虚拟现实系统的分类有哪些

4种类型：1、沉浸式虚拟现实系统，提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉。2、桌面式虚拟现实系统，使用个人计算机和低级工作站来产生三维空间的交互场景。3、增强式虚拟现实系统，允许用户对现实世界进行观察的同时，将虚拟图像叠加在真是物理对象之上。4、分布式虚拟现实系统，一个在网络的虚拟世界中，位于不同物理位置的多个用户或虚拟世界通过网络相连共享信息的系统。

本教程操作环境：windows7系统、Dell G3电脑。

随着计算机技术、网络技术、人工智能等新技术的高速发展及应用，虚拟现实技术也发展迅速，并呈现多样化的发展趋势，其内涵也已经大大扩展。虚拟现实技术不仅指那些采用高档可视化工作站、高档头盔式显示器等一系列昂贵设备的技术，而且包括一切与其有关的具有自然交互、逼真体验的技术与方法｡

虚拟现实技术的目的在于达到真实的体验和基于自然的交互，而一般的单位或个人不可能承受昂贵的硬件设备及相应软件的价格，因此我们说只要是能达到上述部分目的的系统就可以称为虚拟现实系统。

在实际应用中，我们根据虚拟现实技术对“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同，划分了4种典型类型：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统。

其中桌面式虚拟现实系统因其技术非常简单，实用性强，需投入的成本也不高，在实际应用中较为广泛｡

1、沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)是一种高级的、较理想的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉。它通常采用洞穴式立体显示装置或头盔式显示器等设备，首先把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用空间位置跟踪器、数据手套、三维鼠标等输入设备和视觉、听觉等设备，使用户产生一种身临其境、完全投入和沉浸于其中的感觉｡

沉浸式虚拟现实系统具有以下5个特点：

1）高度实时性能

沉浸式虚拟现实系统中，要达到与真实世界相同的感觉，必须具有高度实时性能。如当人头部转动改变观察点时，空间位置跟踪设备须及时检测到，并且由计算机进行运算，改变输出的相应场景，要求必须有足够小的延迟，而且变化要连续平滑。

2）高度的沉浸感

沉浸式虚拟现实系统采用多种输入与输出设备来营造一个虚拟的世界，并使用户沉浸于其中，营造一个“看起来像真的、听起来像真的、摸起来像真的、嗅起来像真的、尝起来像真的”多感官的三维虚拟世界，同时使用户与真实世界完全隔离，不受外面真实世界的影响，可产生高度的沉浸感。

3）良好的系统集成度与整合性能

为了实现用户产生全方位的沉浸，就必须要多种设备与多种相关软件相互作用，且相互之间不能有影响，所以系统必须有良好的整合性能｡

4）良好的开放性

虚拟现实技术之所以发展迅速是因为它采用其他先进技术的成果。在沉浸式虚拟现实系统中要尽可能利用最先进的硬件设备、软件技术及软件，这就要求虚拟现实系统能方便地改进硬件设备及软件技术，因此必须用比以往更灵活的方式构造虚拟现实系统的软、硬件结构体系。

5）能同时支持多种输入与输出设备并行工作

为了实现沉浸性，可能需要多个设备综合应用，如用手拿一个物体，就必须要数据手套、空间位置跟踪器等设备同步工作。所以说同时支持多种输入/输出设备的并行处理是实现虚拟现实系统的一项必备技术。常见的沉浸式虚拟现实系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。

基于头盔式虚拟现实系统是采用头盔显示器来实现单用户的立体视觉输出、立体声音输入的环境，可使用户完全投入。它把现实世界与之隔离，使用户从听觉到视觉都能投入到虚拟环境中去。投影式虚拟现实系统是采用一个或多个大屏幕投影来实现大画面的立体视觉效果和立体声音效果，使多个用户具有完全投入的感觉。

远程存在系统是一种远程控制形式，也称遥控操作系统。它由人、人机接口、遥控操作机器人组成。实际上是遥控操作机器人代替了计算机，这里的环境是机器人工作的真实环境，这个环境是远离用户的，可能是人类无法进入的工作环境，如核环境、深海工作环境等，这时通过虚拟现实系统可使人自然地感受这种环境，完成此环境下的工作。

2、桌面式虚拟现实系统

桌面式虚拟现实系统(Desktop VR)也称窗口虚拟现实系统，是利用个人计算机或初级图形工作站等设备，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，通过包括键盘、鼠标和力矩球等各种输入设备操纵虚拟世界，实现与虚拟世界的交互。

桌面式虚拟现实系统一般要求参与者使用空间位置跟踪器和其他输入设备(如数据手套和6个自由度的三维空间鼠标)，使用户虽然坐在显示器前，但可以通过计算机屏幕观察360°范围内的虚拟世界。在桌面式虚拟现实系统中，计算机的屏幕是用户观察虚拟世界的一个窗口，在一些虚拟现实工具软件的帮助下，参与者可以在仿真过程中进行各种设计。

使用的硬件设备主要是立体眼镜和一些交互设备(如数据手套和空间跟踪设备等)。立体眼镜用来观看计算机屏幕中的虚拟三维场景的立体效果，它所带来的立体视觉能使用户产生一定程度的沉浸感。有时为了增强桌面虚拟现实系统的效果，在桌面虚拟现实系统中还可以借助于专业的投影设备，达到增大屏幕范围及多人观看的目的。

桌面式虚拟现实系统主要具有以下3个特点：

1）用户处于不完全沉浸的环境，缺少完全沉浸、身临其境的感觉，即使戴上立体眼镜，他仍然会受到周围现实世界的干扰；

2）对硬件设备要求极低，有的简单型甚至只需要计算机，或是增加数据手套、空间跟踪设置等；

3）由于桌面式虚拟现实系统实现成本相对较低，应用相对比较普遍，而且它也具备了沉浸性虚拟现实系统的一些技术要求。

桌面式虚拟现实系统采用设备较少，实现成本低，对于开发者及应用者来说，应用桌面式虚拟现实技术是从事虚拟现实研究工作的初始阶段。

3、增强式虚拟现实系统（沉浸式虚拟现实系统）

在沉浸式虚拟现实系统中强调人的沉浸感，即沉浸在虚拟世界中，人所处的虚拟世界与现实世界相隔离，看不到真实的世界也听不到真实的世界。而增强式虚拟现实系统（Augmented VR）既可以允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分物体是真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界。在增强式虚拟现实系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借其自身感觉器官直接感知的深层信息，用户可以利用虚拟对象所提供的信息来加强现实世界中的认知。

增强式虚拟现实系统主要具有以下3个特点：

1）真实世界和虚拟世界融为一体；

2）具有实时人机交互功能；

3）真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。

增强式虚拟现实系统可以在真实的环境中增加虚拟物体，如在室内设计中，可以在门、窗上增加装饰材料，改变各种式样、颜色等来审视最后的效果以达到增强现实的目的。

增强式虚拟现实系统常见的有：基于台式图形显示器的系统、基于单眼显示器的系统(一个眼睛看到显示屏上虚拟世界，另一只眼睛看到的是真实世界)、基于光学透视式头盔显示器、基于视频透视式头盔显示器的系统。

目前，增强现实系统常用于医学可视化、军用飞机导航、设备维护与修理、娱乐、文物古迹的复原等。典型的实例是医生在进行虚拟手术中，戴上可透视性头盔式显示器，既可看到做手术现场的情况，也可以看到手术中所需的各种资料。

4、分布式虚拟现实系统

近年来，计算机、通信技术的同步发展和相互促进成为全世界信息技术与产业飞速发展的主要特征。特别是网络技术的迅速崛起，使得信息应用系统在深度和广度上发生了本质性的变化，分布式虚拟现实系统(Distributed VR)是一个较为典型的实例。分布式虚拟现实系统是虚拟现实技术和网络技术发展和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟世界通过网络相连接共享信息的系统。

分布式虚拟现实系统的目标是在“沉浸式”虚拟现实系统的基础上，将分布在不同地理位置上的多个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起，使每个用户同时参与到一个虚拟空间，计算机通过网络与其他用户进行交互，共同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的，它将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。

虚拟现实系统运行在分布式系统下有两方面的原因：一方面是充分利用分布式计算机系统提供的强大计算能力；另一方面是有些应用本身具有分布特性，如多人通过网络进行游戏和虚拟战争模拟等。

分布式虚拟现实系统有以下特点：

• 1）各用户具有共享的虚拟工作空间；

• 2）伪实体的行为真实感；

• 3）支持实时交互，共享时钟；

• 4）多个用户可以各自不同的方式相互通信；

• 5）资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟世界中的对象。

根据分布式系统所运行的共享应用系统的个数，可以把分布式虚拟现实系统分为集中式结构和复制式结构两种。集中式结构是指在中心服务器上运行一份共享应用系统，该系统可以是会议代理或对话管理进程，中心服务器对多个参加者的输入/输出操作进行管理，允许多个参加者信息共享。集中式结构的优点是结构简单，同时，由于同步操作只在中心服务器上完成，因而比较容易实现。缺点是：由于输入和输出都要对其他所有的工作站广播，因此，对网络通信带宽有较高的要求，而且所有的活动都要通过中心服务器来协调，当参加者人数较多时，中心服务器往往会成为整个系统的瓶颈。

另外，由于整个系统对网络延迟十分敏感，并且高度依赖于中心服务器，所以，这种结构的系统坚固性不如复制式结构。复制式结构是指在每个参加者所在的机器上复制中心服务器，这样每个参加者进程都有一份共享应用系统。服务器接收来自于其他工作站的输入信息，并把信息传送到运行在本地机上的应用系统中，由应用系统进行所需的计算并产生必要的输出。

复制式结构的优点是所需网络带宽较小。由于每个参加者只与应用系统的局部备份进行交互，所以，交互式响应效果好，而且在局部主机上生成输出，简化了异种机环境下的操作，复制应用系统依然是单线程，必要时把自己的状态多点广播到其他用户。

其缺点是：它比集中式结构复杂，在维护共享应用系统中的多个备份的信息或状态一致性方面比较困难，需要有控制机制来保证每个用户得到相同的输入事件序列，以实现共享应用系统的所有备份必须同步，并且用户接收到的输出应具有一致性。

目前最典型的应用是SIMNET系统，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习。

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