虛擬現實(Viaual Reality，簡稱VR)作為一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術而發展起來的計算機領域的新技術，目前所涉及的研究應用領域已經包括軍事、醫學、心理學、教育、科研、商業、影視、娛樂、制造業、工程訓練等。VR技術已經被公認為是21世紀重要的發展學科以及影響人們生活的重要技術之一。
　　1 、虛擬現實技術的內涵與特征
　　VR技術最早起源于20世紀50年代的美國，發展至今也還處于不斷探索階段。同時由于軟硬件環境的限制和研究應用方向的不同，人們對虛擬現實技術的理解也仁者見仁智者見智。綜合來說，VR技術是一種綜合應用各種技術制造逼真的人工模擬環境，并能有效地模擬人在自然環境中的各種感知系統行為的高級的人機交互技術。虛擬環境通常是由計算機生成并控制的，使用戶身臨其境地感知虛擬環境中的物體，通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地實現人機交互。可以說人處在虛擬環境之中跟現實環境是沒有差別的。[1]
　　VR技術的發展始終圍繞它的三個特征而前進，即沉浸感、交互性和構想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(如多媒體技術、計算機可視化技術等)相區別。沉浸感，是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺，如同進入了一個真實的客觀世界；交互性，是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進行交互操作或者交流；構想，是指虛擬環境可使人沉浸其中并且獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而深化概念并萌發新意。因而可以說，虛擬現實可以啟發人的創造性思維。
　　2、 國外虛擬現實技術的研究現狀
　　VR技術最早在20世紀中期由美國VPL探索公司和它的創始人Jamn IJaIlier提出這一概念，后來美國宇航局
(NASA)的艾姆斯空間中心利用流行的液晶顯示電視和其它設備，開始研制低成本的虛擬現實系統，推動了該技術硬件的進步。目前，虛擬現實技術已獲得了長足的發展。在國內，20世紀80年代末開始進行研究，目前還處于初級階段。
　　2．1 美國虛擬現實技術的研究動態
　　美國作為VR技術的發源地，其研究水平基本上就代表國際VR發展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。l2美國宇航局(NASA)的Ames實驗室研究主要集中在以下方面：將數據手套工程化，使其成為可用性較高的產品；在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實時仿真；大量運用了面向座艙的飛行模擬技術；對哈勃太空望遠鏡的仿真。現在正致力于一個叫“虛擬行星探索”(vPE)的試驗計劃。[3 ]現在NASA己經建立了航空、衛星維護VR訓練系統，空間站VR訓練系統，并且已經建立了可供全國使用的VR教育系統。北卡羅來納大學(UNC)的計算機系是進行VR研究最早的大學，他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。Loma lAnda大學醫學中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及VR的設備用于探討與神經疾病相關的問題，首創了VR兒科治療法。麻省理工學院(MIT)是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術都是VR技術的基礎，1985年M1T成立了媒體實驗室，進行虛擬環境的正規研究。華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室(1ilT lab)，將VR研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。從90年代初起，美國率先將虛擬現實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方面：虛擬戰場環境；進行單兵模擬訓練；實施諸軍兵種聯合演習；進行指揮員訓練。
　　2．2 英國和日本虛擬現實技術的研究與開發
　　在VR開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面，英國是領先的，尤其是在歐洲。英國主要有四個從事VR技術研究的中心：[4]Windustries(工業集團公司)，是國際VR界的著名開發機構，在工業設計和可視化等重要領域占有一席之地；BritishAerospace(英國航空公司BAe)的Brough分部，正在利用VR技術設計高級戰斗機座艙；Dimension International，是桌面VR的先驅。該公司生產了一系列的商業VR軟件包，都命名為Superscape；Divison LTD公司在開發VISION、Pro Vision和su—pervision系統／模塊化高速圖形引擎中，率先使用了Tmnsputer和i860技術。日本主要致力于建立大規模VR知識庫的研究，在虛擬現實的游戲方面的研究也處于領先地位。京都的先進電子通信研究所(ATR)正在開發一套系統，它能用圖像處理來識別手勢和面部表情，并把它們作為系統輸入；富士通實驗室有限公司正在研究虛擬生物與VR環境的相互作用，他們還在研究虛擬現實中的手勢識別，已經開發了一套神經網絡姿勢識別系統，該系統可以識別姿勢，也可以識別表示詞的信號語言。[2 ]日本奈良尖端技術研究生院大學教授千原國宏領導的研究小組于2004年開發出一種嗅覺模擬器，只要把虛擬空間里的水果拉到鼻尖上一聞，裝置就會在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現實技術在嗅覺研究領域的一項突破。
　　3 、我國虛擬現實技術的研究現狀
　　我國VR技術研究起步較晚，與國外發達國家還有一定的差距，但現在已引起國家有關部門和科學家們的高度重視，并根據我國的國情，制定了開展VR技術的研究計劃。九五規劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發展計劃等都把VR列入了研究項目。國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。北京航空航天大學計算機系是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，并在以下方面取得進展：著重研究了虛擬環境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出部分硬件，并提出有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環境網絡設計，可以提供實時三維動態數據庫、虛擬現實演示環境、用于飛行員訓練的虛擬現實系統、虛擬現實應用系統的開發平臺等。浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，還研制出了在虛擬環境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法；哈爾濱工業大學已經成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動的合成等技術問題；清華大學計算機科學和技術系對虛擬現實和臨場感的方面進行了研究；西安交通大學信息工程研究所對虛擬現實中的關鍵技術——立體顯示技術進行了研究，提出了一種基于JPEG標準壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度；北方工業大學CAD研究中心是我國最早開展計算機動畫研究的單位之一，中國第一部完全用計算機動畫技術制作的科教片《相似》就出自該中心。
　　4、 虛擬現實技術發展趨勢
　　VR技術是高度集成的技術，涵蓋計算機軟硬件、傳感器技術、立體顯示技術等。VR技術的研究內容大體上可分為VR技術本身的研究和VR技術應用的研究兩大類。根據vR所傾向的特征的不同，目前虛擬現實系統主要劃分為四個層次：即桌面式、增強式、沉浸式和網絡分布式虛擬現實。VR技術的實質是構建一種人能夠與之進行自由交互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或移動其中的對象。沉浸式虛擬現實是最理想的追求目標，實現的主要方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據手套以及身體部位跟蹤器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。桌面式虛擬現實系統被稱為“窗口仿真”，盡管有一定的局限性，但由于成本低廉而仍然得到了廣泛應用。增強式虛擬現實系統主要用來為一群戴上立體眼鏡的人觀察虛擬環境，性能介于以上兩者之間，也成為開發的熱點之一。總體上看，縱觀多年來的發展歷程，VR技術的未來研究仍將遵循“低成本、高性能”這一原則，從軟件、硬件上展開，并將在以下主要方向發展： [5]
　　4．1 動態環境建模技術
　　虛擬環境的建立是VR技術的核心內容，動態環境建模技術的目的是獲取實際環境的三維數據，并根據需要建立相應的虛擬環境模型。
　　4．2 實時三維圖形生成和顯示技術
　　三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是如何“實時生成”，在不降低圖形的質量和復雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術的發展，現有的虛擬設備還不能滿足系統的需要，有必要開發新的三維圖形生成和顯示技術。
　　4．3 新型交互設備的研制
　　虛擬現實實現人能夠自由地與虛擬世界中的對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、數據手套、數據衣服、三維位置傳感器和三維聲音產生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優良的數據手套和數據服將成為未來研究的重要方向。
　　4．4 智能化語音虛擬現實建模
　　虛擬現實建模是一個比較繁復的過程，需要大量的時間和精力。如果將VR技術與智能技術、語音識別技術結合起來，可以很好地解決這個問題。我們對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過語音識別技術轉化成建模所需的數據，然后利用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、導航和評價，將基本模型用對象表示出來，并邏輯地將各種基本模型靜態或動態地連接起來，最后形成系統模型。在各種模型形成后進行評價并給出結果，并由人直接通過語言來進行編輯和確認。
　　4．5 大型網絡分布式虛擬現實(Distributed Virtual Reality，DVR)的應用
　　網絡分布式虛擬現實將分散的虛擬現實系統或仿真器通過網絡聯結起來，采用協調一致的結構、標準、協議和數據庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬，合成環境，參與者可自由地進行交互作用。目前，分布式虛擬交互仿真已成為國際上的研究熱點，相繼推出了DIS、mA等相關標準。網絡分布式VR在航天中極具應用價值，例如，國際空間站的參與國分布在世界不同區域，分布式VR訓練環境不需要在各國重建仿真系統，這樣不僅減少了研制費設備費用，而且也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。
　　5 、總結
　　虛擬現實技術是本世紀發展的重要技術之一，作為一門科學和藝術將會不斷走向成熟，在各行各業中將得到廣泛應用，并發揮神奇的作用，二十一世紀將是虛擬現實技術的時代。（來源：虛擬現實技術論壇）