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虛擬現實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說(shuō)，就是采用以計算機技術(shù)為核心的現代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶(hù)借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗。

　　VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP會(huì )議上的《終很的顯示》報告，而Virtual Reality一詞是80年代初美國VPL公司的創(chuàng )建人之一Jaron Lanier提出來(lái)的。VR系統在若干領(lǐng)域的成功應用，導致了它在90年代的興起。虛擬現實(shí)是高度發(fā)展的計算機技術(shù)在各種領(lǐng)域的應用過(guò)程中的結晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計算技術(shù)，而且涉及數學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì )學(xué)等相關(guān)。

在虛擬環(huán)境中“作戰”
 
　　總的來(lái)說(shuō)，實(shí)物虛化、虛物實(shí)化和高性能的計算處理技術(shù)是VR技術(shù)的3個(gè)主要方面。實(shí)物虛化是現實(shí)世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺(jué)跟蹤和視點(diǎn)感應等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成、虛擬環(huán)境對用戶(hù)操作的檢測和操作數據的獲取成為可能。它具體基于以下幾種技術(shù)：（1）基本模型構建技術(shù)。它是應用計算機技術(shù)生成虛擬世界的基礎，它將真實(shí)世界的對象物體在相應的3D虛擬世界中重構，并根據系統需求保存部分物理屬性。例如車(chē)輛在柏油地、草地、沙地和泥地上行駛時(shí)情況會(huì )有所不同，或對氣象數據進(jìn)行建模生成虛擬環(huán)境的氣象情況（陰天、晴天、雨、霧）等等。（2）空間跟蹤技術(shù)。主要是通過(guò)頭盔顯示器、數據手套、數據衣等常用的交互設備上的空間傳感器，確定用戶(hù)的頭、手、軀體或其他操作物在3D虛擬環(huán)境中的位置和方向。（3）聲音跟蹤技術(shù)：利用不同聲源的聲音到達某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差、聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。（4）視覺(jué)跟蹤與視點(diǎn)感應技術(shù)。使用從視頻攝像機到X-Y平面陣列、周?chē)饣蛘吒櫣庠趫D像投影平面不同時(shí)刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。

　　虛物實(shí)化是指確保用戶(hù)從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)和觸覺(jué)等感官認知的關(guān)鍵技術(shù)。能否讓參與者產(chǎn)生沉浸感的關(guān)鍵因素除了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感知外，還有用戶(hù)能否在操縱虛擬物體的同時(shí)，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸覺(jué)和力覺(jué)感知。力覺(jué)感知主要由計算機通過(guò)力反饋手套、力反饋操縱桿對手指產(chǎn)生運動(dòng)阻尼從而使用戶(hù)感受到作用力的方向和大小。觸覺(jué)反饋主要是基于視覺(jué)、氣壓感、振動(dòng)觸感、電子觸感和神經(jīng)、肌肉模擬等方法來(lái)實(shí)現的。

　　高性能計算處理技術(shù)主要包括數據轉換和數據預處理技術(shù)；實(shí)時(shí)、逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)；多維信息數據的融合、數據壓縮以及數據庫的生成；包括命令識別、語(yǔ)音識別，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內的模式識別；分布式與并行計算，以及高速、大規模的遠程網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

然而，不能把虛擬現實(shí)和模擬仿真混淆，兩者是有一定區別的。概括地說(shuō)，虛擬現實(shí)是模擬仿真在高性能計算機系統和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個(gè)煙塵干擾下能見(jiàn)度計算的例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。在構建分布式虛擬環(huán)境基礎信息平臺應用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )有由燃燒源產(chǎn)生的連續變化的煙塵干擾環(huán)境能見(jiàn)度的計算，從而影響環(huán)境的視覺(jué)效果、仿真實(shí)體的運行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統也研究煙塵干擾下的能見(jiàn)度計算，仿真平臺強調煙塵的準確物理模型、干擾后的能見(jiàn)度準確計算以及對仿真實(shí)體的影響程度；圖形圖像生成系統著(zhù)重于建立細致的幾何模型，估算光線(xiàn)穿過(guò)煙塵后的衰減。 而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見(jiàn)度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動(dòng)的客觀(guān)規律，計算影響仿真結果的相關(guān)數據，而且要生成用戶(hù)能通過(guò)視覺(jué)感知的逼真圖形效果，使用戶(hù)在實(shí)時(shí)運行的虛擬現實(shí)系統中產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗。