成参与者，沉浸其中并参与虚拟世界的活动。理想的虚拟世界应该达到使用户难以分辨真假的程度，甚至超越真实，实现比现实更逼真的照明和音响效果。

----<（2）交互性>：交互性（Interactivity）的产生，主要借助于VR系统中的特殊硬件设备（如数据手套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。

----<（3）想像性>：想像性（Imagination）指虚拟的环境是人想像出来的，同时这种想像体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。所以说VR技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面，同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。

++++[VR技术的意义]：正是由于VR技术的广泛应用，并能够实现人与自然之间的和谐交互，扩大对信息空间的感知通道，提高人类对跨越时空事物和复杂动态事件的感知能力，把计算机应用提高到一个崭新的水平，其作用和意义是十分重要的。

----首先是在观念上的转变，它使人们对计算机的应用从“以计算机为主体”变成“以人为主体”。传统的信息处理环境一直强调的是“人适应计算机”，人与计算机通常通过键盘与鼠标进行交互，这种交互是间接的，非直觉的和有限的。而VR技术的目标或理念是要逐步使“计算机适应人”，人们要通过视觉、听觉、触觉、嗅觉以及形体、手势或语言，参与到信息处理的环境中去，并获得身临其境的体验。人们不必意识到自己在同计算机打交道，而可以像在现实世界中处理事情一样通计算机交流，这就把人从操作计算机的复杂工作中解放出来，使用计算机无需学习，操作也异常简单而方便。

----第二个转变发生在哲学中人们对“虚”和“实”之间的辩证关系的理解上。虚和实的关系是一个古老的哲学话题。我们是处于真实的客观世界中，还是只处于自己的感知世界中，一直是唯物论和唯心论争论的焦点。以视觉为例，我们所看到的世界，不过是视网膜上的影像。过去，视网膜上的影像都是真实世界的反映，因此客观的真实世界同主观的感知世界是一致的。现在，VR导致了二重性，VR的景物对人的感官来说是实实在在存在的，但它又的的确确是虚构的东西，而且按照虚构的东西行事，往往又会得出正确的结果。因此这就引发了哲学上要重新认识“虚”和“实”之间的关系的研究。

++++[虚拟现实系统的分类]：在实际应用中，根据VR技术对沉浸程度的高低和交互程度的不同，将VR系统划分为4种类型：沉浸式VR系统、桌面式VR系统、增强式VR系统、分布式VR系统；其中桌面式VR系统因其技术非常简单，需投入的成本也不高，在实际应用中较广泛。

++++[分类-（1）桌面式VR系统]：桌面式VR系统也称窗口VR，它是利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用计算机的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。桌面式VR系统一般要求参与者使用空间位置跟踪定位设备和其他输入设备，如数据手套和6个自由度的三维空间鼠标，使用户虽然坐在监视器前，却可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟世界。在桌面式VR系统中，计算机的屏幕是用户观察虚拟世界的一个窗口，在一些VR工具软件的帮助下，参与者可以在仿真过程中进行各种设计。使用的硬件设备主要是立体眼镜和一些交互设备（如数据手套、空间位置跟踪定位设备等）。立体眼镜观看计算机屏幕中虚拟三维场景的立体效果，它所带来的立体视觉能使用户产生一定程度的沉浸感。有时为了增强桌面式VR系统的效果，在桌面式VR系统中还可以加入专业的投影设备，以达到增大屏幕观看范围的目的。桌面式VR系统具有以下主要特点：

----(1)对硬件要求极低，有时只需要计算机或是增加数据手套、空间位置跟踪定位设备等。

----(2)缺少完全沉浸感，参与者不完全沉浸，因为即使戴上立体眼镜，仍然会受到周围现实世界的干扰。

----(3)应用比较普遍，因为它的成本相对较低，而且它也具备了沉浸式VR系统的一些技术要求。

----立钻哥哥：作为开发者和应用者来说，从成本角度考虑，采用桌面式VR技术往往被认为是从事VR研究工作的必经阶段。

++++[分类-（2）沉浸式VR系统]：沉浸式VR系统利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，并能利用这些交互设备操作和驾驭虚拟环境，产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式VR系统的特点：

----(1)高度的沉浸感。沉浸式VR系统采用多种输入与输出设备来营造一个虚拟的世界，并使用户沉浸于其中，同时还可以使用户与真实世界完全隔离，不受外面真实世界的影响。

----(2)高度实时性。在虚拟世界中要达到与真实世界相同的感觉，如当人运动时，空间位置跟踪定位设备需及时检测到，并且经过计算机运算，输出相应的场景变化，并且这个变化必需是及时的，延迟时间要很小。

----立钻哥哥：<沉浸式VR系统的分类>：常见的沉浸式VR系统有：基于头盔式显示器的VR系统；投影式VR系统；遥在系统。（基于头盔式显示器采用头盔式显示器或投影式VR系统或投影式显示系统来实现完全投入。它把现实世界与之隔离，使参与者从听觉到视觉都能投入到虚拟环境中去。）（遥在系统是一种远程控制形式，常用于VR系统与机器人技术相结合的系统。）

++++[分类-（3）增强式VR系统]：增强式VR系统简称增强现实（AR），它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂场景的开销（因为部分虚拟环境由真实环境构成），又可对实际物体进行操作（因为部分物体是真实环境）。增强式VR系统有以下3个特点：

----(1)真实世界和虚拟世界融为一体；

----(2)具有实时人机交互功能；

----(3)真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。

++++[分类-（4）分布式VR系统]：分布式VR系统是VR技术的网络技术发展和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟世界，通过网络连接成共享信息的系统。DVR系统的目标是在沉浸式VR系统的基础上，将地理上分布的多个用户或多个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起，使每个用户同时加入到一个虚拟空间里（真实感三维立体图形、立体声），通过联网的计算机与其他用户进行交互，共同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的，它将虚拟提升到了一个更高的境界。VR系统运行在分布式世界中2个方面的原因：一方面是充分利用分布式计算机系统提供的强大计算能力；另一方面是有些应用本身具有分布特性，如多人通过网络进行游戏和虚拟战争模拟等。分布式VR系统的特点：

----(1)各用户具有共享的虚拟工作空间；

----(2)伪实体的行为真实感；

----(3)支持实时交互，共享时钟；

----(4)多个用户可用各自不同的方式相互通信；

----(5)资源信息共享以及允许用户自然操作世界中的对象；

----立钻哥哥：目前，分布式VR技术主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、多人通过网络进行游戏或虚拟战争模拟等领域；

++++[虚拟现实技术的研究现状及研究方向]：VR技术领域几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅速。基于VR技术的研究主要有VR技术与VR应用两大类。在国外VR技术研究方面研究得较好的有美国、德国、英国、日本、韩国等国家。在国内，浙江大学、北京航空航天大学等单位在VR方面的研究工作开展得比较早，成果也较多。

----<(1)国外研究现状>：美国是VR技术的发源地，因而大多数研究机构都在美国。

----<(2)国内研究现状>：对虚拟环境的建立、自然人机交互、增强式VR、分布式VR、VR在产品创新中的应用等技术进行联合攻关。

----<(3)目前虚拟现实技术的局限性>：硬件设备的局限性；软件的局限性；应用的局限性；效果的局限性；

----<(4)VR技术的研究方向>：感知研究领域；人机交互界面；高效的VR软件和算法；廉价的VR硬件系统；智能虚拟环境；

--------[(1)感知研究领域]：在听觉方面应加强听觉模型的建立，提高虚拟立体声的效果，并积极开展非听觉研究；在触觉方面，要开发各种用于人类触觉系统的基础研究和VR触觉设备的计算机控制的机械装置；

--------[(2)人机交互界面]：开展独立于应用系统的交互技术和方法的研究，建立软件技术交换机构以支持代码共享、重用和软件投资，并鼓励开发通用型软件维护工具；

--------[(3)高效的VR软件和算法]：积极开发满足VR技术建模要求的新一代工具软件及算法、虚拟现实建模语言的研究、复杂场景的快速绘制及分布式VR技术的研制；

--------[(4)廉价的VR硬件系统]：VR技术的主要研究方向是在外部空间的实用跟踪技术、力反馈技术、嗅觉技术及面向自然的交互硬件设备；

--------[(5)智能虚拟环境]：智能虚拟环境是虚拟环境和人工智能与人工生命两种技术的结合。它涉及多个不同学科，包括计算机图形、虚拟环境、人工智能与人工生命、仿真、机器人等；

++++[虚拟现实系统的交互设备]：三维交互设备用于把各种信息输入计算机，并向用户提供相应的反馈，它们是使参与者能以人类自然技术与虚拟环境交互的必要工具。根据传感渠道以及在功能和目的上的不同，虚拟现实系统的三维交互设备主要被分为三维跟踪传感设备、立体显示设备、人机交互设备以及系统集成设备等几大类：

----<1. VR的三维跟踪传感设备>：虚拟现实技术是三维空间中与人交互的技术，为了能及时、准确地获取人的动作信息，需要有各类高精度、高可靠的跟踪、定位设备。VR的各种应用基本上都是采用跟踪用户头部或手的运动，也有监测使用者的眼睛（即视线）或面部表情的系统。常用的跟踪传感技术主要有电磁波、超声波、机械、光学和图像提取等几种方法，它们被广泛应用在头盔显示器、数据手套等三维交互设备的功能设计中。

--------[(1)电磁波跟踪器]：这是一种最为常用的跟踪器，它使用一个信号发生器（3个正交线圈组）产生低频电磁场，然后由放置于接收器中的另外三组正交线圈组负责接收，通过获得的感生电流和磁场场强的9个数据来计算被跟踪物体的位置和方向。电磁波跟踪器体积小、价格便宜、用户运动自由，而且敏感性不依赖于跟踪方位，但是其系统延迟较长，跟踪范围小，且准确度容易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响。

--------[(2)超声波跟踪器]：超声波跟踪器的工作原理是发射器发出高频超声波脉冲（频率20kHz以上）后，由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等，就可以跟踪物体的距离和方位了。超声波跟踪器的性能适中，成本低廉，而且不会受外部磁场和大块金属物质的干扰。但是，它的敏感性却容易接收器的方位和空气密度的影响。

--------[(3)光学跟踪器]：光学跟踪也是一种较为常见的跟踪技术。这种跟踪器可以使用自然光、激光或红外线等作为光源，但为避免干扰用户的观察视线，目前多采用红外线方式。与电磁波和超声波这两种跟踪器相比，光学系统的可工作范围小，但其数据处理速度、响应性都非常好，因而较适用于头部活动范围相当受限、但要求具有较高刷新率和精确率的实时应用。

--------[(4)其他空间跟踪系统]：机械跟踪器；惯性跟踪器；图像提取跟踪器；

----<2.VR的立体显示设备>：对虚拟世界的沉浸感主要依赖于人类的视觉感知，因而三维立体视觉是虚拟现实技术的第一传感通道。现阶段常用的显示设备主要有立体眼镜、头盔式显示器、双目全方位显示器、大屏幕投影等：

--------[(1)头盔式显示器]：头盔式显示器（HMD）是VR系统中普遍采用的一种立体显示设备，它通常安装在头部，并用机械的方式固定，头与头盔之间不能有相对运动，在HMD上配有空间位置跟踪定位设备，能实时检测出头部的位置，VR系统能在HMD的屏幕上显示出反映当前位置的场景图像。它通常由两个LCD或CRT显示器分别向左右眼提供图像，这两个图像由计算机分别驱动的，两个图像存在着微小的差别，类似于“双眼视差”。通过大脑将两个图像融合以获得深度感知，得到一个立体的图像。HMD可以将参与者与外界完全隔离或部分的隔离，因而已成为沉浸式VR系统与增强式VR系统不可缺少的视觉输出设备。

--------[(2)双目全方位显示器（BOOM）]：BOOM是一种可移动式显示器。它由两个相互垂直的机械臂支撑，这不仅让使用者可以在半径约2米的球面空间内自由移动，还能将显示器的重量加以巧妙的平衡而使之始终保持水平，不受平台的运动影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和头盔显示器一样有实时的观测和交互能力；

--------[(3)CRT终端：液晶光闸眼镜]：CRT终端-液晶光闸眼镜立体视觉系统的工作原理是：由计算机分别产生左、右眼的两幅图像，经过合成处理后，采用分时交替的方法显示于CRT终端上。用户则佩戴一副与计算机相连的液晶光闸眼镜，眼镜的左、右镜片在驱动电信号的作用下，将以与图像显示同步的速率交替“开”（透光）、“闭”（遮光），即当计算机显示左眼图像时，右眼透镜将被遮闭，而当计算机显示右眼图像时，左眼透镜则被遮闭。这样做可以让用户的左、右眼分别只看到相应的左、右图像。根据双目视差与深度距离的正比关系，人的视觉生理系统就可以自动将这两幅视差图像融合成一个立体视像了。

--------[(4)大屏幕投影：液晶光闸眼镜]：此设备要求用于投影的CRT或数字投影机要求具有极高的亮度和分辨率，它适合于在较大的视野内产生投影图像的应用需求。（例如美国芝加哥大学研制的CAVE系统，它构造了一个由4面投影屏幕形成的立方体虚拟环境，又被称为“洞穴”，各屏幕（背投式）同时显示从某一固定观察点看到的所有视像，由此提供一种全景式的环境。）

--------[(5)3D显示器]：3D显示器不需要用户戴上专门的眼镜也能观察到立体的图像。这项技术不同于普通显示器中的发射与反射类型，它把光源从显示器的下面向上发射，通过显示器内部的发射和折射，使用户能看到立体的图像。这项技术的一个显著优点在于对显示器周围的环境没有任何严格的要求。

----<3.虚拟现实的人机交互设备>：一般的跟踪、探测设备都具有简单、紧凑和易于操作等优点，但由于它们自身构造的限制，使操作者手的活动自由度仅限于在桌上的一个小区域中，减弱了它与虚拟世界交互作用的直观性；VR技术的一项重大突破就是用手来代替键盘、鼠标，作为人与计算机交互的一种重要手段。操作者不但可以获得大范围的基于手势的交互操作，同时可以通过身体的各个部位的运动来感知，增加了人在虚拟空间中的自由度和灵活性：数据手套（VPL数据手套；赛伯手套；DHM手套）；数据衣；三维控制器（三维空间鼠标；力矩球；）；三维模型数字化仪；

--------[(1)数据手套]：数据手套（Data Glove）是VPL公司在1987年推出的一种传感手套的专有名称；到现在，数据手套是一种被广泛使用的传感设备，它是一种戴在用户手上的虚拟的手，用于与VR系统进行交互，可在虚拟世界中进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制，并把手指伸屈时的各种姿势转换成数字信号送给计算机，计算机通过应用程序来识别出用户的手在虚拟世界中操作时的姿势，执行相应的操作。在实际应用中，数据手套还必须配有空间位置跟踪定位设备，检测手的实际位置和方向。

------------>立钻哥哥：“VPL数据手套”是由轻质的富有弹性的Lycra材料制成，它采用光纤作为传感器，用于测量手指关节的弯曲程度，采用光纤作为传感器是因为光纤体积小、重量轻，可方便地安装在手套上。

--------[(2)数据衣]：数据衣是采用与数据手套同样的原理制成的，数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。它将大量的光纤安装在一件紧身衣上，可以检测人的四肢、腰部等部位的活动，以及各关节（如手腕、肘关节）弯曲的角度；

------------->立钻哥哥：数据衣主要应用在一些复杂环境中，对物体进行的跟踪和对人体运动的跟踪与捕捉；

--------[(3)三维控制器]：三维空间鼠标；力矩球；

------------>[(3.1)三维空间鼠标]：三维空间鼠标（3D Mouse）可以完成虚拟空间中6自由度的操作，其工作原理是在鼠标内部安装超声波或电磁发射器，利用配套的接收设备检测到鼠标在空间中的位置与方向。三维空间鼠标与其他设备相比成本低；

------------>[(3.2)力矩球]：力矩球（Space Ball）的中心是固定的，并装有6个发光二极管，球有一个活动的外层，也装有6个相应的光接收器。当使用者用手对球的外层施加力或力矩时，根据弹簧形变的法则，6个光传感器测出3个力和3个力矩的信息，并将信息传送计算机，即可计算出虚拟空间中某物体的位置和方向等；

--------[(4)三维模型数字化仪]：三维模型数字化仪又称三维扫描仪或三维扫描数字化仪，是一种先进的三维模型建立设备，利用CCD成像、激光扫描等手段实现物体模型的取样，同时通过配套的矢量化软件对三维模型数据进行数字化；它特别适用于建立一些不规则三维物体模型，如人体器官和骨骼模型、出土文物、三维数字模型的建立等，在医疗、动植物研究、文物保护等VR应用领域有广阔的前景；

------------>立钻哥哥：三维模型数字化仪的工作原理是：由三维模型数字化仪向被扫描的物体发射激光，通过摄像机从每个角度扫描并记录下物体各个面的轮廓信息，安装在其上的空间位置跟踪定位设备也同步记录下三维模型数字化仪的位置及方向的变换信息，将这些数据送入计算机中，再采用相应的软件进行处理，得到与物体对应的三维模型。

----<4.VR硬件的系统集成>：虚拟现实系统中通常包括大量需要处理来自各种设备的感知信息、模型和数据，因此，建立一个以计算机为核心，将多种I/O交互设备协调组合在一起的硬件平台，是VR系统集成的关键技术；计算机系统作为虚拟现实系统的核心，必须具有足够强大的功能才能完成实时处理、数据输入/输出、虚拟境界的管理和生成等功能。它一方面要保障虚拟三维场景的实时计算和显示，尽量减少延迟，另一方面还要协调各种I/O交互设备之间的工作，以确保系统整体运行的性能。

++++[虚拟现实系统的相关技术与软件]：VR系统的目标是由计算机生成虚拟世界，用户能与之进行视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位交互。要达到这种目标，除了需要有一些专业的硬件设备，还必须有较多的相关技术及软件加以保证。如要达到观察一个三维场景，并且随视角不同能实时显示变化的场景图像。我们知道只有设备是远远不够的，还必须有相应的压缩算法等技术相支持，由此可见，实现VR系统除了需要功能强大的硬件设备支持以外，对其相关的软件和技术也提出了较高要求：环境建模技术；实时三维图形绘制技术；三维虚拟声音的显示技术；触摸和力量反馈技术；自然交互技术；碰撞检测技术；虚拟现实工具软件；Web3D技术与软件；

----<1.环境建模技术>：虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，虚拟环境是建立在建模基础之上的，只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，VR系统才有可信度。虚拟环境建模的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

--------立钻哥哥：VR系统包括三维视觉和三维听觉建模等。在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模；三维视觉建模可分为：几何建模、物理建模、行为建模等；

--------[(1)几何建模技术]：几何建模技术主要研究对象是对物体几何信息的表示与处理，它是涉及表示几何信息数据结构，以及相关的构造与操纵数据结构的算法建模方法。

--------[(2)物理建模技术]：物理建模是建模技术进一步发展的产物，也就是在建模时要考虑对象的物理属性，典型的物理建模技术有分形技术和粒子系统；

------------[(2.1)分形技术]：分形技术是指可以描述具有自相似特征的数据集。自相似结构可用于复杂的不规则外形物体的建模；该技术首先被用于河流和山体的地理特征建模；

------------[(2.2)粒子系统]：粒子系统是一种典型的物理建模系统，粒子系统是用简单的体素完成复杂的运动建模；所谓体素是用来构造物体的原子单位，体素的选取决定了建模系统所能构造的对象范围；粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成，每个粒子具有位置、速度、颜色和生命周期等属性，这些属性可根据动力学计算和随机过程得到；在VR系统中，粒子系统常用于描述火焰、水流、雨雪、旋风、喷泉等现象及动态的物体建模；

--------[(3)行为建模技术]：行为建模负责物体的运动和行为的描述；如果说几何建模是VR建模的基础，行为建模则真正体现出VR的特征；一个VR系统中的物体若没有任何行为的反应，则这个VR系统是静止的、没有生命的，对于VR用户是没有任何意义的，所以说行为建模技术才真正体现了VR的特征；行为建模技术主要研究的是物体运动的处理和对其行为的描述，体现了虚拟环境中建模的特征；也就是说行为建模就是在创建模型的同时，不仅赋予模型外形、质感等表现特征，同时也赋予模型物理属性和“与生俱来”的行为与反应能力，并且服从一定的客观规律；在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有：运动学与动力学仿真方法；

----<2.实时三维图形绘制技术>：实时三维图形绘制技术指利用计算机为用户提供一个能从任意视点及方向实时观察三维场景的手段，它要求当用户的视点改变时，图形显示速度也必须跟上视点的改变速度，否则就会产生迟滞现象；由于三维立体图包含比二维图形更多的信息，而且虚拟场景越复杂，其数据量就越大，因此，当生成虚拟环境的视图时，必须采用高性能的计算机及设计好的数组组织方式，从而达到实时性的要求，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒；===>立钻哥哥：基于几何图形的实时绘制技术；基于图形的绘制技术；

--------[(2.1)基于几何图形的实时绘制技术]：为了保证三维图形的显示能实现刷新频率不低于30帧/秒，除了在硬件方面采用高性能的计算机外，还必须选择合适的算法来降低场景的复杂度（即降低图形系统处理的多边形数目）；目前，用于降低场景的复杂度，以提高三维场景的动态显示速度的常用方法有：预测计算；脱机计算；场景分开；可见消隐；细节层次模型等，其中细节层次模型应用较为普遍；

------------>[(2.1.1)预测计算]：根据物体的各种运动规律，如手的移动，可在下一帧画面绘制之前用预测的方法推算出手的位置，从而减少由输入设备所带来的延迟；

------------>[(2.1.2)脱机计算]：由于VR系统是一个较为复杂的系统，在实际应用中可以尽可能将一些可预先计算好的数据进行预先计算并存储在系统中，这样可加快需要运行时的速度；

------------>[(2.1.3)场景分块]：将一个复杂的场景划分成若干个子场景，各个子场景间几乎不可见或完全不可见；

------------>[(2.1.4)可见消隐]：场景分块技术与用户处的场景位置有关，而可见消隐技术则与用户的视点关系密切；使用这种方法，系统仅显示用户当前能“看见”的场景，当用户仅能看到整个场景中很小部分时，由于系统仅显示相应场景，此时可大大减少所需显示的多边形的数目；然而，当用户“看见”的场景较复杂时，这种方法作用就不大；

------------>[(2.1.5)细节层次模型]：所谓细节层次模型（Level Of Detail, LOD），是对同一个场景或场景中的物体使用具有不同细节的描述方法得到的一组模型；

--------[(2.2)基于图像的绘制技术]：基于图像的绘图技术（Image Based Rending, IBR）是采用一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视线议程的画面进行交换、插值与变形，从而快速得到当前视点处的场景画面；目前，基于图像的绘制技术主要有：全景技术；图像的插值及视图变换技术；此外，还有基于分层表示及全视函数等方法；

------------>[(2.2.1)全景技术]：全景技术是指在一个场景中的一个观察点用相机每旋转一下角度拍摄得到一组照片，再在计算机采用各种工具软件拼接成一个全景图像；它所形成的数据较小，对计算机配置要求低，适用于桌面式VR系统，建模速度快，但一般一个场景只有一个观察点，因此交互性较差；

------------>[(2.2.2)图像的插值及视图变换技术]：根据在不同观察点所拍摄的图像，交互地给出或自动得到相邻两个图像之间对应，采用插值或视图变换的方法，求出对应于其他点的图像，生成新的视图，根据这个原理可实现多点漫游的要求；

----<3.三维虚拟声音的显示技术>：VR系统中的三维虚拟声音，使听者能感觉到声音确实是来自围绕听者双耳的一个球形空间中的任何地方，即声音可能来自于头的上方、后方或者前方；（如战场模拟训练系统中，当用户听到了对手射击的枪声时，他就能像在现实世界中一样准确而且迅速地判断对手的位置，如果对手在他身后，听到的枪声就应是从后面发出的）；立钻哥哥：把在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源的准确位置、符合人们的真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音系统。

--------[语音识别技术（Automatic Speech Recognition, ASR）]：是指将人说话的语音信号转换为可被计算机程序所识别的文字信息，从而识别出说话人的语音指令以及文字内容的技术；

--------[语音合成技术（Text To Speech, TTS）]：是指将文本信息转变为语音数据，以语音的方式播放出来的技术；

--------立钻哥哥：在VR系统中，如果将语音合成与语音识别技术结合起来，就可以使试验者与计算机所创建的虚拟环境进行简单的语音交流了。当使用者的双手正忙于执行其他任务，这个语音交流的功能就显得更为重要了，因此，这种技术在VR环境中具有突出应用价值，相信在不远的将来，ASR和TTS技术将出现在我们的身边，真正实现人机自然交互；

----<4.触摸和力量反馈技术>：在虚拟环境中增加触觉感知将有助于增强VR系统的真实感和沉浸感，并提高虚拟任务执行成功的机率；

--------立钻哥哥：触觉感知包括触摸反馈和力量反馈所产生的感知信息；触摸感知是指人与物体对象接触所得到的全部感觉，是触摸觉、压觉、振动觉、刺痛觉等皮肤感觉的统称；所以，触摸反馈代表了作用在皮肤上的力，它反映了人类触摸的感觉，或者是皮肤上受到压力的感觉；而力量反馈是作用在人的肌肉、关节和筋腱上的力；

----<5.自然交互技术>：手势识别；面部表情识别；眼动跟踪；

--------[(5.1)手势识别]：手势是一种较为简单、方便的交互方式，也是人体语言的一个非常重要的组成部分，它是包含信息量最多的一种人体语言，它与语言及书面语等自然语言的表达能力相同，因而在人机交互方面，手势完全可以作为一种手段，而且具有很强的视觉效果，因为它生动、形象、直观。

------------>立钻哥哥：手势识别系统根据输入设备的不同，主要分为基于数据手套的识别和基于视觉（图像）的手语识别系统两种；

--------[(5.2)面部表情识别]：人对面部表情的识别是人与人交流中传递信息的重要手段，然而要让机器能看懂人的表情却不是一件容易的事情；

------------>立钻哥哥：计算机面部表情的识别技术通常要分为3个步骤进行：表情的跟踪、表情的编码和表情的识别；

--------[(5.3)眼动跟踪]：眼动跟踪技术的基本工作原理是利用图像处理技术，使用能锁定眼睛的特殊摄像机，通过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线连续地记录视线变化，从而达到记录、分析视线追踪过程的目的；

------------>立钻哥哥：常见的视觉追踪方法有眼电图、虹膜-巩膜边缘、角膜反射、瞳孔角膜反射、接触镜等几种；视线跟踪技术可以弥补头部跟踪技术的不足之处，同时又可以简化传统交互过程中的步骤，使交互更为直接；

----<6.碰撞检测技术>：在虚拟世界中，由于用户与虚拟世界的交互及虚拟世界中物体的相互运动，物体之间经常会出现相碰的情况；为了保证虚拟世界的真实性，就需要VR系统能够及时检测出这些碰撞，产生相应的碰撞反应，并及时更新场景输出，否则就会发生穿透现象；正是有了碰撞检测，才可以避免诸如人穿墙而过等不真实情况的发生，影响虚拟世界的真实感；

--------立钻哥哥：在虚拟世界中关于碰撞，首先要检测到有碰撞的发生碰撞的位置，其次是计算出发生碰撞后的反应，所以说碰撞检测是VR系统中不可缺少的部分；由于物体本身的模型可能很复杂，直接采用物体的原模型来检测两个物体的碰撞，计算量仍然过大；对两物体间的精确碰撞检测的加速实现，现有的碰撞检测算法主要可划分为两大类：层次包围盒法和空间分解法；

++++立钻哥哥：在硬件系统方面，交互性是实现人机和谐的关键，改进硬件设备的性能则是其中的关键；在软件系统方面，为应用系统的开发提供一些更为简单、适用的生成工具；从应用系统的角度来看，VR的应用领域尚有待大力拓展；

++++[虚拟现实的图形学基础]：计算机图形学技术是实现虚拟现实系统的重要理论基础之一，它可以把用户脑海中的构想有效地转化为用户能观察的视觉图像，再结合传感器技术、用户交互技术，使得计算机构造出一个用户看得到、触摸得到、感受得到并能沉浸其中的虚拟环境；在虚拟现实的各种反馈信息中，视觉反馈是最重要的，它要求在人的头部移动造成视点变化时，虚拟环境中的复杂场景必须能随着视点的变化而变化；所以说，计算机图形学在虚拟现实系统中承担非常重要的角色；

++++立钻哥哥：虚拟现实的一个重要的概念是“S-P-I”，来源于计算机图形学中的系统划分，它基于3个要素：仿真（Simulation）、虚拟世界的呈现（Presentation）、人与虚拟世界的交互（Interaction）；呈现虚拟世界，必须生成具有色彩的三维真实感图形；（真实感图形的生成一般需经历场景造型、取景变换、视域裁剪、消除隐藏及可见光亮度计算等步骤，这就要涉及三维计算机图形学的知识。）

----<1.虚拟环境中的视点定位>：在虚拟环境中的虚拟观察者有着特殊位置，并沿着某条视线来观察。由于虚拟观察者有两只眼睛，较为理想的情况是两眼分别接受环境中两幅不同的视景图像，从而生成三维立体图像。这就需要用计算机重新计算相对于虚拟观察者参考坐标系的虚拟环境中几何坐标。而这又依赖于在虚拟环境中定义虚拟观察者参考坐标系的方法。这些方法包括：方向余弦法、XYZ方向的方位角法、XYZ欧拉角法和四元法；

----<2.透视投影>：为了显示虚拟物体，必须将三维几何模型经过投影变换，转换成显示器二维平面透视投影图。根据投影中心与投影平面之间距离的不同，投影可分为平行投影与透视投影；

----<3.人的视觉>：空间视觉问题；立体观察；

--------立钻哥哥：虚拟现实系统使用户尽可能地与计算机生成图像接口，尤其是利用立体视觉；为此，虚拟环境的两个不同视点必须由平行视差度来推导；当用户最终看到图像时，将获得真实的立体感；

----<4.色彩理论>：光线与颜色；三基色原理；色彩模型（RGB模型、CIELUV模型、HSV模型、HLS模型）；

----<5.光照模型>：点光源；无限点光源；局部光源；环境光；阴影；透明度；增强现实感；

----<6.反射模型>：物体表面的反射光可以分为漫反射光和镜面反射光；漫反射光可认为是光穿过物体表面被吸收，然后重新发射出来的光；而镜面反射是由磨光的物体外表面反射而形成的；

----<7.真实感>：图像的真实感提高有两部分内容：首先图像的内容可以通过加入真实世界的纹理、氛围效果、阴影和复杂的表面形状加以改进；其次描绘生成的图像中应不含任何人造的物品；

----<8.三维消隐>：画家算法；Z缓冲器算法；扫描线算法；区域采样法；

----<9.阴影算法>：有关阴影的几种算法：Gourand算法；Phong阴影算法；

----<10.三维裁剪>：常用的两种算法：Cohen-Sutherland算法；Cyrus-Beck算法；

++++[虚拟现实技术的应用]：VR技术问世以来，为人机交互界面开辟了广阔的天地，带来了巨大的社会、经济效益。在当今世界上，许多发达国家都大力研究、开发和应用这一技术，积极探索其在各个领域中的应用。由于虚拟现实在技术上的进步与逐步成熟，其应用在近年来发展迅速，应用领域已由过去的娱乐与模拟训练发展到包含航空、航天、铁道、建筑、土木、科学计算可视化、医疗、军事、教育、娱乐、通信、艺术、体育等广泛领域；

----<1.军事与航空航天>：目前，VR技术在军事上的应用是最广泛的领域之一，传统的军事实战演练，特别是大规模的军事演习，不但耗费大量资金和军事物资、安全性差，而且还很难在实战演习条件下改变状态，来反复进行各种战场形势下的战术和决策研究；采用VR系统不仅提高了作战能力和指挥效能，而且大大减少了军费开支，节省了大量人力、物力，同时在安全等方面也可以得到保证。应用虚拟现实技术建立虚拟战场环境下的作战仿真系统，还将军事演习在人员训练、武器研制、概念研究等方面显示出明显的优势和效益；

--------立钻哥哥：目前，在军事领域的应用主要体现在以下2个方面：在武器设备研究与新武器展示方面的应用；在军事训练方面的应用（虚拟战场；单兵模拟训练；近战战术训练；诸军兵种联合战略战术演习）；

----<2.教育与训练>：虚拟校园；虚拟环境演示教学与实验；远程教育系统；特殊教育；技能培训；

--------[(2.1)虚拟校园]：大学对每个人来说有特殊的感情的，大学校园的学习氛围、校园文化对人的教育有着巨大影响，教师、同学、教室、实验室等校园的一草一木无不潜移默化地影响着每一个人，人们从中得到的教益从某种程度来说，远远超出书本给予的；网络的发展和VR技术的应用，使人们可以仿真校园环境；因此虚拟校园成为VR技术与网络在教育领域最早的应用；目前虚拟校园主要以实现浏览功能为主；随着多种灵活的浏览方式以崭新的形式出现，虚拟校园正以一种全新的姿态吸引着大家；

--------[(2.2)虚拟环境演示教学与实验]：在高等教育中，VR技术在教学应用较多，特别是理工科类课程的教学，尤其在建筑、机械、物理、生物、化学等学科的教学上产生了质的突破；它不仅适用于课题教学，使之更形象生动，也适用于互动性实验；在很多大学都有VR技术研究中心或实验室；

--------[(2.3)远程教育系统]：随着互联网技术的发展、网络教育的深入，远程教育有了新的发展，真实、互动、情节化、突破了物理时空的限制并有效地利用了共享资源这些特点，同时可虚拟老师、实验设备等；这正是VR技术独特的魅力所在，基于国际互联网的远程教育系统具有巨大的发展前景，也必将引起教育方式的革命；

--------[(2.4)特殊教育]：由于VR技术是一种面向自然的交互方式，这个特点对于一些特殊的教育有着特殊的用途。

--------[(2.5)技能培训]：将VR技术应用于技能培训可以使培训工作更加安全，并节约了成本。比较典型的应用是训练飞行员的模拟器及用于汽车驾驶的培训系统。（在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下进行起飞、降落，训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的；通过反复交互式汽车模拟驾驶器采用VR技术构造一个模拟真车的环境，通过视觉仿真、声音仿真、驾驶系统仿真，给驾驶人员以真车般的感觉，让游客在轻松、安全、舒适的环境中既能掌握汽车的常识和驾驶技术，又能体验疯狂飙车的乐趣，集科普、学车以及娱乐于一体；）

----<3.商业应用>：商业上，VR技术常被用于产品的展示与推销。随着VR技术的发展与普及，该技术在最近几年的商业应用中越来越多，主要表现在商品的展示中。采用VR技术来展示，全方位地对商品进行展览，展示商品的多种功能，另外还能模拟商品工作时的情景，包括声音、图像等效果，比单纯使用文字或图片宣传更有吸引力。

----<4.设计与规划>：在城市规划、工程建筑设计领域，VR技术被作为辅助开发工具。由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，在城市规划中，VR系统正发挥着巨大作用。采用VR系统，不仅可以让建筑师看到甚至可以“摸”到自己设计成果，还能简化设计流程，缩短设计时间，而且可以随时修改。（VR系统可以快捷、方便地随着方案的变化进行调整，辅助用户做出决定，从而大大加快了方案设计的速度和质量，也节省了大量的资金，这是传统手段如沙盘、效果图、平面图等所不能达到的。）

----<5.医学领域的应用>：在医学领域，VR技术和现代医学的飞速发展以及两者之间的融合使得VR技术已开始对生物医学领域产生重大影响。在医学领域，VR应用大致上有两类，一类是虚拟人体的VR系统，也就是数字化人体，这样的人体模型使医生更容易了解人体的构造和功能；另一类是虚拟手术的VR系统，可用于指导手术的进行；

----<6.影视娱乐界的应用>：娱乐上的应用是VR技术应用最广阔的领域，从早期的立体电影到现代高级的沉浸式游戏，都是VR技术应用较多的领域；丰富的感知能力与三维显示世界使得VR技术成为理想的视频游戏工具；由于在娱乐方面对VR的真实感要求不太高，所以近几年来VR技术在该方面发展较为迅猛；

++++立钻哥哥：作为传输现实信息的媒体，VR技术在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外，VR提高了艺术表现能力，如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器，人们即使远在外地，也可以去虚拟的音乐厅欣赏音乐会。

++++立钻哥哥：基于虚拟现实的沉浸感游戏：

2019.05.15整理

《虚拟现实VR全景图全景视频基本概念》

++++立钻哥哥：虚拟现实（Virtual Reality）就是研究一种计算机技术，把人们想象中的东西转化为一种虚拟境界和虚拟存在，而这种虚拟境界和虚拟存在对我们的感觉器官就像真的客观存在一样。

++++[不同层次上的虚拟现实]：虚拟实在与自然实在的对等性；科学研究的三大手段：理论、建模、实验验证与模拟仿真；人类梦想的场景在感知中的实现；以计算机技术为核心，生成感知上与真实环境高度近似，交互上直观自然的数字化环境；（虚拟的现实；虚拟化的现实；虚拟与现实）

++++[怎样理解虚拟现实-现实（虚拟的环境）]：模仿真实世界中的环境；人类主观构造的环境（例如，用于影视制作或电子游戏的三维动画；环境是虚构的，几何模型和物理模型可以完全虚构）；模仿真实世界中的人类不可见的环境（例如，分子的结构，空气中速度、温度、压力的分布等）；

++++虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境；用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感、沉浸感，身临其境的感觉；利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境，人能够高效、自然地对此信息环境进行感知、交互，产生沉浸感或达到某种信息传达的目的；

++++[虚拟现实的特点]：多感知性（Multi-Sensory）、交互性（Interaction）、沉浸感（Immersion, 存在感、临场感）；

----<多感知性（Multi-Sensory）>：计算机生成一个给人多种感觉刺激的虚拟环境：视觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等；

----<交互性（Interaction）>：指人能以自然方式与虚拟世界进行交互操作；专用交互设备，如数据手套、跟踪器、触觉和力反馈装置；

----<沉浸感（Immersion，存在感、临场感）>：它是指虚拟现实系统对介入者的刺激在物理上和认知上符合人的已有经验，从而使介入者感到自己作为主角存在于模拟环境中的真实程度；

++++[虚拟现实的人机接口的作用]：（机器=>人）：给人提供环境感知信息（感知设备）；（人=>机器）跟踪、探测人的动作和响应（跟踪设备）；

++++[眼、耳、鼻、舌、身、意]：根据实验心理学家统计，人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，这两个加起来有94%；还有3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉；

++++[感知设备]：听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备、运动感知、嗅觉感知、味觉感知；

----<听觉感知设备>：三维真实感声音的播放设备：耳机式、双扬声器组、多扬声器组；

----<触觉（力觉）感知设备>：触觉感知设备（一般的接触感、感知质感/纹理感/温度感）；力觉感知设备（能反馈力的大小）；

++++[跟踪设备]：跟踪并检测位置和方位的装置，用于虚拟现实系统中基于自然方式的人机交互操作，例如手势、体势、眼势视线方向变化；（数据手套、数据衣服、眼球跟踪器、语音综合识别装置、直接心理感觉和控制）

2019.05.15整理

《中国虚拟现实(VR)行业发展现状综合分析》

++++立钻哥哥：工信部在2016年4月发布了《虚拟现实产业发展白皮书5.0》，用14000多字讲述了当前中国虚拟现实产业的发展状况，并提出了相关政策，从国家层面上充分肯定了虚拟现实行业，值得VR从业者认真研读。

++++[概述和点评]：《白皮书》指出，虚拟现实的行业应用有望全面展开，文化内容将日趋繁荣，技术体系和产业格局也将初步形成，我国虚拟现实产业若不尽快布局，将再次陷入落后和追赶国外的局面。未来应该提前谋划布局做好顶层设计，通过财政专项支持虚拟现实技术产业化，实现核心技术突破，加强文化和品牌建设。

++++[VR产业发展有两大关键点：硬件、内容]：首先要成为消费级的应用，硬件必须在满足消费者的价格要求同时，还要保证良好的用户体验，能够长期被消费者使用；其次，要建立内容平台，对消费者产生持续的吸引力；同时，还要保证VR内容具备盈利的价值，使消费者具有对内容有付费意愿，这样才能促进内容平台的持续发展；

++++[前言]：信息产业是我国国民经济的基础性、战略性、先导性产业，对我国经济结构调整具有重要的示范意义，是稳增长、促改革的主战场；我国是全球领先的信息产业大国，以虚拟现实等产品为代表的一批市场反响好、用户体验佳的创新性产品推动了供给侧改革，成为提升消费类电子产品有效供给能力的重要手段。

++++立钻哥哥：虚拟现实技术起源于20世界60年代，是指借助计算机系统及传感器技术生成三维环境，创造出一种崭新的人机交互方式，通过调动用户各种感觉（视觉、听觉、触觉、嗅觉等）来享受更加真实的、身临其境的体验；随着硬件性能的提升和成本的大幅度降低，近年来虚拟现实产品获得了广泛发展，特别是2016年美国消费电子展上，虚拟现实产品成为展会的绝对主角；

++++[虚拟现实发展情况综述]：虚拟现实技术是一种计算机仿真系统，通过对三维世界的模拟创造出一种崭新的交互系统。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为系统仿真，并使用户沉浸到该环境中；在产业界，将虚拟现实定义为三类技术应用方式：虚拟现实（VR，Virtual Reality）、增强现实（AR，Augmented Reality）和混合现实（MR，Mixed Reality）；实际上，在学术界的划分中，混合现实技术还分为增强现实和增强虚拟环境（AVE，Augmented Virtual Environment）两类；

++++[我国虚拟现实产业发展情况]：根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020）》的内容，虚拟现实技术属于前沿技术中信息技术部分三大技术之一。重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。

++++立钻哥哥：我国从90年代开始重视虚拟现实技术的研究和应用，由于技术和成本的限制，主要应用对象为军用和高档商用，适用于普通消费者的产品近年来才随着芯片、显示、人机交互技术的发展，逐步进入市场；

++++立钻哥哥：我国虚拟现实企业主要分为两大类别：一是成熟行业依据传统软硬件或内容优势向虚拟现实领域渗透；其中智能手机及其他硬件厂商大多从硬件布局；而游戏、动漫制作厂商或视频发布平台，大多从软件和内容层面切入；二是新型虚拟现实产业公司，包括生态型平台型公司和初创型公司；该类型企业在硬件、平台、内容、生态等领域进行一系列布局，以互联网厂商为领头羊；

++++[国际虚拟现实产业发展情况]：早在20世界90年代，就已经有3D游戏上市，虚拟现实在当时也引发了类似于当前的关注度；但是，当时的虚拟现实技术没有跟上媒体不切合实际的想象；例如，3D游戏画质较差，价格高，时间延迟，设备计算能力不足等；最终，这些产品以失败告终，因为消费者对这些技术并不满意，所以第一次虚拟现实热潮就此消退；

++++立钻哥哥：2014年，Facebook以20亿美元收购Oculus后，类似的虚拟现实热再次袭来；在过去的两年中，虚拟现实/增强现实领域共进行了225笔风险投资，投资额达到了35亿美元；与90年代的失败相比，当前计算机的运算能力足够强大，足以用于渲染虚拟现实世界；

++++立钻哥哥：Oculus公司仍在继续研发触觉、视觉显示、音频和追踪等方面的技术；这意味着2016年发布的虚拟现实/增强现实产品将开始解决上述问题，并且在未来三、五年里还会持续改善；目前虚拟现实行业仍处于起步阶段，供应链及配套还不成熟，但是发展前景引人想象，预计未来市场潜力巨大；

++++[虚拟现实标准化情况]：虚拟现实产业快速健康发展需要标准和规范引导，目前标准严重缺失，整个产业链发展就像带着锁链在跳舞，这个锁链就是不适合虚拟现实的一些现有标准和规范，因为虚拟现实的一些技术要求超出了原有的一些配套行业的技术要求；

++++立钻哥哥：虽然国际上虚拟现实的技术和产品呈一片如火如荼的繁荣景象，但虚拟现实存在内容短板：虚拟现实内容稀缺、制作成本过高，内容呈现方式多样，虚拟现实内容没有统一标准，各类虚拟现实设备之间还无法实现互联互通，成为制约虚拟现实大规模产业应用的关键因素；同时虚拟现实内容数据量庞大，给实时网络传输带来了新挑战；

++++立钻哥哥：国内方面，AVS标准工作组已启动虚拟现实音视频编解码技术研发，有望推出我国自主知识产权的AVS虚拟现实标准；基于虚拟现实技术发展现状及业界需求，AVS标准工作组启动虚拟现实技术标准的制定；AVS工作组将牵头组织各成员单位共同就虚拟现实内容表示、虚拟现实内容生成与制作、虚拟现实内容编码、虚拟现实交互、虚拟现实内容存储、虚拟现实内容分发和虚拟现实显示等关键技术进行探讨，以期为业界制定出先进、高效的AVS虚拟现实内容编码技术标准。有关专家表示，AVS虚拟现实标准的制定和应用，能延续AVS系列标准的影响，为我国带来巨大经济效益与社会效益，全力促进我国音视频产业变大变强；

AVS（Audio Video coding Standard，信源编码标准）是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准，是《信息技术 先进音视频编码》系列标准的简称，其包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和符合性测试等支撑标准。

++++立钻哥哥：在虚拟现实终端设备方面，我国不管是增强现实、虚拟现实或是混合现实，虽然专注于此领域的公司有近百家，但多数团队都是技术型的创业团队，对行业的商业模式和应用方案并没有成型的思考，产品化能力捉襟见肘。和国外比，在高性能的传感器领域还有很大的差距，在GPU底层开发上的技术也比较薄弱，软件主要是在图像拼接和播放器领域还有较大的差距。这些差距需要大量的投入以及人力资源才能追上。同时，投机性过强也成为阻碍增强现实/虚拟现实发展的主要原因，很多产品在存在明显瑕疵的情况下就急于发布。在大厂都在明显炒作概念的环境下，很难指望小厂能踏踏实实做研发。因此，国内的相关企业呼吁应尽快启动虚拟现实标准化工作研究，建立虚拟现实技术标准体系，规范行业发展。

++++[虚拟现实技术特点-技术综述]：虚拟现实基于动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等多项核心技术，主要围绕虚拟环境表示的准确性、虚拟环境感知信息合成的真实性、人与虚拟环境交互的自然性、实时显示、图形生成、智能技术等问题的解决使得用户能够身临其境地感知虚拟环境，从而达到探索、认识客观事物的目的。

++++立钻哥哥：虚拟现实具有以下三个重要特征，常被称为虚拟现实的3i特征：构想性（Imagination）、沉浸感（Immersion）、实时交互性（Interactivity）；

----<构想性（Imagination）>：指虚拟的环境是人想像出来的，同时这种想像体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。所以说虚拟现实技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面，同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。虚拟现实技术的应用，为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段，可以使人类跨域时间与空间，去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的事件；可以使人类突破生理上的限制，进入宏观或微观世界进行研究和探索；也可以模拟因条件限制等原因而难以实现的事情；

----<沉浸感（Immersion）>：是指用户感受到被虚拟世界所包围，好像完全置身于虚拟世界之中一样。虚拟现实技术最主要的技术特征是让用户觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界的一部分，使用户由观察者变成参与者，沉浸其中并参与虚拟世界的活动。沉浸性来源于对虚拟世界的多感知性，除了常见的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知、嗅觉感知等。理论上来说，虚拟现实系统应该具备人在现实世界中具有的所有感知功能，但鉴于目前技术的局限性，在现在的虚拟现实系统的研究与应用中，较为成熟或相对成熟的主要是视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸技术，而有关味觉与嗅觉的感知技术正在研究之中，目前还很不成熟。

----<实时交互性（Interactivity）>：指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。交互性的产生，主要借助于虚拟现实系统中的特殊硬件设备（如数据手套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。虚拟现实系统比较强调人与虚拟世界之间进行自然的交互，交互性的另一个方面主要表现为交互的实时性。

++++[虚拟现实产业链]：虚拟现实产业链长，产业带动比高，涉及产业众多，包括虚拟现实工具与设备、内容制作、分发平台、行业应用和相关服务等在军事、民用以及科研等方面的各种应用。目前在国内形成了以北京航空航天大学、清华大学、工业和信息化部电子工业标准化研究院、浙江大学等各大高校、研究院所和高科技公司联合研究开发制作，产学研密切结合的良好发展局面。

++++[虚拟现实产业链图]：虚拟现实产业链中，工具和设备类可细分为输入设备、输出设备、显示设备、拍摄设备、以及相关软件等；内容制作可细分为影视、游戏等内容；分发平台可细分为工业、军事、医疗、教育、房地产、旅游、会展等内容；相关服务可细分为平台、媒体和孵化器等内容。由于虚拟现实产业涉及到从基础硬件生产、软件开发、核心部件制造、实体以及网络分发平台、营销与服务等众多军事、民用领域，需要在国家统一协调和管理下，通过技术标准体系以及关键标准的制定、标准符合性检测和相应的质量验证系统的支撑，才可以使产业健康可持续发展。

++++[虚拟现实技术演进方向]：虚拟现实技术的实质是构建一种人为的能与之进行自由交互的“世界”，在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标，实现的方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器，通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。可以预测短期内游戏玩家可以戴上头盔、身着游戏专用衣服以及手套真正体验身临其境的“虚拟现实”游戏空间，它的出现将淘汰现有的各种大型游戏，推动科技的发展。纵观虚拟现实的发展历程，未来虚拟现实技术的研究仍将延续“低成本、高性能”原则，从软件、硬件两方面展开，发展方向主要归纳如下：1、低成本快速建模技术；2、实时三维图形生成和显示技术；3、新型交互设备的研制；4、智能化、自然的虚拟现实建模；5、分布式虚拟现实技术；

++++[1、低成本快速建模技术]：虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。内容制作是虚拟现实产业界的短板，当前的内容制作成本高、周期长，对于制作人员的要求也高，限制了虚拟现实应用的发展，如何实现低成本的快速建模将是虚拟现实在产业界大规模推广的关键。

++++[2、实时三维图形生成和显示技术]：三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是怎样“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的基础上，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，虚拟现实还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

++++[3、新型交互设备的研制]：虚拟现实技术实现人能够自由与虚拟世界对象进行交互，犹如身临其境，借助的输入输出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此，新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。

鲁棒性（Robust）是健壮和强壮的意思。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说，计算机在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。 所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持其它某些性能的特性。

++++[4、智能化、自然的虚拟现实建模]：虚拟现实建模是一个比较复杂的过程，需要大量的时间和精力。如果将虚拟现实技术与自然交互、语音识别等技术结合起来，可以很好地解决这个问题。对模型的属性、方法和一般特点的描述通过自然交互、语音识别等技术转化成建模所需的数据，然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价，将模型用对象表示出来，并且将各种基本模型静态或动态地连接起来，最终形成系统模型。人工智能在虚拟世界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工劳动具有非常积极的作用。

++++[5、分布式虚拟现实技术]：分布式虚拟现实（Distributed Virtual Environment, DVE）是今后虚拟现实技术发展的重要方向。随着众多DVE开发工具及其系统的出现，DVE本身的应用也渗透到各行各业，包括医疗、工程、训练与教学以及协同设计。仿真训练和教学训练是DVE的又一个重要的应用领域，包括虚拟战场、辅助教学等。另外，研究人员还用DVE系统来支持协同设计工作。近年来，随着互联网应用的普及，一些面向互联网的DVE应用使得位于世界各地多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络联结起来，采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时间和空间上相互耦合的虚拟合成环境，参与者可自由地进行交互作用。特别是在航空航天中应用价值极为明显，因为国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式虚拟现实训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费和设备费用，减少了人员出差的费用以及异地生活的不适。例如微软近期发布的Holoportation远程沉浸式交互演示得到了业界的一致看好。

Holoportaition，是一种新型的3D捕捉技术。 这种技术可以对人的高清3D模型进行重构、压缩，然后实时传送到全球任何地方。结合Hololens这样的混合现实显示设备之后，这种技术能让人看到听到远程的对方，并以三维的方式与其进行交互，那种感觉就像大家处在同一物理空间一样（身临其境的感觉）。

++++[虚拟现实技术瓶颈和急需解决的问题]：虚拟现实技术是一门年轻的科学技术，虽然在许多领域的实际应用已相当成熟，但总体来说它仍然处于初级发展阶段，尚存在不少有待解决的问题。虚拟现实技术得以发展的原因之一在于它充分利用了现在已经成熟的科技成果。如计算机为其提供了实时的硬件平台，现实设备利用了电视与摄像机的显示技术，而虚拟现实技术的软件则以CAD和计算机图形技术为基础，所以虚拟现实技术发展较为迅速，但同时也依赖着其他相关技术的发展。正是限于当前科技的发展水平，虚拟现实的发展状况离人们心目中追求的目标尚有较大的差距，从沉浸性、交互性等方面都需进一步改进与完善。虚拟现实技术在现实中的应用局限性较大，主要表现在以下几个方面：1、软硬件技术的局限性；2、应用的局限性；3、效果的局限性；

++++[1、软硬件技术的局限性]：从虚拟现实系统的软硬件技术上来说：

----一是相关设备普遍存在使用不方便、效果不佳等情况，难以达到虚拟现实系统的要求。如计算机的处理速度还不能满足在虚拟世界中巨大数据量处理实时性的要求。

----二是硬件设备品种有待进一步扩展，在改进现有设备的同时，应该加快新的设备的研制工作。同时，针对不同的领域要开发能满足应用要求的特殊硬件设备。

----三是虚拟现实系统应用的相关设备价格也比较昂贵且局限性很大。如建设CAVE（洞穴状自动虚拟系统，Cave Automatic Virtual Environment）系统的投资达百万以上，一个头盔式显示器加主机一般成本就需上万元等。

----四是目前大多数虚拟现实软件普遍存在语言专业性较强，通用性较差，易用性差等问题。同时，由于硬件设备的诸多局限性，使得软件开发费用也十分巨大，并且软件所能实现的效果受到时间和空间的影响较大。很多算法及许多相关理论也不成熟，如在新型传感和感知机理，几何与物理建模新方法，基于嗅觉、味觉的相关理论与技术，高性能计算，特别是高速图形图像处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多挑战性的问题有待解决。

----五是繁琐的三维建模技术有待进一步突破。给予图形的虚拟环境首先要解决的问题是三维造型。当图形渲染技术在想实现真实感大踏步的时候，生成精确三维模型的过程还是相对困难，技术有待进一步突破。即使是在三维激光扫描技术进步提供了简化模型构建过程，但这些自动化模型获取方法并不能满足我们的全部需求，大部分模型仍需要高水平的专业人士人工绘制，不仅延长了制作的周期，也使得费用成本急剧攀升。

----六是大数据融合处理有待进一步整合。虚拟现实要得到很大的发展，需要与互联网进一步结合，目前虚拟现实应用的数据量非常巨大，而整体网络的速度相对较慢，而且分布不均衡，使得效果大打折扣，我们需要在虚拟现实系统中考虑数据压缩的问题，该问题不可回避，而且将引起人们高度的重视。

++++[2、应用的局限性]：从应用上来说，现阶段虚拟现实技术的主要应用在军事领域和高校科研方面较多，在教育领域、工业领域应用还远远不够，有待进一步加强。未来的发展应努力向民用方向发展，并在不同的行业发挥作用。

++++[3、效果的局限性]：虚拟环境的可信性是指创建的虚拟环境需符合人的理解和经验，包括有物理真实感、时间真实感、行为真实感等。具体表现在以下几个方面：

----一是虚拟世界的表示侧重几何表示，缺乏逼真的物理、行为模型。

----二是在虚拟世界的感知方面，有关视觉合成研究多，听觉、触觉（力觉）关注较少，真实性与实时性不足，基于嗅觉、味觉的设备还没有成熟及商业化。

----三是在与虚拟世界的交互中，自然交互性不够，在语音识别等人工智能方面的效果还远不能令人满意。

++++立钻哥哥：关键领域的应用：军事领域；游戏娱乐领域；医学领域；工业领域；教育文化领域；

++++[关键领域的应用-（一）军事领域]：军事仿真训练与演练是虚拟现实技术最重要的应用领域之一，也是虚拟现实技术应用最早、最多的一个领域，美国国防部将虚拟现实技术列为21世纪保证美军优势地位的7大关键技术之一，并应用于军事演练，带来了军事演练观念和方式的变革，推动了军事演练的发展。军事仿真演练也是我国虚拟现实应用较早的领域。从1996年开始，在“863”计划的资助下，以北京航空航天大学为系统集成单位，联合国内多家单位，持续开展了分布式虚拟环境DVENET的研究开发工作，并取得一定成果。目前，军事领域仍然是虚拟现实技术应用最迫切、应用系统开发最多的领域之一。

DVENET主要由环境系统和一系列开发工具组成。为了验证DVENET的支撑能力，测试其可靠性和稳定性，开发了一个基于DVENET的军事演练概念演示系统“飓风2000”。 “飓风2000”包括潜艇海战、舰船登陆和坦克连进攻战斗等内容。 DVENET（Distributed Virtual Environment NETwork）：分布式虚拟环境网络；分布式虚拟战场环境；分布式虚拟环境；基于分布式虚拟环境；

++++[关键领域的应用-（二）游戏娱乐领域]：虚拟现实游戏既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。尽管存在众多的技术难题，虚拟现实技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。可以说，电脑游戏自产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展，虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。随着虚拟现实技术的快速发展和软硬件技术不断进步，虚拟现实游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。

++++[关键领域的应用-（三）医学领域]：医学领域对虚拟现实技术有着巨大的应用需求，为虚拟现实技术发展提供了强大的牵引力，同时也对虚拟现实研究提出了严峻挑战。由于人体的几何、物理、生理和生化等数据量庞大，各种组织，脏器等具有弹塑性特点，各种交互操作如切割、缝合、摘除等也需要改变人体拓扑结构。因此构造实时、沉浸和交互的医用虚拟现实系统具有一定难度。目前，虚拟现实技术已初步应用于虚拟手术训练、远程会诊、手术规划及导航、远程协作手术等方面，某些应用已成为医疗过程不可替代的重要手段和环节。

++++[关键领域的应用-（四）工业领域]：在工业领域，虚拟现实技术多用于产品论证、设计、装配、人机工效和性能评价等。代表性的应用，如模拟训练、虚拟样机技术等已受到许多工业部门的重视。

++++[关键领域的应用-（五）教育文化领域]：教育文化也是虚拟现实技术的一个重要应用领域。现在虚拟现实已经成为数字博物馆/科学馆、大型活动开闭幕式彩排仿真、沉浸式互动游戏等应用系统的核心支撑技术。在数字博物馆/科学馆方面，利用虚拟现实技术可以进行各种文献、手稿、照片、录音、影片和藏品等文物的数字化和展示。对这些文物展品高精度的建模也不断给虚拟现实建模方法和数据采集设备提出更高的要求，推动了虚拟现实的发展。许多国家都积极开展了这方面的工作，如纽约大都会博物馆、大英博物馆、俄罗斯冬宫博物馆和法国卢浮宫等都建立了自己的数字博物馆。我国也开发并建立了大学数字博物馆、数字科技馆和虚拟敦煌、虚拟故宫等。

++++立钻哥哥：我国虚拟现实提升空间：需提升硬件性能以支撑数据快速处理；需完善应用生态环境以拓展应用范围；需加强公共服务解决行业共性问题；

++++[提升空间-（一）需提升硬件性能以支撑数据快速处理]：虚拟现实技术要实现对现实世界的模拟，需要大量实时传感数据和建模，超高清等新型显示器件，以及提升系统性能，减少眩晕感的产生。

----一是要提升传感器性能，提高视觉传感、体感识别、眼球追踪、触觉反馈等技术，实现传感器体积和性能的平衡，增强数据采集能力，从而能精确、精准定位，快速反馈周围环境。

----二是加快突破CPU、GPU等数据处理单元的性能水平。虚拟现实技术需要在用户运动中实现大规模的数据模型重建，要求硬件能处理相对较大的并行视频数据，使现实世界实时在虚拟现实显示中的同步，提升用户体验。目前，我国CPU和GPU处理能力暂时难以满足虚拟现实应用场景。

++++[提升空间-（二）需完善应用生态环境以拓展应用范围]：虚拟现实产业发展，需要加强硬件产品性能的同时，在应用软件、内容、服务等方面构建完整的生态系统，推动国内虚拟现实产业发展。

----一是在应用软件方面，由于虚拟现实产品刚刚兴起，适应于虚拟现实的应用软件严重不足，在推动硬件产品销售的同时，要鼓励应用程序开发者研发虚拟现实应用软件。

----二是在内容方面，虚拟现实的大规模普及应用需要影视、游戏、在线体验等多种内容的支撑，以扩大虚拟现实产品应用领域，丰富应用场景。当前，我国在虚拟现实领域内容供给能力严重不足，适应于多形态、多场景的内容生成服务仍需进一步加强。

++++[提升空间-（三）需加强公共服务解决行业共性问题]：作为新的终端形态和产品服务，虚拟现实技术大规模普及应用仍需要解决行业共性问题。

----一是亟需建立标准化顶层设计，虚拟现实技术标准化研究投入不足，关键技术环节和应用领域的标准化成果不足以支撑行业的大规模应用。

----二是行业技术力量分散。虚拟现实技术经过几十年发展，各厂商依托研究基础申请了部分专利，但仍分散在各厂商自身，缺少专利合作的平台和渠道。由于专利较为分散，国内厂商的专利难以应付国际厂商的专利布局，后续虚拟现实产业发展具有较大隐患。

----三是市场健康发展的秩序仍未建立。部分虚拟现实产品停留在概念炒作、透支行业发展阶段，用户体验难以满足消费者需求，低质量、高重叠的产品对市场发展造成了不良影响。

++++[政策建议]：虚拟现实正处于产业爆发的前夕，即将进入持续高速发展的窗口期，可以预见，在未来半年到一年内，虚拟现实消费市场将迅速爆发，行业应用有望全面展开，文化内容将日趋繁荣，技术体系和产业格局也将初步形成，我国虚拟现实产业若不尽快布局，将再次陷入落后和追赶国外的局面。虚拟现实的时代即将来临，既是我国信息产业发展的难得机遇，也是拉动信息产品消费和繁荣文化市场的重要契机，加强战略规划和顶层设计，在产业层面通过推进产业化来占领市场，促进行业应用，在标准层面完善用户体验与设备规范，保障市场的健康有序。为推动我国虚拟现实产业发展，建议从以下方面开展工作：提前谋划布局做好顶层设计；推进产业化和行业应用；加强文化和品牌建设；

++++[政策建议-（一）提前谋划布局做好顶层设计-1、加快制定产业发展线路图，统筹规划虚拟现实产业发展]：以虚拟现实技术在工业、文化、教育、娱乐和医疗等领域带来的广阔前景为契机，建议行业主管部门明确产业政策支持的方向，顶层设计虚拟现实与各领域融合发展的线路图，为产业发展明确思路并提供政策引导，统筹相关资源，发挥虚拟现实对各行业的变革和支撑作用，从融合创新中创造各行业的发展新机遇和新活力，使各行业打破空间和时间上的制约，推动各行业发展水平的跨越式提升。

++++[政策建议-（一）提前谋划布局做好顶层设计-2、建立完善相关标准体系，保障市场健康有序]：形成我国虚拟现实技术标准体系，巩固自主技术布局占位，提高产业自主话语权。通过标准向消费者传播虚拟现实产品概念，促进信息产品消费，并排除市场上概念混淆和低质量的产品，保证行业健康发展。通过设备标准要求，对虚拟现实产品的视角、亮度、响应时间等与消费者体验息息相关的技术指标进行明确要求，保障消费者的最起码达到的体验要求，促进产品合理竞争、市场健康有序发展。

++++[政策建议-（一）提前谋划布局做好顶层设计-3、加强公民信息数据的管理，保障信息安全]：面对虚拟现实产品带来数据量的爆发式增长，制定标准对包括虚拟现实设备在内的信息技术产品数据采集和使用做出明确限定。对增强现实等产品采集的数据和应用场景做出规定，建立信息数据管理体系，保证关于我国公民和产业应用的海量数据可管可控，保护我国社会公共数据安全。通过标准明确虚拟现实设备采集的视频图像的数据流向和使用范围，保护个人隐私或国家秘密不被泄露。

++++[政策建议-（二）推进产业化和行业应用-1、通过财政专项支持虚拟现实技术产业化，引导产业做大做强]：通过财政资金促进虚拟现实技术产业化，支持面向工业、文化、教育等重点行业的虚拟现实技术应用，加强与相关“十三五”规划的协同，整合技术、产品、市场资源，做好虚拟现实创新发展的方案研究和组织实施工作，引导和加强虚拟现实产业链上下游协作，协同开展重大技术攻关和应用集成创新，将我国虚拟现实领域的研究成果尽快产业化，形成自主可控的产业链，提升我国产业地位。研究建立集技术研究、示范应用、案例展示、推广交流等功能为一体的产业公共服务平台。

++++[政策建议-（二）推进产业化和行业应用-2、支持虚拟现实领域核心技术突破，提升产业自主可控能力]：围绕虚拟现实产业链的关键环节，加强产学研合作，积极引导更多的企业和科研单位投入虚拟现实研究，在共性和关键技术上开展深度合作，集中资源，并通过国家项目资金支持核心器件和开发平台等基础技术研发，产出更多的具有自主知识产权和品牌的产品与先进技术，形成较为完备的虚拟现实技术体系，提升我国骨干企业自主技术水平，避免在新一轮科技浪潮中被边缘化，沦为产业链的末端。其次，引导全社会科研人员的广泛关注，结合我国“大众创业、万众创新”战略，通过多种融资方式孵化培育一批拥有自主知识产权成果的优质成长性虚拟现实技术初创企业。第三，支持国内企业收购海外核心技术企业，迅速弥补技术短板，健全产业生态；

++++[政策建议-（二）推进产业化和行业应用-3、加强重点领域应用示范，不断提升虚拟现实应用需求]：结合我国中国制造2025和“互联网+”行动计划的实施，将游戏和动漫内容制作、智能可穿戴设备作为虚拟现实应用推广的突破口，支持软硬件性能提升，支持服务创新、模式创新，推动虚拟现实在游戏开发、增强体验、竞技体育、游戏娱乐等各方面的应用。在未来3~5年内，逐步推广虚拟现实应用领域，进一步推动虚拟现实技术在生活、公共安全、工业设计、医学、规划、交通和文化教育行业及领域中的应用。支持虚拟现实创新企业认定为国家技术创新示范企业，设立产业创新中心和应用示范区，鼓励因地制宜出台配套政策，加强政策协调配合，解决产业发展及应用推广中的问题，实现行业集聚发展。

++++[政策建议-（三）加强文化和品牌建设-1、大力发展新型文化传播方式，弘扬社会主旋律]：通过虚拟现实形成的全新文化传播方式，将在影视、娱乐等文化产业，以及教学、培训等教育产业拉动巨大的消费需求。虚拟空间的思想和舆论也是社会主义精神文明建设的重要阵地，不应成为腐朽思想文化滋生、和不良思想言论蔓延的场所。我国应尽早占领这一新的宣传阵地，传播主流价值观，积极培育和健全虚拟空间文化市场，大力扶持健康的文化产品，倡导适合广大群众消费水平的虚拟环境下的文化娱乐活动，增强党和政策的感召力、影响力。通过大力发展基于沉浸式收看方式的虚拟现实文化作品，使其成为中华文化宣传的重要载体，助力中华文化向海外传播。

++++[政策建议-（三）加强文化和品牌建设-2、完善产业发展环境，加强重点产品品牌建设]：研究适应于虚拟现实关键技术的测试评价技术，加大对虚拟现实产品质量评价工作，通过质量抽查、市场监督等多种方式，建立公平、公正的产业发展环境。培育虚拟现实龙头骨干企业，加大对优秀品牌的支持力度，以龙头企业带动虚拟现实产业发展，提高消费市场的认可程度，拉动信息消费增长。设立专家咨询委员会，做好虚拟现实产业发展战略、顶层设计、重大政策、重大项目、重大问题等方面的咨询，为产业发展提供咨询和技术支持。重视知识产权战略研究，支持重点企业和科研机构在全球进行高水平的专利布局。

++++[政策建议-（三）加强文化和品牌建设-3、提升行业公共服务能力，增强行业协同发展水平]：建立产业运行信息平台，充分发挥行业协会、产业联盟、科研院所在数据统计、信息服务方面的作用，跟踪国内外技术路径和产业发展动向，加强行业运行监测分析，为产业发展提供支撑服务。加强产品质量建设，建设虚拟现实硬件产品质量监管信息平台，运用互联网、大数据等手段加强产品质量监管，开展质量信用信息在线发布、质量黑名单网上曝光、质量安全网络预警，逐步建立新兴智能硬件产品标准网上明示、鉴证制度，引导企业开展品牌创新建设。推动开展“互联网+”人工智能-虚拟现实创新创业大赛，为虚拟现实产业发展提供持续智力资源支持。

++++立钻哥哥：部分典型产品代表：Oculus Rift（VR头盔）；HTC（VR头盔）；三星（手机VR头盔）；微软HoloLens（AR头盔）；索尼Morpheus（VR头盔）；蚁视（VR头盔）；深圳3Glasses（VR头盔和一体机）；乐相大朋（一体机）；小鸟看看（一体机）；

Microsoft HoloLens是微软首个不受线缆限制的全息计算机设备，能让用户与数字内容交互，并与周围真实环境中的全息影像互动。（MR头显） HoloLens是一款增强现实头显设备，运行Windows 10系统，它不受任何限制：没有线缆和听筒，并且不需要连接电脑。 Microsoft HoloLens具有全息、高清镜头、立体声等特点，可以让我们看到和听到周围的全息景象。

2019.05.14整理

《虚拟现实应用技术-学科建设方案》

++++立钻哥哥：随着VR技术的进步，VR即将对游戏、视频、教育、直播等领域带来巨大影响和变革。根据工信部《2017中国VR产业投融资白皮书》数据，预计到2020年虚拟现实市场进入相对成熟期，产业规模将达到918.2亿元，年复合增长率达125.3%。

++++目前职业院校已有的VR人才培养，大多还停留在建立虚拟现实实验室或者尝试性地将虚拟现实应用到教学、研究中，覆盖范围有限。对于VR这个多学科交叉、创新性很强的新专业学科，学校在专业设置、师资引进、软硬件设备上都存在滞后现象，从某种程度上也反映出我国VR教育体系的缺失。为应对虚拟现实产业的发展趋势，2018年9月14日，教育部正式宣布在《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录》中增设“虚拟现实应用技术”专业，从2019年开始执行。从长远来看，教育部的新举措为产业的长远发展带来了坚强的后盾，同时也为VR/AR行业带来了信心。

++++2019年71所高职院校首次开设“虚拟现实应用技术”专业，根据全国高等职业教育专业设置备案结果显示，共有71所院校开设了“虚拟现实应用技术”专业（专业代码：610216），分布于20个省，其中开设该专业的省/市数量前三名分别为：河南省（10所）、江西省（10所）并列第一，福建省（9所）排名第三。

++++专业建设七件事：学生建设、培养方案建设、课程建设、师资建设、科研建设、条件建设、持续改进等；

++++专业介绍：

++++培养目标：本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素质，掌握虚拟现实、增强现实技术相关专业理论知识、具备虚拟现实、增强现实项目交互功能设计与开发、三维模型与动画制作、软硬件平台设备搭建和调试等能力，从事虚拟现实、增强现实项目设计、开发、调试等工作的高素质技术技能人才。

++++核心课程与实习实训：

----1、核心课程：虚拟现实概述、程序设计、虚拟现实引擎开发、增强现实引擎开发、三维建模和动画、全景视频拍摄及处理、虚拟现实软硬件平台搭建和维护；三维造型原理、界面交互制作、次时代模型和贴图制作（模型雕刻方向）、虚拟现实引擎开发（UE4方向）、增强现实引擎开发（Unity方向）、计算机组装与维护等；

----2、实习实训：在校内进行三维建模与动画制作、全景拍摄和处理、虚拟现实和增强现实项目开发等实训；在虚拟现实、增强现实行业企事业单位进行实习。

++++就业方向：主要面向虚拟现实、增强现实企事业单位，在虚拟现实、增强现实技术应用岗位群，从事项目设计、项目交互功能开发、模型和动画制作、软硬件平台搭建和维护、全景拍摄和处理等工作；主要向虚拟现实/增强现实/混合现实等新兴高端信息技术领域的企业，在产品展示、游戏开发、VR电影、VR直播、航空航天、军事模拟、城市规划、房地产、博物馆、教育培训等领域的交互可视化部门从事数字化内容设计和开发相关岗位供职。

++++VR实训室：VR专业教学实训室、行业应用VR虚拟仿真实验室、VR尖端技术体验中心、其他VR实训室；

++++虚拟现实技术在行业中的应用：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88360157

2019.05.14整理

《虚拟现实（VR）教学实验室建设方案》

++++立钻哥哥：随着虚拟现实（VR）技术的成熟，人们开始认识到虚拟现实（VR）实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有真实场景模拟、实时动态、利用率高、易维护等诸多优点；近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了虚拟现实（VR）实验室。

++++[政策背景]：我国《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高（2012）4号）提出，“加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地；加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量。”等强化实践育人环节的措施。

----《教育部信息化十年发展规划（2011-2020年）》也指出：“建设仿真实训基地等信息化教学设施，建设实习实训等关键业务领域的管理信息系统，建成支撑学生、教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境。”

----教育部发布《2017年教育信息化工作要点》启动基于VR虚拟现实的实验实训平台建设，完成互联网+智慧教育示范基地建设。

----教育部印发《关于实施卓越教师培养计划2.0的意见》，该计划中明确指出要推动人工智能、智慧学习环境等新技术与教师教育课程全方位融合，充分利用虚拟现实、增强现实和混合现实等，建设开发一批交互性、情境化的教师教育课程资源。

----教育部等五部委印发《教师教育振兴行动计划（2018~2022年）》，该“行动计划”明确指出要充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革。

++++[虚拟现实（VR）背景]：虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，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使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼着图像。

++++[虚拟现实（VR）的作用]：节省成本、规避风险、打破空间时间的限制；

----节省成本：通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制，许多实验都无法进行；而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会；在保证教学效果的前提下，极大地节省了成本；

----规避风险：真实实验或操作往往会带来各种危险：利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验；例如：虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故；

----打破空间、时间的限制：利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制；大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察；一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察；例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现；

++++[虚拟现实（VR）的优势]：仿真性、开放性、针对性、自主性、安全性等；

----仿真性：可以利用虚拟现实（VR）技术对实际的实训场景进行还原，使用者可以身临其境地感受真实场景环境，包括设备、设施、部件等还原；

----开放性：虚拟现实（VR）打破了演练空间上的限制，受训者可以在任意的地理环境中进行集中实操及训练，身处异地的人员，只要通过相关网络通信设备即可进入相同的虚拟演练场所进行实时的集中化演练；

----针对性：与现实中的真实训练相比，虚拟现实（VR）的一大优势就是可以方便的模拟任何实训科目，借助虚拟现实技术，受训者可以将自身置于各种复杂、突发环境中去，从而进行针对性训练，提高自身的应变能力与相关处理技能；

----自主性：借助自身的虚拟现实（VR）技术，让受训者可以根据自身实际需求在任何时间、任何地点组织相关培训指导，受训者等相关人员进行训练，并快速取得训练结果，进行评估和改进；受训人员亦可以自发的进行多次重复训练，使受训人员始终处于培训的主导地位，掌握受训主动权；

----安全性：受训人员可以大胆的在虚拟环境中尝试各种训练方案，即使闯下“大祸”，也不会造成“恶果”；这样，在确保受训人员人身安全万无一失的情况下，受训人员可以卸去事故隐患的包袱，尽可能极端的进行训练，从而大幅地提高自身的技能水平，确保在今后实际操作中的人身与事故安全；

++++[项目目标]：申报2020年国家虚拟仿真实验教学项目的认定；打造应用于虚拟现实（VR）新型技术的教学模式，提升学科建设能力；实现“网上做实验、虚拟做真实验”，破解实验教学中长期存在的做不了、做不好、做不到、做不上的难题；培育“知而有识、学而善用”的优秀人才；

++++[项目意义-重要性]：虚拟现实（VR）实训室建设将极大程度上解决本校师生的实验教学以实际相互结合衔接，培养学生的基础知识与专业职业技能的融合。同时一体化的思路引入，将使得教学的深度、系统化更强，培养职业技能型、管理型人才及综合素质较高的专业技术人才的目标更加有利。虚拟现实（VR）实验实训教学依托于虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库及网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验实训，达到教学大纲所要求的教学效果。通过该项目的建设，可以吸纳地方兄弟院校和相关培训单位，将本校的一体化实训基地有条件的进行开放，以低于市场平均价格的实习实训费用，服务于其他院校，提升地方职业化、专业化教育的水平，同时也极大提高了该校在教学、实验方面的影响力。

++++[项目意义-必要性]：随着我国高等教育体制的深化改革以及招生规模的不断扩大，学生规模急剧膨胀的高等院校普遍陷入实验教学不足的困境，实验室建设规模严重滞后于迅速膨胀的学生规模。采用基于虚拟现实（VR）技术的实验教学环境不仅降低了耗费巨额资金来扩大实验室的建设规模、增添大量的仪器设备，而且也减少了实验管理人员以加强实验管理环节，尽量避免仪器设备磨损造成的经济损失，保证实验教学秩序良好进行。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。

++++[项目意义-可行性]：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。本项目顺应国家、地方政策和发展战略进行实践教育、承担科研课题、整合信息化优质教育资源的重要载体，也是培育信息化人才自主学习、探求学习、协作学习等的重要途径；更是融入更为先进信息化手段为教师提供虚拟现实（VR）应用研究的教学及科研平台。虚拟现实（VR）技术具有的沉浸、交互、构想三大特征能够在教育领域应用有独特和非常明显的优势。

++++[虚拟现实（VR）实验室]：是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。

++++[虚拟现实（VR）实验课程]：是基于虚拟现实（VR）技术应用的基础上研发的可以在虚拟的环境中、高仿真的视觉下进行自由式、交互式实验教学的课件内容。

++++[方案建设-总体设计]：虚拟现实VR主控服务平台（数据存储、内容分发、智能控制、分析计算）、虚拟现实（VR）实验室（有线环境、无线环境、无线多人环境）、虚拟现实（VR）设备及终端（PC机、手机、VR有线及无线设备）、虚拟现实（VR）实验课程（包含计算机软件相关专业课程）、（有线网络、无线网络；单人操作、多人互动；远程协同、大空间定位）；虚拟实现VR教学平台。

++++[方案建设-细分设计]：局域网（路由器、交换机）、教师管控（学生管理、VR实验课管理、一键式导出实验成绩、自动生成实验报告、学生PC端智能实时管理）、服务器管控（VR实验数据存储、VR实验数据通信、VR实验数据统计、VR实验数据分析）、（学生管理、VR实验、VR头显设备）、（VR实验课程目录、VR实验加载与运行、VR实验学习模式、VR实验练习模式、VR实验考核模式）；

++++[虚拟现实（VR）实验设备-基于有线VR]：使用目前市场上最领先的VR硬件设备，Oculus cv1 rift，采用6Dof操作系统，完全同步虚拟空间与现实空间，坐、立、行走均可，无特殊限制；

++++[虚拟现实（VR）实验设备-基于无线VR]：先进的头显设备Oculus Quest，采用无线6Dof操作系统。使用无线图像传输技术，使用高性能PC运行VR程序，将图像实时传输到无线头显中，摆脱一般无线头显算力不足，效果不好，操作性不强的弊端，带来最佳的VR体验；

++++[虚拟现实（VR）实验设备-基于大空间多人定位VR]：通过激光动捕与大空间激光定位系统实现VR大空间实验室，突破传统VR空间局限性，实现虚拟空间内多物体、多人物的交互操作，解决现实中高危险、高成本、高复杂等实操问题，为学生们提供安全无危险、设备无损耗、模拟无误差的沉浸式实践教学环境；

++++[虚拟现实（VR）实验课程]：按照教师对实验课程的规划和要求，定制化研发虚拟实验课程内容；（协助梳理课程体系，构建VR课程设计）

2019.05.14整理

《虚拟现实实验室建设方案V1.2》

++++立钻哥哥：立氏集团，成立于2004年，是国内VR教育仿真实验与实训课的著名开发商，总部位于北京，是中国探索虚拟仿真/虚拟现实（VR）领域的先行者，拥有专业研发团队和自主知识产权。集团定向打造与合作院校高度匹配的虚拟仿真技能培训内容，倾力研发VR+教育系列产品，实现VR技术和教学需求的无缝对接。始终秉承提升实验教学水平、培养高质量人才的理念，致力于高校VR课程需求，提供策划、研究、开发制作等一站式服务。

++++[高校VR实验教学内容研发商和运营服务商主要业务]：为各高校提供虚拟现实实验教学体系/课件/内容；帮助职业教育类院校、专业开展多元化虚拟现实职业技能培训；提供VR实验教学实验室的建设以及改造服务；VR教学实验课件平台的建设和运营；

++++[“为什么”建VR实验室]：传统实验大多停留于让学生“知”，而没有引导学生由“知”内化为“识”，进而付诸于“行”，造成学生只知道一些书本上的定义、性质等。为了实现“网上做实验、虚拟做真实验”，破解实验教学中长期存在的做不了、做不好、做不到、做不上的难题。通过VR实验，心灵神会学以致用，形成自己的学识和能力，成为“知而有识，学而善用”的优秀人才。

++++[VR实验室能“干什么”]：VR虚拟实验室以学生为主体，把学生转变为创造者。让学生自己动手操作，契合学生的好奇心，释放学生的想象力、创造性，拓展学生思维。让学生自己动手，激发学生的学习兴趣、好奇心与求知欲，锻炼操作能力，变被动学习为主动探究。培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力。VR虚拟实验可以与传统的实验模式和方法优势互补，对学生创新能力、动手实践能力、解决问题的应变能力的培养，还能有效缓解学校教学经费不足和师资紧张等问题，使学生在虚拟的环境中身临其境。

++++[VR实验室“是什么”]：遵循VR自身具有“构想性、安全性，可沉浸、强交互”等特性。

++++[VR实验室建设-政策背景]：教育信息化建设；国家虚拟仿真实验教学项目的建设；全国职业院校技能大赛教学能力比赛的培养；产学研项目的申报；以及新工科的“五新”方向：工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。

++++[5G+云VR实验室]：内容层、平台层、网络层、终端层；

++++5G无线接入：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88372718

++++基于Unity与SteamVR构建虚拟世界：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88809370

++++[立氏集团实验室优势]：专业的合作单位；完善的教学辅材；专业的VR设计及团队；领先的硬件技术方案；丰富的VR实验室建设经验；多形态的成功案例；可升级的VR智慧实验室；

++++[VR实验内容]：计算机网络实验、计算机组成原理实验、轨道交通等；

++++[VR实验室展示]：

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【XR游戏开发QQ群：784477094】

++立钻哥哥推荐的拓展学习链接（Link_Url）：

立钻哥哥推荐的拓展学习链接（Link_Url）

++++立钻哥哥Unity 学习空间: http://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/

++++虚拟现实VR资讯: https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89165846

++++虚拟现实应用技术: https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/90245228

++++Unity企业内训（目录）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82634668

++++Unity企业内训（第1讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82634733

++++Unity企业内训（第2讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82861180

++++Unity企业内训（第3讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82927699

++++Unity企业内训（第4讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83479776

++++Unity企业内训（第5讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83963811

++++Unity企业内训（第6讲）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/84207696

++++钻哥带您了解产品原型：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/87303828

++++虚拟现实行业应用：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88360157

++++Steam平台上的VR：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88960085

++++Steam平台热销VR：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89007741

++++5G接入：云计算和雾计算：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88372718

++++云计算通俗讲义：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88652803

++++VR实验：以太网帧的构成：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82598140

++++实验四：存储器扩展实验：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/87834434

++++FrameVR示例V0913：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82808498

++++FrameVR示例V1003：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83066516

++++SwitchMachineV1022：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83280886

++++PlaySceneManagerV1022：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83280886

++++计算机组成原理（教材篇）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82719129

++++HTC_VIVE开发基础：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/81989970

++++Oculus杂谈：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82469850

++++Oculus安装使用：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82718982

++++Unity+SteamVR=>VR：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88809370

++++Unity减少VR晕眩症：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89115518

++++SteamVR简介：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86484254

++++SteamVR脚本功能分析：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86531480

++++SteamVR2.0开发指南：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86618187

++++SteamVR2.2.0开发指南：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88784527

++++SteamVR2.2.0快速入门：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/88833579

++++SteamVR2.2.0交互系统：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89199778

++++SteamVR2.2.0传送机制：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89390866

++++SteamVR2.2.0教程（一）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89324067

++++SteamVR2.2.0教程（二）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89894097

++++SteamVR_Skeleton_Poser：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89931725

++++SteamVR实战之PMCore：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/89463658

++++SteamVR/Extras：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86584108

++++SteamVR/Input：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86601950

++++OpenXR简介：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/85726365

++++VRTK杂谈：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82562993

++++VRTK快速入门（杂谈）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82955267

++++VRTK官方示例（目录）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82955410

++++VRTK代码结构（目录）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82780085

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++++VRTK_InteractTouch：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83120220

++++Unity5.x用户手册：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/81712741

++++Unity面试题ABC：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78630687

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++++禅道[zentao]：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/83964057

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++++Lua快速入门篇（XLua教程）:https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/81141502

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++++专题：设计模式（精华篇）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/81322678

++++U3D小项目参考：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/80141811

++++Unity小游戏算法分析：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/87908365

++++Unity案例（Vehicle）：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/82355876

++++UML类图：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/80289461

++++PowerDesigner简介：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86500084

++++Unity知识点0001：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/80302012

++++Unity知识点0008：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/81153606

++++U3D_Shader编程（第一篇：快速入门篇）：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/80372071

++++U3D_Shader编程（第二篇：基础夯实篇）：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/80372628

++++Unity引擎基础：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78881685

++++Unity面向组件开发：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78881752

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++++Navigation导航系统：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78886281

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++++编写Photon游戏服务器：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/86682935

++++C#事件：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78631267

++++C#委托：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/article/details/78631183

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