VR 的基本原理

虚拟现实是应用高科技在计算机开发中建立一个虚拟领域，以便参与者获得与现实相同的感受。例如，如果你戴上特殊的头盔和手套，你会发现自己身处一座高楼上，如果有人从后面推了你一把，你就会有从高处坠楼的感觉，身体也不由自主地作出了反应，而实际上你只是处于原来的位置——这就是虚拟现实技术的真实感受。

VR 技术是利用计算机仿真技术来创建一个虚拟三维世界，为用户提供视觉、听觉和触觉等感官模拟。这个虚拟三维世界与现实世界几乎没有差别，这些对用户视觉、听觉和触觉的模拟可以让用户拥有和在现实世界中一样的感受。

VR 就像一场梦，你看到的场景和人物都是虚假的，你将自己的意识带入虚拟世界。当用户从一个地方移动到另一个地方时，计算机可以快速执行复杂的计算并发回准确的三维世界图像，创造一处与现实世界相同的场景。当人们观察他们周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，他们得到的图像略有不同，这种差异使我们能够感知深度，并且能使事物看起来是三维的。

VR技术使用这个视觉差异也可以在我们眼前组织不同的图像，让我们感受到图像的三维性与 3D 电影不同，VR 强调360 度全景互动，不仅具有使环境具有强烈的沉浸感和立体感，而且允许用户与虚拟世界进行通信。在这个人工制造的虚拟环境中，每个物体都有一个相对于系统坐标的位置，用户也有一个相对于系统坐标的位置。用户看到的场景由用户的位置和头部（眼睛）方向确定，并且跟踪头部运动的虚拟罩可以感测到用户的头部运动。这样，当我们移动时，我们可以在虚拟世界中以相同的方式移动。当用户向某个方向看去，虚拟现实头盔可以识别此动作，硬件将即时渲染那个方位的场景。因此，在向左看时可以看到左侧场景，在向右看时可以看到右侧场景。

VR 的主要核心技术

实时三维计算机图形

当人们观察周围世界时，由于眼睛位置不同，所得到的图像也略有不同。这些图像共同构成了周围世界的完整画面，包括距离和一些其他的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如比较眼睛焦点的距离和物体的大小。双眼的立体视觉在虚拟现实系统中起着十分重要的作用。通过用户的两只眼睛看到的不同图像被生成并显示在不同的显示器上，一些系统使用单个显示器，但是当用户戴着特殊眼镜时，一只眼睛只看到奇数帧，另一只眼睛只看到短暂的偶数帧，奇数和偶数帧之间的差异是视差。相比之下，使用计算机模型生成图形并不太困难。凭借精确的模型和充足的时间，我们可以在不同的光照条件下生成各种物体的精确图像，但关键是实时的。例如，在系统中模拟飞行，图像刷新的时间非常重要，对图像的质量要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题变得非常困难。

感觉反馈技术

通常来说，在一个虚拟环境中，假如你可以看到一个杯子，并尝试用手去拿，你的手却不会有碰到杯子的感觉，并且会穿过这个虚拟杯子，而这在现实生活中恰恰相反。解决这个问题的常用设备是启动一些触点在手套内层振动，以模拟触感。这样我们当我们去碰“虚拟杯子”的时候，就能感觉到这个杯子存在，VR 会给我们一种触感。

头部追踪技术

在传统的计算机图形技术中，是通过鼠标或键盘实现显示区域的变化。VR 系统将用户的视觉系统与运动循环系统分开，使用头部跟踪来改变图像的视角，将用户的视觉系统连接到更逼真的运动循环系统。只能通过双眼立体视觉看到环境，还能通过头部运动看到环境，所以当我们在现实世界中移动时，我们也可以在虚拟世界中移动。当我们向某个方向看时，头部检测技术识别出运动，并且硬件立即为我们显示我们看去的方向的场景，所以当我们向左看时，我们看到左边的场景；当我们向右看时，我们能够看到右边的场景，没有任何场景跟随我们。

语音技术

音频输入和输出在 VR 系统中也十分重要。它的要求是虚拟环境能够理解用户的语言并能够实时与人们进行交流。然而，由于语音信号和自然语言信号在性质和复杂性上是“多边的”，因此实现通过计算机来识别人类语音是相对有难度的。

眼球追踪技术

事实上，手机的 VR 盒也有一些上面提到的关键硬件技术（手机通过陀螺仪模拟头部跟踪），但在 VR 领域，眼动跟踪相对较少，眼球追踪技术是通过获取我们的眼球运动信息并且建模来实现的。该算法可以根据显示的场景改变景深，从而提供更加身临其境的体验。例如，当我们将手指放在眼前，我们看到前方的场景时，我们的手指会变得模糊。当我们观察背景时，手指也会变得模糊，这是改变带来的不同的景深。眼动追踪技术知道我们在寻找什么，模仿场地变化的深度，来使用户的体验更好。同时，由于眼球跟踪技术可以得到真实的眼球注视，从而得到视场深度对虚拟物体的位置。因此，大多数 VR 从业者认为眼球追踪技术是解决虚拟现实中头盔眩晕问题的重要技术突破。

手势跟踪技术

VR 技术中有两种方法可以将手势跟踪用作交互。一种是使用光学跟踪，另一种是在传感器上佩戴数据手套。光学跟踪具有门槛低，场景灵活的优点，因此用户无须佩戴设备。将来，可以将手势跟踪直接集成到移动 VR 平视显示器中作为交互式移动场景模式。然而，缺点是视野有限，手势跟踪的使用更麻烦，更不直观并且没有反馈，这需要良好的交互设计来补偿。通常，数据手套将惯性传感器集成到手套中以跟踪用户手指甚至整个手的移动，这种方法可以在设备上集成反馈机制。但是它的使用阈值很高，用户需要摆脱设备，并且，作为外围设备，它的使用场景仍然是有限的。然而，这些问题没有绝对的技术障碍，完全可以想象，未来 VR 行业将出现高度集成和简化的数据手套，如戒指，手镯，手表，用户可以随时随身携带。

声音技术

对我们而言，确定声源的方向十分容易。在水平方向上，我们判断声音的方向是通过确定声音的相位和强度的差异，因为两只耳朵之间的时间或距离是不同的。在现实生活中，当你的头部转动时，你听到的声音也会发生转变。然而，在目前的虚拟现实技术中，使用者转动头部也不会改变他们对声音方向的判断。

虚拟现实技术的这些技术使它有用强大的功能，随着这项技术的不断发展，它必定会更加深入地融入各个领域，融入我们的生活，为我们提供便利。