虚拟现实

1989年，美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier提出了"Virtual Reality"（虚拟现实）的概念。在这里，"Reality"的含义是现实的世界，或现实的环境。所以，"Virtual Reality"（虚拟现实）的另一个名称是"Virtual Environment"（虚拟环境）。"Virtual"说明，这个世界或环境是虚拟的，不是真实的。这个世界或环境是人工构造的，是存在于计算机内部的。用户应该能够"进入"这个虚拟的环境中。所谓"进入"这个虚拟的环境中，是指用户以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，身临其境的感觉。

"Virtual Reality"（虚拟现实）或"Virtual Environment"（虚拟环境）是人工构造的，存在于计算机内部的环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），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。

虚拟环境(Virtual Environment，VE)系统或虚拟现实(Virtual Reality，VR)系统包括人类操作者、人机接口和计算机。

虚拟现实系统应用最多的专用设备是头盔式立体显示器和数据手套。于是，有人以使用这些专用设备为虚拟现实系统的标志。这种观点是不准确的。上述的虚拟现实的概念，是在计算机应用和人机交互方面开创的全新的学科领域。这个新领域的发展，还有很多困难，有很多技术难点有待解决。当前，这一领域还只是走出了第一步。头盔式立体显示器和数据手套等设备，只是当前已经实现的一部分虚拟显示设备。它们还很不完善。例如，头盔的视场，分辨率，造成眩晕等问题还有待解决。听觉接口和力觉接口等设备还在研究，应用还不多。味觉，嗅觉，运动觉等技术，还缺乏研究。

虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况。

　　第一种情况是模仿真实世界中的环境。例如，建筑物，武器系统，或战场环境。这种真实环境，可能是已经存在的，也可能是已经设计好但还没有建成的。为了逼真地模仿真实世界中的环境，要求逼真地建立几何模型和物理模型。环境的动态应符合物理规律。这一类虚拟现实系统的功能，实际是系统仿真。

第二种情况是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就可以完全虚构。这时，系统的动画技术常用插值方法。

第三种情况是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。这种真实环境，是客观存在的，但是人类的视觉和听觉不能感觉到。对于分子结构这类微观环境，进行放大尺度的模仿，使人能看到。对于空气中速度这类不可见的物理量，可以用流线显示速度（流线方向表示速度方向，流线密度表示速度大小）。这一类虚拟现实系统的功能，实际是科学可视化。
　　由此可见，虚拟现实技术可以用于系统仿真、科学可视化、三维动画等地方。

和虚拟现实有关的几个概念是遥操作，增强现实，以及合成现实。

这些概念之间的区别在于与用户交互的环境不同。对于遥操作系统，与用户交互的环境实际是在远地的一个真实的环境。用户通过类似虚拟现实系统的人机接口，与远处的真实环境交互。也就是看到真实环境的场景，听到真实环境的声音，感到与环境中物体的接触。遥操作系统实际上是高级的遥控系统，是采用了先进的虚拟现实技术的遥控系统。

虚拟环境(Virtual Environment，VE)系统或虚拟现实(Virtual Reality，VR)系统包括人类操作者、人机接口和计算机。
　　遥操作 (Teleoperator) 系统包括人类操作者、人机接口和遥机器人。
　　增强现实(Augmented Reality)系统中，则组合了虚拟环境和真实环境。
　　合成环境(Synthetic Environment，SE)系统，是遥操作系统，虚拟环境系统，增强现实系统等的总称。
　　对于虚拟现实系统，与用户交互的环境实际是人工构造的，存在于计算机内部的环境。这种虚拟的环境，可能是不同的环境。一种情况是真实环境的仿真。例如，仿真真实建筑物的虚拟建筑物。这种真实建筑物可能是已经建成的，也可能是已经设计好但尚未建成的。一种情况是完全虚拟的人造环境。例如在虚拟风洞中，借助可视化技术构造的虚拟风洞环境。又如在三维动画中，人工构造的虚拟环境。