虚拟现实（VR-Virtual Reality）,也 称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。

 

虚拟现实技术传统的模拟技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。

 

虚拟现实已经发展成一门涉及计算机图形学、精密传感机构、人机接口及实时图像处理等领域的综合性学科。虚拟现实技术分虚拟实景（境）技术（如虚拟游览故宫博物馆）与虚拟虚景（境）技术（如虚拟现实环境生成、虚拟设计的波音777飞机等）两大类。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛，几乎到了无所不包、无孔不入的地步，在虚拟现实技术战场环境，虚拟现实作战指挥模拟，飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练，飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造（含系统的虚拟设计），虚拟现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术等等方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和技术驱动。权威人士断言，虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代表。它的发展，不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式，劳和逸将真正结合起来，人们在享受环境中工作，在工作过程中得到享受；而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合，将诞生人类的第九艺术。随着计算机技术的发展，在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。所以，虚拟现实技术系统的运行趋势为单机桌面和互联网两种主要方式，因此，它对计算机硬件技术和网络技术的发展和应用也有很大的刺激作用。

 

 

大型虚拟现实仿真系统由多个子系统组成，各个子系统之间相互协作运行。其组成如下：

 

1、虚拟现实应用开发平台

 

目前，虚拟现实应用开发平台大多采用3DVIA Studio、Virtools、Unity。

 

3DVIA Studio Pro是一个集成内容开发平台，它汲取了达索系统十五年来创建更加沉浸式的实时3D软件应用程序的丰富经验。作为一个企业级解决方案，3DVIA Studio Pro向用户提供编写工具和专业支持，以快速开发交互性应用程序如虚拟培训，并在安全环境中进行部署。 

 

Virtools完整的开发平台，以创新的可视化模式让用户轻松建构互动体验，内建超过700种的行为模块，从初期产品原型设计、虚拟环境模拟发展到3D互动操作，轻松建构出身临其境栩栩如生的完美体验。Virtools提供的解决方案颠覆3D开发制作流程，开发人员只需拖曳所需要的行为模块即可建构出丰富的互动作品，可同时满足无程序背景的设计人员以及高阶程序设计师的需要，大大缩短项目开发时程、减少风险并降低生产成本。新一代3DVIA Virtools应用范围广泛，涵盖生产贸易、设计审查、购物体验、仿真训练及销售环境配置等多元化应用。

 

Unity是一软专业3D游戏引攀，其备跨平台发布、离效能优化、高性价比，AAA级游戏画面演染效果等特点。目前Unity应用范围广泛，从手机游戏到联网的大型游戏，从严肃游戏到电子商务，再到虚拟现实VR均可完美呈现。目前全球已超过九十万名开发者使用Unity。而且作品数量不断的与日俱增.尤其目前在App Store内有超过1500种移动平台游戏以及横跨许多国家上百个的网页游戏都是以Unity为平台所开发的。这些开发者也包含许多国际知名厂商，例如法国育碧Ubisoft,美商艺电Electronic Arts,德国游戏巨头Bigpoint公司、迪斯尼Disney、乐高LEGO等。

 

2、数据采集与建模设施

 

常见的数据采集与建模设备有3D扫描仪、Geomagic FreeForm Modeling等。

 

3D扫描仪的用途是创建物体几何表面的（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称）。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴，亦即所谓的（texture mapping）。三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。由于测得的结果含有深度信息，因此常称之。由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此常需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘（turnable table）上，经过多次的扫描以拼凑物体的完整模型。将多个片面模型集成的技术称做图像配准（image registration）或对齐（alignment），其中涉及多种三维比对（3D-matching）方法。

 

“FreeForm Modeling”系统（可用于PHANTOM Desktop或PHANTOM Omni触觉设备）向设计人员和建模人员提供了快速而节省成本的原创模型创建方法，还可以修改及规划扫描数据，并将数据输出至RP系统以进行原型制造或打磨。该产品包含一套完善的建模和细节处理工具、外形控制功能、以及多边形数据导入功能。此外，还具备分型线评估功能，使用户能够在设计早期对模型进行校准，从而避免了生产错误，降低了成本。 “FreeForm Modeling”和“FreeForm Modeling Plus”两款产品均包含完善的建模和细节处理工具。

 

3、虚拟现实人机交互设备

 

虚拟现实人机交互设备常用的包括动作捕捉系统、数据手套、空间位置追踪器等。

 

动作捕捉系统提供新的人机交互手段，表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式，运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作，提供了新的人机交互手段，比传统的键盘、鼠标更直接方便，不仅可以实现 " 三维鼠标" 和 " 手势识别 " ，还使操作者能以自然的动作和表情直接控制计算机，并为最终实现可以理解人类表情、动作的计算机系统和机器人提供了技术基础。常用的动作捕捉系统有ART光学动作捕捉系统。

 

数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。常用的数据手套有5DT数据手套、Cyberglove数据手套 、Measurand数据手套 、DGTech数据手套 、Fakespace数据手套 、X-IST数据手套、 CyberGrasp 数据手套等。

 

 

空间位置追踪器或叫三维空降传感器是一种能实时地检测活动着的物体在六个自由度上相对于某个固定物体的数值，即在X、Y、Z坐标上的位置值，以及围绕X、Y、Z轴的旋转值。这种三维空间传感器对被检测的物体必须是无干扰的，也就是说，不论这种传感器是基于何种原理和应用何种技术，它都不应影响被测物体的运动，即俗称为：“非接触式传感器”。在虚拟现实技术中广泛使用的是低频磁场式和超声式传感器。 低频磁场式传感器的低频磁场是由该中传感器的磁场发射器产生的，该发射器有三个正交的天线组成，在接受器内也安装一个正交天线，它被安装在远处的运动物体上，根据接受器所接受到的磁场，可以计算出接受器相对于发射器的位置和方向，并通过通信电缆把数据传送给主计算机。因此，计算机能间接的跟踪运动物体相对于反射器的位置和方向。在虚拟现实环境中，这种传感器常被用来安装在数据手套和头盔显示器上。

 

在虚拟现实应用中，对空间跟踪定位器的主要的性能要求是：定位精度、位置修改速率和延时、其中定位精度和分辨率不能混淆，前者是指传感器所测出的位置与实际位置的差异，后者是指传感器所能测出的最小位置变化；位置修改速率是指传感器在一秒钟内所能完成的测量次数，延时是指被检测物体的某个动作与传感器测出该动作的时间间隔。如何减少颤抖、漂移、噪音是着类传感器的关键技术。常用的空间位置追踪器有Polhemus电磁式位置追踪器、Ascension电磁式空间位置追踪器、NDI电磁式位置追踪器等。

 

4、沉浸式立体显示

 

沉浸式立体显示系统有三种类型，分别是多通道立体展示系统、3D立体显示器、头戴式立体显示器，用户可根据实际情况自主选择相应类型。

 

多通道立体展示系统分为多通道环幕立体展示系统和多通道平面立体展示系统，用户可根据实际需求选择，多通道立体展示系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果，多通道立体展示系统是虚拟三维投影显示系统中一种沉浸式虚拟仿真显示环境。 

 

2、3D立体显示器

 

除多通道立体展示系统外，还可以采用3D立体显示器，包括裸眼立体显示器和偏振立体显示器。裸眼立体显示器是建立在人眼立体视觉机制上的新一代自由立体显示设备，它能够出色的利用多通道自动立体现实技术，不需要借助任何助视设备（如3D眼镜、头盔等），即可获得具有完整深度信息的图像。偏振立体显示器偏光实际就是偏振光，现在的液晶显示器里边有一个偏光板，就是做这个用的。 普通的液晶显示器只能发出一个方向的偏振光，而所谓立体偏光显示器他能发出横向和竖向两种偏振光，配合偏振光眼镜，就能把不同的图像同时分别送到左眼和右眼中，从而形成3D图像。 

 

推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、Miracube偏振立体显示器。 

 

3、头戴式立体显示器

 

头戴式立体显示器是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式，辅以三个自由度的空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，在VR效果的观察设备中，头戴式立体显示器的沉浸感优于3D立体显示器的虚拟现实观察效果，逊于多通道立体展示系统的观察效果，在投影式虚拟现实系统中，头戴式立体显示器可以作为系统功能和设备的一种补充和辅助。

 

推荐产品：Virtual Realities VR2200 头戴式显示器、Oculus Rift 头戴式显示器、5DT HMD 800-40 3D 虚拟现实头戴式显示器。 

 

此外还有高性能图像生成及处理系统、中央集成应用控制系统，由于这两套系统均为市场常见系统再次不多做介绍。

 

 

大型虚拟仿真中心适用于与航空航天、装备制造、教育文化、医疗、冶金、能源、多媒体技术等科研专业。