学习内容：
虚拟现实技术的概念与特点、发展、构成以及应用与前景。
虚拟建模技术的概述与分类。
实时绘制技术的分类。
虚拟声音交互技术的概念与作用、特征。
虚拟现实工具软件与自然交互技术。
虚拟现实交互设备的分类。
学习目标：
1.了解虚拟现实交互的概念、特点、发展历程、构成、应用及前景。
2.理解虚拟建模技术。
3.了解实时绘制技术。
4.了解虚拟声音交互技术。
5.了解虚拟现实工具软件与自然交互技术。
6.了解虚拟现实交互设备。
7.1.1 虚拟现实交互的概念与特点
虚拟现实交互，英文名称为“Virtual Reality”，简称VR，国内也有人将其译为“虚拟实境”、“灵境技术”或“幻真技术”。虚拟现实交互技术最早是由美国军方提出的研究项目，直到20 世纪80 年代后期才逐渐被人们关注。它作为一项尖端科技，综合了计算机三维图形、多媒体、计算机仿真、传感、显示、网络等多种高科技的最新研究与发展成果，利用计算机以及相关设备来模拟一个具有逼真三维视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的“虚拟世界”，从而使处于虚拟世界中的人产生一种身临其境的感觉。
1993年，虚拟现实交互技术专家Burdea在国际上提出了著名的虚拟现实交互三角形，描述了虚拟现实交互技术的三个重要特性：沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），如图所示。
7.1.2 虚拟现实交互的发展
1962 年，第一套具有虚拟现实交互思想的装置是莫顿研制的称为Sensorama 的具有多种感官刺激的立体电影系统。
1965 年，计算机图形学的奠基者美国科学家萨瑟兰在一篇名为《终极的显示》的论文中，首次提出了一种假设，观察者不是通过屏幕窗口来观看计算机生成的虚拟世界，而是生成一种直接使观察者沉浸并能互动的环境。这一理论被公认为在虚拟现实交互技术中起着里程碑的作用，所以我们称他既是“计算机图形学”之父，也是“虚拟现实技术”之父。
基于20 世纪60 年代以来所取得的一系列成就，美国的Jaron Lanier 在20 世纪80 年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。
20 世纪80 年代，美国国家航空航天局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实交互技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实交互技术的广泛关注。
进入20 世纪90 年代后，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能，人机交互系统的设计不断创新，新颖、实用的输入输出设备不断地涌入市场，而这些都为虚拟现实交互系统的发展打下了良好的基础。
7.1.3 虚拟现实交互系统的构成
虚拟现实交互技术是采用以计算机技术为核心的现代高科技技术，生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境。用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。
典型的虚拟现实交互系统主要由计算机、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成，如图 所示。
（1）计算机系统
在虚拟现实交互系统中，计算机系统负责虚拟世界的生成和人机交互的实现，是虚拟现实交互系统的心脏
（2）虚拟现实交互设备
在虚拟现实交互系统中，为了实现人与虚拟世界的自然交互，必须采用特殊的虚拟现实交互设备，以识别用户各种形式的输入，并实时生成相应的反馈信息。
（3）虚拟现实工具软件及数据库
虚拟现实工具软件可完成的功能包括：虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、运动建模，三维虚拟立体声的生成，模型管理技术及实时显示技术，虚拟世界数据库的建立与管理等几部分。
7.1.4 虚拟现实交互技术的应用与前景
（1）军事与航空航天领域
武器装备研究与新武器展示方面的应用
军事训练方面的应用
（2）教育与训练领域
虚拟校园
虚拟演示教学与实验
远程教育系统
特殊教育
技能培训
（3）商业应用领域
商业上，虚拟现实交互技术常被用于产品的展示与推销。随着虚拟现实交互技术的发展与普及，该技术在最近几年在商业应用中越来越多，主要表现在商品的展示中。
（4）建筑设计与规划领域
在城市规划、工程建筑设计领域，虚拟现实交互技术被作为辅助开发工具。由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，在城市规划中，虚拟现实交互系统正发挥着巨大作用。
（5）医学领域
在医学领域，虚拟现实交互技术和现代医学的飞速发展以及两者之间的融合使得虚拟现实交互技术已开始对生物医学领域产生重大影响。虚拟人体的虚拟现实交互系统在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。另外，在远程医疗中，虚拟现实交互技术也很有潜力。
（6）工业应用领域
随着虚拟现实交互技术的发展，其应用已进入民用市场。汽车工业是最先采用虚拟现实交互技术的领域。
（7）影视娱乐领域
娱乐上的应用是虚拟现实交互技术应用最广阔的领域，从早期的立体电影到现代高级的沉浸式游戏，都是虚拟现实交互技术应用较多的领域。丰富的感知能力与三维显示世界使得虚拟现实交互技术成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实交互的真实感要求不太高，所以近几年来虚拟现实交互技术在该方面发展较为迅猛。
