§2.5.1 虚拟现实的概念
虚拟现实（Virtual Reality简称VR），是由多媒体与仿真技术相结合而生成的一种交互式人工世界，它可以创造一种身临其境、完全真实的感觉，因此，也有人称其为人工现实。
虚似现实是利用多媒体计算机技术生成的一个具有逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉的模拟现实环境，人们可以用自然的技能对这一虚拟的现实进行交互体验，而体验到的结果与其在相应的真实现实中的体验结果相似或完全相同。
要进入虚拟现实的环境通常要戴上一个特殊的头盔，以使人看到并感觉到计算机所生成的整个人工世界。为了和虚拟环境进行交互，还要戴上一副数据手套，它使穿戴者不仅能感知，而且能操作虚拟世界中的各种对象。
虚拟现实的概念包括如下三个层次的含义：
（1）虚拟现实是利用计算机技术而生成的逼真的实体，人对该实体具有真实的三维视觉、立体听觉、质感的触觉和嗅觉。
（2）人可通过自然技能与虚拟现实进行对话，即人的头、眼、四肢等的各种动作在虚拟现实中的反应具有真实感。
（3）虚拟现实技术往往要借助于一些三维传感设备来完成交互动作，如头盔式立体显示器、数据手套、数据衣服、三维操纵器等。
§2.5.2 虚拟现实的基本组成
一个完整的虚拟现实系统可以分解为三个独立的、但又互相联系的子系统，即视觉子系统、听觉子系统和触觉子系统，在虚拟现实中引入听觉子系统是对视觉子系统的一种补充，以增强对环境的感知。现有的技术可提供一种覆盖360。球体的声音，给使用者提供一个真实的声音环境。从技术上看，虚拟现实包括以下四个组成部分：
1.人机传感系统
包括头盔、操纵杆、指示器、数据手套等。
2.信息检索系统
包括头部和手姿态的检测、眼镜注意点的检测（保证人看到哪里，画面就跟到哪里）、身体移动的检测、手指上的压力感及触摸感的检测等。
3.视频图像生成系统
这是虚拟现实环境的主体部分。图像的真实感，运动的可控灵活性，动画的变化速率，以及运动场景的产生等均由这一部分完成。与立体电影类似，它要同时产生两个图像送到立体眼镜，以产生立体感。
4.信息反馈系统
主要产生操作时的受力感，手接触物体时的表面接触感。它集成了现代信息技术的许多实用成果，其中主要是CAD、可视化、动画、通信、光传感器和力传感器等。
§2.5.3 虚拟现实的关键技术
多媒体技术是虚拟现实技术的基础，虚拟现实技术是多媒体技术的重要发展和应用方向。虚拟现实技术的关键技术几乎也都是多媒体技术的根本，包括：(www.xing528.com)
1.三维实时图形显示技术
视觉是人类获取信息量最大的方式，随意图形显示是虚拟现实技术中最重要的方面，虚拟现实要求真实感，所以图形显示必须是三维、实时、真彩色的，并具有透视和景深。
2.三维定位跟踪技术和触觉、嗅觉的传感技术
虚拟现实要求人体的运动与虚拟环境能进行逼真的交互，所以三维的人机交互技术包括三维定位跟踪技术和触觉、嗅觉等的传感技术是虚拟现实的重要实现基础。
3.高速、复杂的计算技术
虚拟现实的真实性，要求环境能模拟和表现复杂三维物体的高速运动状态，这涉及到大量数据的传输和计算。改进算法、降低计算的复杂性和增加系统的计算能力是实现虚拟现实的保证。
4.人类工程学
虚拟现实的最终目标是人感觉的真实性，所以研究人的感觉表现和效果的人类工程学与虚拟现实密切相关。
5.智能技术
虚拟现实与人的交互是实时的，要求计算机能从人的语言、动作甚至表情变化中获取信息，并根据这种信息作出相应的真实反应，所以自然语言理解、语音识别、图像识别等智能技术都是虚拟现实技术的基础。
总之，虚拟现实是一种高度集成的技术，是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及心理学等发展的结晶，主要依赖于三维实时图形显示、三维定位跟踪、触觉及嗅觉传感技术、人工智能技术、高速计算与并行计算技术以及人的行为学研究等多项关键技术的进展。
§2.5.4 虚拟现实技术的应用
虚拟现实是多媒体发展的更高境界，它以其更加高级的集成性和交互性，给人们以更加逼真的体验，因此被广泛用于模拟训练、科学可视化等领域。
虚拟现实的实现技术虽然在目前还处于初级阶段，但已在科学可视化、CAD、飞行器、汽车、外科手术等的操作模拟等方面得到应用，已在航空航天、国防军事、生物医学、教育培训、娱乐游戏、旅游等领域显示出广阔的应用前景。
由于设备昂贵，目前VR技术主要应用于少数高难度的军事和医疗模拟训练。但是在教育与训练领域，VR技术有不可替代的、令人鼓舞的应用前景，所以这一发展趋势也应引起注意。例如，某医学院开发了一种“交互式多媒体虚拟现实系统”，可使医务工作者体验并学习如何对各种战地医疗的实际情况做出反应。利用该系统，实习生可以感受到由计算机仿真产生的各种伤病员的危险症状，可从系统中选择某种操作规程对当前的伤病情况进行处理，并可立即看到这种处理所产生的效果。系统还可仿真各种外科手术，包括一般的小手术直至复杂的人体器官移植和替换。这样，医学院的大学生就不必冒任何医疗事故的风险而可能反复实习病房中的各种实际操作，可选择不同的技术处理方案，以检验自已的判断是否正确，并可进行某种技能的训练。
VR技术应用于教育的另一个例子是创建一种虚拟的物理实验室。物理学按其本身的性质提出许多“如果⋯⋯将会怎样”的问题，这些问题最好通过直接观察事物的作用力对各种客观事物的作用效果来进行探索。休斯顿大学和NASA（美国国家航空和宇航局）约翰逊空间中心的研究人员建造了一种称作“虚拟物理实验室”的系统，可用来直观地研究、控制、观察由于改变重力的大小、方向所产生的种种现象以及对加速度的影响。这样，学生可以获得第一手感性材料（直接经验），从而达到对物理概念和物理定律的较深刻理解。
VR技术在化学教学中也取得了显著效果。科学家们已经研制了一个可以让用户用手操纵分子运动的VR系统。用户戴上头盔并通过数据手套进行反馈控制，可以使分子按某种方式结合在一起。这种VR系统不仅在教学上有重要意义，而且在科研上也有重大价值，因为按新方式结合在一起的分子结构很可能成为治疗疾病的新药或工业所需的特殊材料。
随着对多媒体和仿真技术研究的深入，实现虚拟现实的理论方法也有很大发展。在1996年6月召开的ED-MEDIA世界大会上出现了一种全新的称作“QTVR（快速虚拟）”的系统。该系统已实际应用于学习城市的设计与规划，其优异的性能价格比令人惊叹！QTVR不是利用头盔和数据手套这类硬件来产生幻觉，而是使用360度全景摄影技术所拍摄的高质量图像来生成逼真的虚拟情景。因此，用户在Windows或Macintosh操作系统支持下，在普通微机上利用鼠标和键盘就能真实地感受到和VR技术中一样的虚拟情景。学习城市设计与规划的学生利用QTVR系统可以创建一座逼真的虚拟城市。同时，城市中的各种物理实体可以用鼠标任意拾取并进行操纵（例如使其旋转，以便从不同角度进行观察，并可进入建筑物内部去观看）。
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