（三）虛擬現實技術演進方向

　　虛擬現實技術的實質是構建一種人為的能與之進行自 由交互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或 移動其中的對象。沉浸式虛擬現實是最理想的追求目標，實 現的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據手套以及身體 部位跟器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。 可以預測短期內游戲玩家可以戴上頭盔、身著游戲專用衣服 及手套真正體驗身臨其境的“虛擬現實”游戲空間，它的出現 將淘汰現有的各種大型游戲，推動科技的發展。縱觀虛擬現 實的發展歷程，未來虛擬現實技術的研究仍將延續“低成本、 高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發展方向主要歸納 如下：

　　1、低成本快速建模技術。虛擬環境的建立是虛擬現實

　　技術的核心內容，動態環境建模技術的目的是獲取實際環境

　　的三維數據，并根據需要建立相應的虛擬環境模型。內容制 作是虛擬現實產業界的短板，當前的內容制作成本高、周期 長，對于制作人員的要求也高，限制了虛擬現實應用的發展， 如何實現低成本的快速建模將是虛擬現實在產業界大規模 推廣的關鍵。

　　2、實時三維圖形生成和顯示技術。三維圖形的生成技

　　術已比較成熟，而關鍵是怎樣“實時生成”，在不降低圖形的 質量和復雜程度的基礎上，如何提高刷新頻率將是今后重要 的研究內容。此外，虛擬現實還依賴于立體顯示和傳感器技 術的發展，現有的虛擬設備還不能滿足系統的需要，有必要 開發新的三維圖形生成和顯示技術。

　　3、新型交互設備的研制。虛擬現實技術實現人能夠自

　　由與虛擬世界對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸 出設備主要有頭盔顯示器、數據手套、數據衣服、三維位置 傳感器和三維聲音產生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優 良的數據手套和數據服將成為未來研究的重要方向。

　　4、智能化、自然的虛擬現實建模。虛擬現實建模是一

　　個比較繁復的過程，需要大量的時間和精力。如果將虛擬現 實技術與自然交互、語音識別等技術結合起來，可以很好地 解決這個問題。對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過 自然交互、語音識別等技術轉化成建模所需的數據，然后利 用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、導航以

　　及評價，將模型用對象表示出來，并且將各種基本模型靜態 或動態地連接起來，最終形成系統模型。人工智能在虛擬世 界也大有用武之地，良好的人工智能系統對減少乏味的人工 勞動具有非常積極的作用。

　　5、分布式虛擬現實技術。分布式虛擬現實（Distributed

　　Virtual Environment，DVE）是今后虛擬現實技術發展的重要 方向。隨著眾多 DVE 開發工具及其系統的出現，DVE 本身 的應用也滲透到各行各業，包括醫療、工程、訓練與教學以 及協同設計。仿真訓練和教學訓練是 DVE 的又一個重要的 應用領域，包括虛擬戰場、輔助教學等。另外，研究人員還 用 DVE 系統來支持協同設計工作。近年來，隨著互聯網應 用的普及，一些面向互聯網的 DVE 應用使得位于世界各地 多個用戶可以進行協同工作。將分散的虛擬現實系統或仿真 器通過網絡聯結起來，采用協調一致的結構、標準、協議和 數據庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環 境，參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應 用價值極為明顯，因為國際空間站的參與國分布在世界不同 區域，分布式虛擬現實訓練環境不需要在各國重建仿真系 統，這樣不僅減少了研制費和設備費用，減少了人員出差的 費 用 以 及 異 地 生 活 的 不 適 。 例如 微 軟 近 期 發 布 的 Holoportation 遠程沉浸式交互演示得到了業界的一致看好。

　　（四）虛擬現實技術瓶頸和急需解決問題

　　虛擬現實技術是一門年輕的科學技術，雖然在許多領域 的實際應用已相當成熟，但總體來說它仍然處于初級發展階 段，尚存在不少有待解決的問題。虛擬現實技術得以發展的 原因之一在于它充分利用了現在已經成熟的科技成果。如計 算機為其提供了實時的硬件平臺，顯示設備利用了電視與攝 像機的顯示技術，而虛擬現實技術的軟件則以CAD和計算機 圖形技術為基礎，所以虛擬現實技術發展較為迅速，但同時 也依賴著其他相關技術的發展。正是限于當前科技的發展水 平，虛擬現實技術的發展狀況離人們心目中追求的目標尚有 較大的差距，從沉浸性、交互性等方面都需進一步改進與完 善。虛擬現實技術在現實中的應用局限性較大，主要表現在 以下幾個方面：

　　1、 軟硬件技術的局限性

　　從虛擬現實系統的軟硬件技術上來說，一是相關設備普 遍存在使用不方便、效果不佳等情況，難以達到虛擬現實系 統的要求。如計算機的處理速度還不能滿足在虛擬世界中巨 大數據量處理實時性的需要。對數據存儲能力也不足，如我 國首位女虛擬人到現在為止存儲的數據總量就已經達到了 149.7GB。

　　二是硬件設備品種有待進一步擴展，在改進現有設備的 同時，應該加快新的設備的研制工作。同時，針對不同的領

　　域要開發能滿足應用要求的特殊硬件設備。 三是虛擬現實系統應用的相關設備價格也比較昂貴且

　　局限性很大。如建設CAVE（洞穴狀自動虛擬系統，Cave Automatic Virtual Environment）系統的投資達百萬以上，一 個頭盔式顯示器加主機一般成本就需上萬元等。在一些專業 領域，如軍事航空航天，昂貴的價格可以承受，但對于普通 消費級市場來說，還是讓人望而卻步。

　　四是目前大多數虛擬現實軟件普遍存在語言專業性較 強，通用性較差，易用性差等問題。同時，由于硬件設備的 諸多局限性，使得軟件開發費用也十分巨大，并且軟件所能 實現的效果受到時間和空間的影響較大。很多算法及許多相 關理論也不成熟，如在新型傳感和感知機理，幾何與物理建 模新方法，基于嗅覺、味覺的相關理論與技術，高性能計算， 特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學、社會學 等方面都有許多挑戰性的問題有待解決。

　　五是繁瑣的三維建模技術有待進一步突破。給予圖形的 虛擬環境首先要解決的問題是三維造型。當圖形渲染技術在 想實現真實感大踏步的時候，生成精確三維模型的過程還是 相對困難，技術有待進一步突破。即使是在三維激光掃描技 術進步提供了簡化模型構建過程，但這些自動化模型獲取方 法并不能滿足我們的全部需要，大部分模型仍需要高水平的 專業人士人工繪制，不僅延長了制作的周期，也使得費用成本急劇攀升。

　　六是大數據融合處理有待進一步整合。虛擬現實要想得 到很大的發展，需要與互聯網進一步結合，目前虛擬現實應 用的數據量非常巨大，而整體網絡的速度相對較慢，而且分 布不均衡，使得效果大打折扣，我們需要在虛擬現實系統中 考慮數據壓縮的問題，該問題不可回避，而且將引起人們高 度的重視。

　　2、 應用的局限性

　　從應用上來說，現階段虛擬現實技術的主要應用在軍事 領域和高校科研方面較多，在教育領域、工業領域應用還遠 遠不夠，有待進一步加強。未來的發展應努力向民用方向發 展，并在不同的行業發揮作用。

　　3、 效果的局限性

　　虛擬環境的可信性是指創建的虛擬環境需符合人的理 解和經驗，包括有物理真實感、時間真實感、行為真實感等。 具體表現在以下幾個方面：

　　一是虛擬世界的表示側重幾何表示，缺乏逼真的物理、 行為模型。

　　二是在虛擬世界的感知方面，有關視覺合成研究多，聽 覺、觸覺（力覺）關注較少，真實性與實時性不足，基于嗅 覺、味覺的設備還沒有成熟及商品化。

　　三是在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語音識別等人工智能方面的效果還遠不能令人滿意。