一、虚拟现实技术
（一）虚拟现实的概念
概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。
（二）虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（英文名称：Virtual Reality，缩写为VR），又称虚拟环境、灵境或人工环境，是指利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作的虚拟世界的技术。虚拟现实技术是20世纪发展起来的一项全新的实用技术，囊括计算机、电子信息和仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。它是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，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。
虚拟现实技术可使用户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。同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统。它具有超强的仿真系统，真正实现了人机交互，可以随意操作并得到环境最真实的反馈。正是由于虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征才使它受到了许多人的喜爱。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益增长。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。
（三）虚拟现实技术的特性
1.存在性
存在性是虚拟现实技术的特征之一，虚拟世界为使用者提供真实感与3D效果，使用者无法察觉、辨别出自己所处的情境其实是由计算机衍生出来的，这就是存在性。使用者可以根据自己的主导意志，畅游在现实社会中不存在却展现在眼前的最完美的情景，这就是结合一系列交互进程，把感受器官和人的运动神经觉、触觉以及自己的意识带入虚拟情境中所实现的。
2.交互性
运用传感器的多样性（如多角度展示头盔、多角度眼镜、嗅觉传感器、数据手套等）和多方位讯息产生交互作用，加强人类和计算机的联系，这就是交互性。在虚拟环境中显示的画面和语音是虚拟现实系统依照用户本身的需要、感觉及本能技巧的调剂创造出来的。“实际”的人体感受被放入虚拟环境中的同时，也对里面的事件进行操控，这一切是由人体的感受和虚构情境中的事物通过数字化、信息化之间的反应所实现的。
3.创造性
虚拟现实里的虚拟环境并不是真实的，它是通过人类的想象构建出来的，人机交互从以前的定量推算到如今成为定量和定性的共同体。思想在指定用途中拓展，凸显了在虚拟环境中人掌控主要进程的重要情形。创造性可以定义为人类依照当今社会天然物理运作定律而形成的。在虚拟旅游环境中，人们依照活动法则详细制作出虚拟旅游者在情境中看到的所有相对详尽的物理性物质，如空间、时间、国家、路面街道、地域特征等，即为创造。在这个过程中，感受者将过去和未来的场景以及其他不能够展示的情境变得可展现，也可以随时随地构建自己喜爱的时空之旅。
4.多感知性
虚拟现实与传统的二维图形接口的不同，可以令使用者感受身边情境的能力得以呈现，这种计算机接口技术以及桌面控制反馈的扩充，让使用者的舒适感得到了最大化的展现，这是由Gobbetti等人提出的。在如今的虚拟现实程序中，听觉、视觉和触觉这三项感官尤其灵敏，将其装上传感设备就可以让用户陷入其中。随着信息与电子科技的不断发展和进步，这些传感装备和仿真装置在嗅觉、味觉、运动神经觉方面也可以实现应用，让人好像置身于《黑客帝国》类电影之中。
视频7-2：虚拟现实技术的发展历程
（四）虚拟现实技术的发展历程
1.思想萌芽阶段：1963年以前
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，这些有声形态的模拟器已经蕴含了虚拟现实的初步构想。
2.产品产生阶段：1963—1972年
1965年，Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display（终极的显示）”；1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HMD）；1972年，NolanBushell开发出第一个交互式电子游戏Pong。
3.概念和理论形成阶段：1973—1989年
1977年，麻省理工学院制作出“阿斯彭电影地图”，这个系统使用户可以在虚拟现实中游览科罗拉多州的阿斯彭市，类似于现在的VR地图；1982年，Dan Sandin等研制出数据手套Sayre Glove，是第一代基于手套的计算机输入设备；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；同年，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；同年，游戏巨头任天堂推出了消费型的商业性VR眼镜，虚拟现实产品第一次运用在民用领域。
4.技术完善和应用阶段：1990—2015年
1990年，提出VR技术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；1991年，Virtuality Group推出了“Virtuality”VR游戏机，其全新的沉浸感震惊了整个行业，也是虚拟现实娱乐史上首次大规模生产，这台机器支持网络和多人游戏，配备了虚拟现实眼镜、图形渲染系统、3D追踪器和类似外骨骼的可穿戴硬件设备；同年，世嘉公司宣布推出VR眼镜，可用于街机游戏；1995年，任天堂推出Virtual Boy的游戏机，成为第一款家用VR设备。21世纪以来，VR技术高速发展，软件开发系统不断完善，具有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等。
5.产品成型爆发阶段：2016年至今
2016年被业内认为是虚拟现实技术的爆发元年，大约有230家国内外公司致力于基于虚拟现实的项目。通过这些科技企业多年的积累与努力，VR产品在2016年迎来了大爆发。这一阶段的VR产品种类繁多，拥有更亲民的价格，更强大的内容体验与交互手段；辅以强大的资本支持与市场推广，整个VR行业正式进入爆发成长期。
拓展知识7-2：世界上最早的VR产品