虛擬現實的本質是人與計算機的通信技術,它幾乎可以支持任何人類活動,適用于任何領域。
較早的虛擬現實產品是圖形仿真器,其概念在60年代被提出,到80年代逐步興起,90年代有產品問世。1992年世界上第一個虛擬現實開發工具問世,1993年眾多虛擬現實應用系統出現,1996年NPS公司使用慣性傳感器和全方位踏車將人的運動姿態集成到虛擬環境中。到1999年,虛擬現實技術應用更為廣泛,涉足航天、軍事、通信、醫療、教育、娛樂、圖形、建筑和商業等各個領域。專家預測,隨著計算機軟、硬件技術的發展和價格的下降,預計本世紀虛擬現實技術會進入家庭。
VR技術在醫療領域也大有作為。該技術可用于解剖教學、復雜手術過程的規劃,在手術過程中提供操作和信息上的輔助,預測手術結果等。另外,在遠程醫療中,虛擬現實技術也很有潛力。例如在偏遠的山區,通過遠程醫療虛擬現實系統,患者不進城也能夠接受名醫的治療。對于危急病人,還可以實施遠程手術。醫生對病人模型進行手術,他的動作通過衛星傳送到遠處的手術機器人。手術的實際圖像通過機器人上的攝像機傳回醫生的頭盔立體顯示器,并將其和虛擬病人模型進行疊加,為醫生提供有用的信息。美國斯坦福國際研究所已成功研制出遠程手術醫療系統。
在航天領域,VR技術也非常重要。例如,失重是航天飛行中必須克服的困難,因為在失重情況下對物體的運動難以預測。為了在太空中進行精確的操作,需要對宇航員進行長時間的失重仿真訓練。為了逼真地模擬太空中的情景,美國航天局NASA在“哈勃太空望遠鏡的修復和維護”計劃中采用了VR仿真訓練技術。
在訓練中,宇航員坐在一個模擬的具有“載人操縱飛行器”功能并帶有傳感裝置的椅子上。椅子上有用于在虛擬空間中作直線運動的位移控制器和用于繞宇航員重心調節宇航員朝向的旋轉控制器。宇航員頭戴立體頭盔顯示器,用于顯示望遠鏡、航天飛機和太空的模型,并用數據手套作為和系統進行交互的手段。訓練時宇航員在望遠鏡周圍就可以進行操作,并且通過虛擬手接觸操縱桿來抓住需要更換的“模塊更換儀”。抓住模塊更換儀后,宇航員就可以利用座椅的控制器在太空中飛行。
在對象可視化領域中,VR技術應用的例子是模擬風洞。模擬風洞可以讓用戶看到模擬的空氣流場,使他感到就像真的站在風洞里一樣。虛擬風洞的目的是讓工程師分析多旋渦的復雜三維性和效果、空氣循環區域、旋渦被破壞的亂流等。例如,可以將一個航天飛機的CAD模型數據調入模擬風洞進行性能分析。為了分析氣流的模式,可以在空氣流中注入軌跡追蹤物,該追蹤物將隨氣流飄移,并把運動軌跡顯示給用戶。追蹤物可以通過數據手套投降到任意指定的位置,用戶可以從任意視角觀察其運動軌跡。
在軍事領域中,VR技術應用的一個例子是“聯網軍事訓練系統”。在該系統中,軍隊被布置在與實際車輛和指揮中心相同的位置,他們可以看到一個有山、樹、云彩、硝煙、道路、建筑物以及由其他部隊操縱的車輛的模擬戰場。這些由實際人員操作的車輛可以相互射擊,系統利用無線電通信和聲音來加強真實感。系統的每個用戶可以通過環境視點來觀察別人的行動。炮火的顯示極為真實,用戶可以看到被攻擊部隊炸毀的情況。從直升機上看到的場景也非常逼真。這個模擬系統可用來訓練坦克、直升機和進行軍事演習,以及訓練部隊之間的協同作戰能力。
當然,虛擬現實技術的應用遠不止以上這些。隨著計算機技術的進一步發展,虛擬現實與我們的生活將日益密切。