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虚拟现实技术中计算机图形学的应用

——三维计算机图形

近年来虚拟头盔的发展越来越快。目前，这个虚拟头盔仅在瑞士圣约翰公园

能够让体验者进入虚拟 3D 世界，体验者能够在“真实公园”的混合环境下进行

探索，通过照相机进行观看，以及通过计算机形成 3D 虚幻假像，其中包括：发

光的草、梦幻般的昆虫，以及天空中出现的奇特景象。这种新型虚拟头盔被称为

“生命放大器(Lifeclipper)”，是一种全新的娱乐高科技装置，通过背包中的

高性能计算机使体验者进入一个与现实并行的虚拟世界。其主要技术是近年来越

来越火的虚拟现实技术。

虚拟现实(Virtual Reality，简称 VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新

技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的

虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历

其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

VR 是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工

智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者

通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，

电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的 3D 世界影像传回产生临场感。该技术

集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、

网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模

拟系统。

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。

早在 60 年代初，随着 CAD 技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示

相结合的计算机系统。80 年代，Jaron Lanier 提出了"虚拟现实"VR（Virtual

Reality）的观点，目的在于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机

所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置

在这个环境中"环游"，创造出一种"亲临其境"的感觉。

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环

境。与传统的计算机人――机界面（如键盘、鼠标器、图形用户界面以及流行

的 Windows 等）相比，虚拟现实无论在技术上还是思想上都有质的飞跃。传统的

人――机界面将用户和计算机视为两个独立的实体，而将界面视为信息交换的媒

介，由用户把要求或指令输入计算机，计算机对信息或受控对象作出动作反馈。

虚拟现实则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息进行可视

化，形成一个逼真的环境，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地使用各种

信息，并由此控制计算机。

虚拟现实用以下 3 种基本技术进行了概括：

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