在虚拟现实系统中，与显示技术相关的有哪些技术

Question

如题所述

Answer 1

说到显示设备，大家第一反应可能就是显示器或者各种显示面板，它是一种输出设备用于显示图像及色彩。从早期的黑白世界到色彩世界，显示设备走过了漫长而艰辛的历程，随着显示器技术的不断发展，它的呈现形式也五花八门，分类也越来越精准。
目前显示器的种类大致可以分为LED显示器、4K高分显示器、电竞显示器、专业显示器、3D显示器等。其中3D显示器曾被公认为显示技术发展的终极梦想。欧美、日韩国等发达国家早于20世纪80年代就纷纷涉足立体显示技术的研发，在90年代陆续获得不同程度的研究成果，分为需佩戴立体眼镜和不需佩戴立体眼镜的两大立体显示技术体系。
随着2012年谷歌发布Google Glass，把虚拟现实技术、增强现实、头戴式显示器带到了大众的视野中，这一概念完全颠覆了传统的图像显示设备。2013年，CES展上头戴显示器Oculus Rift引起了强烈的关注，此后，索尼、三星、LG等公司也投入到了虚拟现实头戴显示器的竞争中。[4]
现状
虚拟现实手套
虚拟现实手套图册
现在的大部分虚拟现实技术都是视觉体验，一般是通过电脑屏幕、特殊显示设备或立体显示设备获得的，不过一些仿真中还包含了其他的感觉处理，比如从音响和耳机中获得声音效果。在一些高级的触觉系统中还包含了触觉信息，也叫作力反馈，在医学和游戏领域有这样的应用。
人们与虚拟环境相互要么通过使用标准装置例如一套键盘与鼠标，要么通过仿真装置例如一只有线手套，要么通过情景手臂和/或全方位踏车。
虚拟环境是可以是和现实世界类似的，例如，飞行仿真和作战训练，也可以和现实世界有明显差异，如虚拟现实游戏等。就目前的实际情况来说，它还很难形成一个高逼真的虚拟现实环境，这主要是技术上的限制造成的，这些限制来自计算机处理能力，图像分辨率和通信带宽。然而，随着时间的推移，处理器、图象和数据通讯技术变得更加强大，并具有成本效益，这些限制将最终被克服。
虚拟现实 - 特征
头盔式显示器由德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所研制
头盔式显示器由德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所研制[5] 图册
从技术的角度来说，虚拟现实系统具有下面三个基本特征：即三个“I”immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—构想），它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果，到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中，从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用，到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用；从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识，到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。总之，在未来的虚拟系统中，人们的目的是使这个由计算机及其它传感器所组成的信息处理系统去尽量“满足”人的需要，而不是强迫人去“凑合”那些不是很亲切的计算机系统。

虚拟现实 - 关键技术
虚拟现实眼罩创造的隐身环境
虚拟现实眼罩创造的隐身环境图册
虚拟现实是多种技术的综合，其关键技术和研究内容包括以下几个方面： 　　
1、环境建模技术
即虚拟环境的建立，目的是获取实际三维环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。 　　
2、立体声合成和立体显示技术
在虚拟现实系统中消除声音的方向与用户头部运动的相关性，同时在复杂的场景中实时生成立体图形。 　　
3、触觉反馈技术
在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体的反作用力，从而产生身临其境的感觉。 　　
4、交互技术
虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。
5、系统集成技术
由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术为重中之重：包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。 　
虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现实）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。 　　
Oculus Rift成人体验
碰触反馈玩具图册
为了实现和在真实世界中一样的感觉，就需要有能实现各种感觉的技术。人在真实世界中是通过眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官来实现视觉、触觉（力觉）、嗅觉等功能的。人们通过视觉观看到色彩斑斓的外部环境，通过听觉感知丰富多彩的音响世界，通过触觉了解物体的形状和特性，通过嗅觉知道周围的气味。总之，通过各种各样的感觉，使我们能够同客观真实世界交互（交流），使我们浸沉于和真实世界一样的环境中。 　　
在这里，实现听觉最为容易；实现视觉是最基本的也是必不可少的和最常用的；实现触觉只有在某些情况下需要，现在正在完善；实现嗅觉还刚刚开始。 人从外界获得的信息，有80%—90%来自视觉。因此在虚拟环境中，实现和真实环境中一样的视觉感受，对于获得逼真感、浸沉感至为重要。 　　
在虚拟现实中和通常图像显示不同的是，要求显示的图像要随观察者眼睛位置的变化而变化。此外，要求能快速生成图像以获和实时感。例如，制作动画时不要求实时，为了保证质量每幅画面需要多长时间生成不受限制。而虚拟现实时生成的画面通常为30帧/秒。有了这样的图像生成能力，再配以适当的音响效果，就可以使人有身临其境的感受。能够提供视觉和听觉效果的虚拟现实系统，已被用于各种各样的仿真系统中。城市规划中，这样的系统正发挥着巨大作用。例如，许多城市都有自己的近期、中期和远景规划。在规划中需要考虑各个建筑同周围环境是否和谐相容，新建筑是否同周围的原有的建筑协调，以免造成建筑物建成后，才发现它破坏了城市原有风格和合理布局。 　　
虚拟现实亦作虚拟实境（Virtual Reality），简称VR技术VR，也称灵境技术或人工环境，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。该技术集成了计算机图形、计算机仿真、人工智能、传感、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

Answer 2

虚拟现实的关键技术主要包括以下几个方面：

（1）动态环境建模技术
虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

（2）实时三维图形生成技术
三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒，最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。
（3）立体显示和传感器技术
虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要，例如，数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点；虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。
（4）应用系统开发工具
虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具。例如，虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
（5）系统集成技术
由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。