18新利最新登入虚拟现实如何工作

在虚拟现实环境中，用户体验浸或者置身其中，成为那个世界的一部分的感觉。他也有能力交互以有意义的方式融入他的环境。沉浸感和互动性的结合被称为网真．计算机科学家Jonathan Steuer将其定义为“一个人在中介环境中而不是在直接的物理环境中感到存在的程度。”换句话说，有效的VR体验会让你意识不到真实的环境，而专注于你在虚拟环境中的存在。

Jonathan Steuer提出沉浸感的两个主要组成部分:信息深度18luck手机登录而且信息广度18luck手机登录．信息深度是指用户在18luck手机登录虚拟环境中交互时接收到的信号中数据的数量和质量。对于用户来说，这可能是指显示器的分辨率，环境的复杂性图形系统音频输出的复杂程度等等。Steuer将信息的广度定义为“同时呈现的感官维度的18luck手机登录数量”。如果虚拟环境能刺激你的所有感官，那么它就能提供广泛的信息。18luck手机登录大多数虚拟环境体验优先考虑视觉和音频组件比其他感官刺激因素更重要，但越来越多的科学家和工程师正在寻找融合用户触觉的方法。给用户力量反馈和触摸交互的系统被称为触觉系统．

为了让沉浸感更有效，用户必须能够探索真实大小的虚拟环境，并且能够无缝地改变视角。如果虚拟环境由房间中间的一个基座组成，用户应该能够从任何角度查看基座，并且视角应该根据用户所看的位置进行移动。弗雷德里克·布鲁克斯博士是虚拟现实技术和理论的先驱，他说，为了创造令人信服的用户体验，显示器的帧率必须至少达到每秒20 - 30帧。

VE系统的其他感官输出应该随着用户探索环境而实时调整。如果环境中包含3d声音，用户必须确信声音的方向在他在环境中移动时以自然的方式变化。如果用户想沉浸在VE中，感官刺激必须是一致的。如果VE显示了一个完美18新利最新登入的静止场景，你不会期望感受到大风。同样地，如果VE将你置于飓风中心，你不会期望感受到微风或探测到飓风气味的玫瑰。

用户操作与虚拟环境反映该操作被调用之间的延迟时间延迟．延迟通常指的是用户转头或移动眼睛与视角变化之间的延迟，不过这个术语也可以用于其他感官输出的延迟。飞行模拟器的研究表明，人类可以探测到超过50毫秒的延迟。18新利最新登入当用户察觉到延迟时，他便会意识到自己正处于一个人工环境中，并破坏了沉浸感。

如果用户意识到周围的真实世界，沉浸式体验就会受到影响。真正身临其境的体验让用户忘记了他真实的环境，有效地造成电脑变成一个非实体。为了达到真正的沉浸感，开发者必须想出对用户来说更自然的输入法。只要用户意识到交互设备，他就不会真正沉浸其中。

在下一节中，我们将讨论远程呈现的另一个方面:交互性。

沉浸在虚拟环境中是一回事，但要让用户真正融入其中，还必须有一个元素交互．使用VE系统中常见技术的早期应用程序允许用户拥有相对被动的体验。用户可以观看预先录制好的视频电影当你穿着头戴显示设备（头盔显示器)．他们将坐在运动椅上观看电影，系统将他们置于各种刺激之下，比如向他们吹气来模拟风。虽然用户能感受到一种沉浸感，但互动性仅限于通过环顾四周来改变他们的观点。他们的道路是预先确定的，不可改变。

今天，你可以找到virtual过山车使用同样的技术。位于佛罗里达州奥兰多的迪士尼探索乐园以赛博空间山为特色，顾客可以在那里设计自己的过山车，然后进入模拟器乘坐他们的虚拟作品。这个系统非常具有沉浸感，但除了最初的设计阶段之外，没有任何交互，所以它并不是真正的虚拟环境。

交互性取决于许多因素。Steuer认为这些因素中有三个是速度，范围而且映射．Steuer将速度定义为用户的动作被整合到系统中的速率电脑以用户可以感知的方式建模和反映。范围指的是任何特定用户操作可能产18新利最新登入生的结果。映射是系统根据用户的操作产生自然结果的能力。

虚拟环境中的导航是一种交互性。如果用户可以在环境中指挥自己的行动，这就可以被称为交互式体验。大多数虚拟环境都包含其他形式的互动，因为用户很容易在探索几分钟后就感到无聊。计算机科学家Mary Whitton指出，糟糕的交互设计会大大降低沉浸感，而找到吸引用户的方法可以增加沉浸感。当虚拟环境有趣而吸引人时，用户更愿意放下怀疑，沉浸其中。

真正的交互性还包括能够修改环境。一个好的虚拟环境会以一种有意义的方式响应用户的操作，即使它只在虚拟环境的范围内有意义。如果虚拟环境以古怪和不可预测的方式变化，就有可能破坏用户的远程临场感。

在下一节中，我们将介绍VE系统中使用的一些硬件。

目前，大多数VE系统由普通电源供电个人电脑．个人电脑已经足够成熟，可以开发和运行创建虚拟环境所需的软件。图形通常由强大的处理显卡最初是用视频游戏社区理念。让你玩《魔兽世界》的显卡可能也为高级虚拟环境提供了显卡。

VE系统需要一种向用户显示图像的方法。许多系统使用hmd，即包含两个的耳机监控，每只眼睛各一个。这些图像创造了一种立体效果，给人一种深度的错觉。早期使用的hmd阴极射线管显示器，体积大，但提供良好的分辨率和质量，或液晶显示器这种显示器要便宜得多，但在质量上无法与CRT显示器竞争。今天，液晶显示器要先进得多，分辨率和色彩饱和度都有所提高，而且比CRT显示器更常见。

其他VE系统将图像投射到房间的墙壁、地板和天花板上，被称为洞穴自动虚拟环境(Cave)。伊利诺伊大学芝加哥分校设计了第一个CAVE展示后投影在一个小房间的墙壁、地板和天花板上显示图像的技术。用户可以戴着特殊的眼镜在CAVE显示器中走动，完成在虚拟环境中移动的错觉。CAVE显示器为用户提供了更广阔的视野，这有助于沉浸感。它们还允许一群人同时分享体验(尽管显示器只会跟踪一个用户的观点，这意味着房间里的其他人将是被动的观察者)。CAVE显示器非常昂贵，比其他系统需要更多的空间。

与显示技术密切相关的是跟踪系统。跟踪系统分析用户视角的方向，以便计算机系统将正确的图像发送到视觉显示器。大多数系统要求用户用电缆连接到处理单元，限制了用户的活动范围。跟踪器技术的发展往往落后于其他VR技术，因为这种技术的市场主要以VR为中心。如果没有其他学科或应用程序的需求，开发跟踪用户移动和观点的新方法就没有多大兴趣。

输入设备在VR系统中也很重要。目前，输入设备的范围从带有两到三个按钮的控制器到电子手套语音识别软件整个学科没有标准的控制系统。虚拟现实科学家和工程师正在不断探索如何让用户输入尽可能自然，以增加远程临场感。一些更常见的输入设备形式是:

科学家们也在探索开发用于虚拟现实的生物传感器的可能性。生物传感器可以检测和解释神经和肌肉活动。通过适当校准的生物传感器，计算机可以解释用户如何在物理空间中移动，并将其转化为虚拟空间中的相应运动。18新利最新登入生物传感器可以直接附着在使用者的皮肤上，也可以合并到手套或紧身衣中。生物传感器套装的一个限制是，它们必须为每个用户定制，否则传感器将无法在用户的身体上正确排列。

北卡罗来纳大学教堂山分校的玛丽·惠顿(Mary Whitton)认为，娱乐产业将推动大多数VR技术的发展。的视频游戏特别是工业界在图形和声音功能方面做出了贡献，工程师可以将这些功能整合到虚拟现实系统的设计中。惠顿发现一个特别有趣的进步是任天堂Wii游戏机的魔杖控制器。控制器不仅是一种具有某些跟踪功能的商用设备;它的价格也很便宜，对那些通常不玩电子游戏的人很有吸引力。由于跟踪和输入设备是传统上落后于其他VR技术的两个领域，这种控制器可能是对VR系统有用的新一波技术进步中的第一个。

一些程序员设想互联网会发展成一个三维的虚拟空间，你可以在虚拟的空间中导航，获取信息和娱乐。18luck手机登录网站可以形成一个三维位置，让用户以比以前更真实的方式探索。程序员开发了几种不同的计算机语言和Web浏览器来实现这一愿景。其中包括:

当然，许多VE专家会认为，如果没有HMD，基于互联网的系统就不是真正的虚拟环境。它们缺乏沉浸感的关键元素，特别是追踪和显示与真人大小相同的图像。

在20世纪90年代初，公众对虚拟现实的接触仅限于一个相对原始的演示:几个块状的人物在棋盘上被一只粗糙的翼手龙追赶。而娱乐业仍然对虚拟现实应用感兴趣游戏和戏剧体验，VR系统真正有趣的用途是在其他领域。

一些建筑师创建了他们的建筑平面图的虚拟模型，这样人们甚至可以在地基打好之前穿过结构。客户可以在外部和内部移动，并提出问题，甚至建议对设计进行修改。比起微缩模型，虚拟模型可以让你更准确地了解在建筑物中移动的感觉。18新利最新登入

汽车公司已经使用VR技术来制造新车的虚拟原型，在生产单个物理部件之前对它们进行彻底测试。设计师可以在不废弃整个模型的情况下进行修改，就像他们经常对实体模型做的那样。因此，开发过程变得更高效，成本更低。

虚拟环境被用于培训项目军事,空间甚至是医科学生军方一直以来都是虚拟现实技术和发展的支持者。训练项目可以包括从车辆模拟到小队作战的所有内容。总的来说，VR系统更安全，从长远来看，比其他训练方法更便宜。经过大量VR训练的士兵已被证明与在传统条件下训练的士兵一样有效。

在医学领域，工作人员可以使用虚拟环境进行从外科手术到诊断病人的各种培训。外科医生不仅利用虚拟现实技术进行培训和教育，还利用机器人设备进行远程手术。第一个机器人手术是1998年在巴黎的一家医院进行的。使用VR技术进行机器人手术的最大挑战是延迟，因为在如此精细的手术中，任何延迟都会让外科医生感到不自然。这种系统还需要向外科医生提供精确的感官反馈。

VR技术的另一个医疗用途是心理治疗。埃默里大学的芭芭拉·罗斯鲍姆博士和佐治亚理工学院的拉里·霍奇斯博士率先使用虚拟环境治疗恐惧症和其他心理疾病患者。他们使用虚拟环境作为暴露疗法的一种形式，病人在受控条件下暴露于导致他痛苦的刺激。与真实的暴露疗法相比，该应用程序有两大优势:它更方便，患者更愿意尝试这种疗法，因为他们知道这不是真实的世界。他们的研究促成了公司virtual Better的成立，该公司向14个国家的医生销售VR治疗系统。

在下一节中，我们将讨论虚拟现实技术的一些问题和挑战。

虚拟现实领域面临的最大挑战是开发更好的跟踪系统，找到更自然的方式让用户在虚拟环境中进行交互，并减少构建虚拟空间所需的时间。虽然有一些跟踪系统公司在虚拟现实的早期就已经存在了，但大多数公司都很小，持续时间不长。同样，也没有多少公司专门为VR应用开发输入设备。大多数VR开发者不得不依赖和调整原本用于其他学科的技术，他们不得不希望生产技术的公司能够继续经营下去。至于创建虚拟世界，创建一个令人信服的虚拟环境可能需要很长时间——环境越逼真，需要的时间就越长。一个程序员团队可能需要一年多的时间才能在虚拟空间中精确复制一个真实的房间。

VE系统开发人员面临的另一个挑战是创建一个避免不良人体工程学的系统。许多系统依赖于硬件，通过物理束缚妨碍用户或限制他的选择。如果没有精心设计的硬件，用户可能会出现平衡感或惯性方面的问题，远程临场感会下降，或者他可能会出现晕屏症，症状包括定向障碍和恶心。并不是所有的用户都有晕机的风险——有些人可以在虚拟环境中探索几个小时而没有任何不良反应，而另一些人可能在几分钟后就会感到恶心。

一些心理学家担心沉浸在虚拟环境中会对用户产生心理影响。他们认为，VE系统如果将用户置于暴力情境中，特别是作为暴力的永久施暴者，可能会导致用户变得麻木。实际上，有人担心VE娱乐系统可能会孕育出一代反社会者．其他人并不担心脱敏，但他们警告说，令人信服的虚拟现实体验可能会导致一种网络成瘾。有不少新闻报道称，玩家为了游戏中的在线存在而忽视了现实生活。沉浸在虚拟环境中可能更容易上瘾。

另一个新出现的担忧包括犯罪行为．在虚拟世界中，给谋杀或性犯罪等行为下定义是有问题的。在什么情况下，当局可以指控一个人在虚拟环境中的行为是真实的犯罪?研究表明，人们在虚拟环境中会对刺激产生真实的身体和情感反应，因此，虚拟攻击的受害者很可能会感受到真实的情感创伤。在现实生活中，攻击者会因造成痛苦而受到惩罚吗?我们还没有这些问题的答案。

在下一节中，我们将看看虚拟现实的历史。

虚拟现实的概念已经存在了几十年，尽管公众直到20世纪90年代初才真正意识到它。20世纪50年代中期，一位名叫莫顿·海利格(Morton Heilig)的电影摄影师设想了一种影院体验，可以刺激观众的所有感官，更有效地吸引他们进入故事。他在1960年制作了一个单用户控制台，叫做Sensorama包括立体显示器，风扇，气味发射器，立体声演讲者还有一把移动椅。他还发明了头盔电视一种设计用来让用户观看3d电视的显示器。用户是电影的被动观众，但海利格的许多概念都进入了虚拟现实领域。

Philco公司的工程师在1961年开发了第一种HMD，称为Headsight．该头盔包括一个视频屏幕和跟踪系统，工程师们将其与一个闭路摄像系统连接起来。他们打算在危险情况下使用HMD——用户可以通过转头来调整摄像头角度，远程观察真实环境。贝尔实验室为直升机飞行员使用了类似的HMD。他们将hmd连接到红外摄像机安装在直升机底部，使飞行员在黑暗中飞行时有清晰的视野。

1965年，一位名叫伊万·萨瑟兰的计算机科学家设想了他称之为“最终显示使用这种显示器，人们可以看到一个虚拟世界，这个虚拟世界看起来就像用户生活的物理世界一样真实。。这一愿景几乎指导了虚拟现实领域的所有发展。萨瑟兰的理念包括:

1966年，萨瑟兰制造了一台HMD电脑系统。计算机为显示器提供了所有的图形(到目前为止，hmd只与相机)．他使用悬挂系统来支撑HMD，因为它太重了，用户无法舒适地支撑。HMD可以立体显示图像，给人一种深度的错觉，它还可以跟踪用户头部的运动，这样当用户环顾四周时，视野就会发生适当的变化。

美国国家航空航天局、国防部和国家科学基金会为虚拟现实项目的研究和开发提供了大量资金。的美国中央情报局为萨瑟兰提供了8万美元的研究经费。早期的应用主要属于车辆模拟器类别，用于训练演习。由于在模拟器中的飞行体验与真实飞行相似，但并不完全相同，因此军事美国国家航空航天局和航空公司制定了政策，要求飞行员在模拟飞行和实际飞行之间有明显的滞后时间(至少一天)，以防他们的真实表现受到影响。

多年来，虚拟现实技术一直处于公众视线之外。直到20世纪80年代，几乎所有的开发都集中在车辆模拟上。1984年，一位名叫迈克尔·麦克格里维(Michael McGreevy)的计算机科学家开始试验VR技术，将其作为一种前进的方式人类-电脑接口（人机交互)设计。HCI在VR研究中仍然扮演着重要的角色，而且它导致了几年后媒体开始关注VR的想法。

Jaron Lanier在1987年创造了虚拟现实这个术语。在20世纪90年代，媒体抓住了虚拟现实的概念，并大肆宣传。由此产生的炒作让许多人对虚拟现实技术的能力产生了不切实际的期望。当公众意识到虚拟现实并不像他们所认为的那样复杂时，人们对它的兴趣就减弱了。随着公众的期待，虚拟现实一词开始淡出人们的视野。如今，VE开发人员尽量不夸大VE系统的功能或应用，他们也倾向于避免使用虚拟现实这个术语。

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