虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境， VR帶來了人機交互的新概念、新內(nèi)容、新方式和新方法，使得人機交互的內(nèi)容更加豐富、形象，方式更加自然、和諧。

深度創(chuàng)藝虛擬現(xiàn)實仿真的技術(shù)目前主要有實物虛化、虛物實化、高性能計算處理技術(shù)和分布式虛擬顯示四種。

1、實物虛化

實物虛化主要包括基本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤和視點感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶操作的檢測和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。

（1）基本模型構(gòu)建技術(shù)

基本模型的構(gòu)建是應(yīng)用計算機技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實世界的對象物體在相應(yīng)的三維虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性。深度創(chuàng)藝的模型構(gòu)建首先是要建立對象物體的幾何模型，確定其空間位置和幾何元素的屬性并通過GIS數(shù)據(jù)或者遙感來增強虛擬環(huán)境的真實感，并在虛擬環(huán)境中遵循一定的運動和動力學(xué)規(guī)律。當(dāng)幾何模型和物理模型很難準(zhǔn)確地刻畫出真實世界中存在的某些特別對象或現(xiàn)象時，可根據(jù)具體的需要采用一些特別的模型構(gòu)建方法。

（2）空間跟蹤技術(shù)

 
CyberGlove II - 18 Sensors

虛擬環(huán)境的空間跟蹤主要是通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套(DATAGLOVE)，立體眼鏡，數(shù)據(jù)衣等交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶的頭、手、軀體或其他操作物在三維虛擬環(huán)境中的位置和方向。跟蹤系統(tǒng)一般由發(fā)射器、接收器和電子部件組成。目前,深度創(chuàng)藝的跟蹤系統(tǒng)有電磁、機械、光學(xué)、超聲等幾類。數(shù)據(jù)手套是VR系統(tǒng)常用的人機交互設(shè)備，它可測量出手的位置和形狀從而實現(xiàn)環(huán)境中的虛擬手及其對虛擬物體的操縱。Cyber Glove通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向。

（3）聲音跟蹤技術(shù)

利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤是深度創(chuàng)藝為客戶打造實物虛化的重要組成部分。聲音跟蹤一般包括若干個發(fā)射器、接受器和控制單元。它可以與頭盔顯示器相連，也可以與數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套等其他設(shè)備相連。

（4）視覺跟蹤與視點感應(yīng)技術(shù)

實物虛化的視覺跟蹤技術(shù)使用從視頻攝像機到X-Y平面陣列，周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。視覺跟蹤的實現(xiàn)必須考慮精度和操作范圍間的折衷選擇，采用多發(fā)射器和多傳感器的設(shè)計能增強視覺跟蹤的準(zhǔn)確性，但使系統(tǒng)變得復(fù)雜并且昂貴。深度創(chuàng)藝的視點感應(yīng)是必須與顯示技術(shù)相結(jié)合的，采用了多種定位方法（眼罩定位、頭盔顯示、遙視技術(shù)和基于眼肌的感應(yīng)技術(shù)），可確定用戶在某一時刻的視線。例如將視點檢測和感應(yīng)技術(shù)集成到頭盔顯示系統(tǒng)中，飛行員僅靠“注視”就可在某些非常時期操縱虛擬開關(guān)或進(jìn)行飛行控制。

2、虛物實化

確保用戶在虛擬環(huán)境中獲取視覺、聽覺、力覺和觸覺等感官認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)，是虛物實化的主要研究內(nèi)容。

（1）視覺感知

虛擬環(huán)境中大部分具有一定形狀的物體或現(xiàn)象，可以通過多種途徑使用戶產(chǎn)生真實感很強的視覺感知。CRT顯示器、大屏幕投影、多方位電子墻、立體眼鏡、頭盔顯示器（HMD）等是VR系統(tǒng)中常見的顯示設(shè)備。不同的頭盔顯示器具有不同的顯示技術(shù)，根據(jù)光學(xué)圖像被提供的方式，頭盔顯示設(shè)備可分為投影式和直視式。能增強虛擬環(huán)境真實感的立體顯示技術(shù)，可以使用戶的左、右眼看到有視差的兩幅平面圖像，并在大腦中將它們合成并產(chǎn)生立體視覺感知。頭盔顯示器、立體眼鏡是兩種常見的立體顯示設(shè)備。目前，深度創(chuàng)藝基于激光全息計算的立體顯示技術(shù)、用激光束直接在視網(wǎng)膜上成像的顯示技術(shù)正在研究之中。

（2）聽覺感知

聽覺是僅次于視覺的感知途徑，虛擬環(huán)境的聲音效果，可以彌補視覺效果的不足，增強環(huán)境逼真度。

（3）力覺和觸覺感知

能否讓參與者產(chǎn)生“沉浸”感的關(guān)鍵因素之一是用戶能否在操縱虛擬物體的同時，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺和力覺感知。由于人的力覺感知非常敏感，一般精度的裝置根本無法滿足要求，而研制高精度力反饋裝置又相當(dāng)困難和昂貴，這是人們面臨的難題之一。如果沒有觸覺反饋，當(dāng)用戶接觸到虛擬世界的某一物體時容易使手穿過物體。深度創(chuàng)藝解決這種問題的有效方法是在用戶的交互設(shè)備中增加觸覺反饋。觸覺反饋主要是基于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經(jīng)肌肉模擬等方法來實現(xiàn)的。

3、高性能計算處理技術(shù)

虛擬現(xiàn)實是以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技，高性能的計算處理技術(shù)是直接影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。具有高計算速度，強處理能力，大存儲容量和強聯(lián)網(wǎng)特性等特征的高性能計算處理技術(shù)是深度創(chuàng)藝研究的主要內(nèi)容。

分布式虛擬現(xiàn)實

分布式虛擬現(xiàn)實的研究目標(biāo)是建立一個可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到一個真實世界，不受物理時空的限制，通過姿勢、聲音或文字等“在一起”進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、研討、訓(xùn)練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件比較復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計或進(jìn)行同一艱難任務(wù)的演練。深度創(chuàng)藝分布式虛擬現(xiàn)實的研究有兩大陣營。一個是國際互聯(lián)網(wǎng)上的分布式虛擬現(xiàn)實，如基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購物。另一個是在由軍方投資的高速專用網(wǎng)，如采用ATM技術(shù)的美國軍方國防仿真互聯(lián)網(wǎng)DSI。

目前我國影視制作三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)手段多是采用同期國外現(xiàn)成的三維圖形引擎進(jìn)行二次開發(fā)。目前比較流行，相對效率較高的三維圖形引擎主要有Vega、Vegaprim、Vtree、Virtools、Quest3D等。Vega系列的引擎的設(shè)計層次太多，直接導(dǎo)致了頂層系統(tǒng)難以直接有效的發(fā)揮硬件圖形設(shè)備的特性，而使其運行隨著數(shù)據(jù)量的增加變得異常緩慢。

仿真技術(shù)的應(yīng)用在軍事與航天工業(yè)、城市規(guī)劃與經(jīng)營、建筑設(shè)計、房地產(chǎn)開發(fā)、科技館、博物館、專業(yè)展示館、產(chǎn)品的設(shè)計與展示、古文化遺產(chǎn)還原以及保護(hù)、模擬訓(xùn)練設(shè)備、游戲、娛樂等眾多領(lǐng)域中。

除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航天、通信、交通、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、體育、分子化學(xué)、科學(xué)計算可視化等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。我們甚至可以大膽的預(yù)測，在不久的將來虛擬現(xiàn)實技術(shù)將滲透到所有與信息系統(tǒng)相關(guān)的學(xué)科和領(lǐng)域。