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虚拟现实和增强现实之渲染和显示算法：全景视频：虚拟
现实中的物理模拟
1 虚拟现实和增强现实基础
1.1 虚拟现实与增强现实概述
虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Augmented Reality，AR）是
两种利用计算机技术生成的交互式体验，它们在游戏、教育、医疗、设计等多
个领域有着广泛的应用。VR 通过完全沉浸式的环境让用户感觉自己置身于一个
虚拟世界中，而 AR 则是在现实世界的视图上叠加虚拟信息，增强用户对现实
世界的感知。
1.1.1 虚拟现实（VR）
VR 技术主要依赖于头戴式显示器（Head-Mounted Display，HMD）和运动
追踪系统，为用户提供一个三维的、可交互的虚拟环境。HMD 设备通常包含两
个高分辨率的屏幕，分别对应用户的双眼，通过调整屏幕的显示角度和距离，
模拟出立体视觉效果。运动追踪系统则可以捕捉用户的头部和身体动作，实时
调整虚拟环境的视角，提供更加真实的沉浸感。
1.1.2 增强现实（AR）
AR 技术则是通过摄像头、投影仪或透明显示器将虚拟信息叠加到现实世界
的视图上。与 VR 不同，AR 并不完全隔绝用户与现实世界的联系，而是通过增
强现实中的虚拟元素，使用户能够与现实世界进行更深层次的互动。AR 技术在
导航、教育、娱乐等方面有着独特的优势，例如，通过 AR 应用，用户可以在
现实环境中看到虚拟的导航箭头，或者在书本上看到生动的 3D 模型。
1.2 渲染和显示技术基础
渲染和显示技术是 VR 和 AR 的核心，它们决定了虚拟环境的逼真度和用户
体验的质量。渲染技术涉及如何生成虚拟环境的图像，而显示技术则关注如何
将这些图像呈现给用户，使其感受到沉浸式的体验。
1.2.1 渲染技术
渲染技术包括几何渲染、光照渲染、纹理映射、阴影生成等多个方面。其
中，光照渲染和阴影生成对于模拟真实环境尤为重要。例如，使用 Phong 光照
模型可以模拟出物体表面的高光和阴影效果，使虚拟物体看起来更加真实。
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