虚拟现实技术作为20世纪发展起来的全新实用技术，正逐步成为改变人类感知世界的革命性力量。从1929年的飞行模拟器到现代沉浸式头显，VR技术经历了漫长的发展历程，其核心在于通过计算机技术创造超越现实感官体验的虚拟世界。
虚拟现实技术的定义与本质
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR），又称灵境技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。其基本实现方式是通过计算机模拟虚拟环境，从而给人以环境沉浸感。从本质上讲，VR技术囊括了计算机、电子信息、仿真技术于一体，利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象。
虚拟现实技术具有三个核心特征：存在性、多感知性和交互性。存在性指的是用户能够在虚拟世界中感受到自己的存在；多感知性则意味着VR技术模拟了人类所拥有的各种感知功能，包括听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等；交互性则体现在用户可以与虚拟环境进行实时互动并获得反馈。
VR技术的发展历程
VR技术的发展可以分为四个重要阶段：
第一阶段：思想萌芽期（1963年以前）
这一时期是蕴涵虚拟现实思想的阶段。1929年，Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器；1956年，Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama。这些早期设备虽然简陋，但已经具备了虚拟现实的基本思想。
第二阶段：虚拟现实萌芽阶段（1963-1972年）
1965年，Ivan Sutherland发表论文”Ultimate Display”，提出了虚拟现实的理论基础；1968年，他研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HMD）；1972年，Nolan Bushell开发出第一个交互式电子游戏Pong，为后来的VR交互提供了重要参考。
第三阶段：概念形成阶段（1973-1989年）
这一时期虚拟现实概念正式产生并初步形成理论体系。1977年，Dan Sandin等研制出数据手套Sayre Glove；1984年，NASA AMES研究中心开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1984年，VPL公司的Jaron Lanier首次提出”虚拟现实”的概念；1987年，Jim Humphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。
第四阶段：完善应用阶段（1990年至今）
1990年，VR技术被明确包括三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术三大核心；VPL公司开发出第一套传感手套”Data Gloves”和第一套HMD”EyePhoncs”。21世纪以来，VR技术进入高速发展期，软件开发系统不断完善，涌现出MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等代表性开发平台。
VR技术的核心准则
VR技术的核心准则是：使用技术手段，尽可能地满足人类的感官需求，最终达到甚至超越人在自然世界的感官效果。这种感官认识能力是人作为一个完整的接收设备，对自然的认识能力，包括了视觉、听觉甚至整个身体的感受能力。
从历史发展来看，人类一直在寻求更全面、更真实、更廉价的呈现方式。从文字到绘画，从全景画到电子游戏，技术始终推动着人类表现能力的提升。当技术达到了人类对世界的感官认识的最低要求时，虚拟现实技术就应运而生了。
AR与VR的区别
目前VR产业指的是虚拟现实产业，通过头戴显示器和交互设备将用户和现实割裂开来，让用户在虚拟世界中可以获得一个独立的完整体验。而AR（增强现实）的核心内涵是现实和数据的叠加。
AR技术让用户在现实世界使用设备保持观察现实世界的同时，对现实进行标记，并对标记内容增加数据展示、视频播放和可互动内容展示。AR对于用户来说就是视觉在现实世界的增强，通过AR设备将现实世界网络化服务化。AR产品一般分为反射式和视频式两种。
关于MR（混合现实），从技术本质上讲，凡是MR的模式首先必然是AR模式的，MR更多的是一种状态的描述，当用户使用AR设备时，必然将数据服务和现实世界的现实进行了叠加。因此，把MR作为一种独立的形态来提出是不合时宜的。
VR硬件产品的定位分析
目前行业中存在以下几种VR硬件产品：
手机VR产品
手机VR的出现与智能手机产业有着密切关系。Google纸盒VR解决方案和三星GearVR等产品，将手机作为VR的显示设备、头部捕捉设备和计算中心，同时在外部提供触摸板和固定按钮作为操作区域。
这类设备的最大优势是通过市场上符合需求手机的巨大保有量，可以用非常低廉的手段为广大用户提供VR设备。但核心问题是缺乏真正的有效交互手段，只能处理一些低频次操作，如界面切换、层级切换、文本阅读、图片浏览等。
头戴显示器VR产品
这类产品以Oculus、HTC Vive和PS VR为代表，典型特征是没有独立的计算中心，屏幕不可拆离。这类产品普遍具备更高分辨率的显示效果、更精确的位置追踪效果，计算设备主要通过线材连接的主机或电脑。
Oculus作为头戴显示器的开拓者，几乎代表了行业对VR未来的全部技术想象。HTC Vive则拿出了目前最好的VR交互方案——通过头盔显示、延长线链接、双无线手柄和激光系统对用户和手柄位置进行定位的综合系统。
基于空间定位的大型VR设备
大型VR模式指的是通过空间定位系统和VR系统相结合，让用户可以在由真实空间承载的虚拟空间中随意行走。虚拟空间的空间物理特征由真实空间的景观所承载，营造了最为真实的虚拟现实可体验空间。例如在《The Void》中，通过布景搭建，布置了软体墙体和喷头雾化等系统，可以和虚拟场景紧密叠加，带来近乎完美的交互体验。
虚拟现实的关键技术
虚拟现实技术的实现依赖于多个关键技术的支撑：
1. 动态环境建模技术
虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。
2. 实时三维图形生成技术
三维图形的生成技术已经较为成熟，关键在于”实时”生成。为保证实时，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。
3. 立体显示和传感器技术
虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的设备还不能完全满足需要，力学和触觉传感装置的研究也有待进一步深入，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。
4. 应用系统开发工具
虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，提高产品质量。为此需要研究专门的开发工具。
5. 系统集成技术
由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。
未来展望
虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉。随着技术的不断进步，相信VR技术将会在更多领域得到大量应用和推广，从娱乐、教育、医疗到工业设计、军事训练等各个层面都将产生深远影响。
VR技术不仅是技术的革新，更是人类感知方式的革命。它将重新定义我们与数字世界的关系，为人类打开一扇通往无限可能性的大门。
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