虛擬現實（VR）是一種使用軟硬件創建虛擬環境及體驗的技術。VR既可供專業領域使用（培訓、教育和協作），也可供個人使用（電子游戲，電視和電影娛樂）。

虛擬現實的技術原理是什么？

虛擬現實利用硬件（頭戴式顯示器、追蹤系統、圖形處理）和軟件（Web應用或本地應用）技術，讓用戶沉浸在一個虛擬的世界里。 

通過將支持體驗的虛擬現實硬件與創建環境的軟件相結合，該技術使用戶能夠置身于虛擬世界中，進行在現實世界中難以或無法完成的操作或體驗。

虛擬現實的類型

虛擬現實通常有三種不同的類型，包括非沉浸式、半沉浸式和全沉浸式。

非沉浸式VR，通常在計算機或手機屏幕上提供。這些體驗被視為非沉浸式體驗，因為它們不會讓用戶沉浸在環境中，用戶仍然可以感知其物理環境。 

半沉浸式VR，涉及到真實世界和虛擬世界的融合。對于這種類型的VR，用戶操作時通常需佩戴頭戴式顯示器（HMD），也可以使用手動控制器。 這種體驗是半沉浸式而非全沉浸式，因為用戶將在體驗虛擬創建的世界的同時，仍然會在一定程度上感知其物理環境。例如，辦公室里的HMD向房間四周投影遙測屏幕。這就是真實辦公室物理環境和屏幕虛擬化影像的組合。

全沉浸式VR，使用戶置身于一個虛擬世界中，虛擬體驗完全包裹他們的感官，讓他們完全專注于構建而成的環境中。這種形式也需要HMD，但更側重于提供一個完全環繞的環境。有時，用戶還需要手套、緊身連衫褲和其它設備，以便他們的感官體驗與所創建的虛擬世界保持一致。此外，一些場景還可以使用“洞穴式自動虛擬環境”，簡稱為“CAVE”。即進一步在一個房間內使用3到6個壁面來投影環境。

虛擬現實的優勢

虛擬現實技術提供了體驗各種互動的機會，而無需真正創建實體互動，從而降低了成本。例如，實習外科醫生可通過虛擬現實來了解如何給患者做手術，而避免了感染和受傷的風險。

虛擬現實還有助于用戶體驗難以通過其他方式體驗的情境，例如，讓工程師通過虛擬展示看到飛行過程中飛機渦輪機工作時其內部的情況。

虛擬現實與增強現實：主要區別

有一項與VR類似的技術，其被稱為增強現實（AR）。二者都可創建虛擬世界，但AR側重于向“真實”世界添加更多信息。

例如，VR頭顯可以營造出用戶坐在電影院中的體驗，而AR頭顯則采用了不同的方式——使用戶能夠在客廳墻壁上虛擬放置一個大型電影院屏幕。

AR和VR都使用類似的技術，但專注于將現實和虛擬融合在一起的AR設備正在日益增多Meta Quest 3和Apple Vision Pro 就是其中的代表。

虛擬現實的示例

虛擬現實技術為專業和個人使用場景下的廣泛應用提供了機會。

在專業領域應用方面，虛擬現實可幫助學生和實習生訪問虛擬化的工具、實驗室以及虛擬教室等。

此外，VR在娛樂和休閑領域的應用也越來越多，例如視頻游戲、社交網絡和健身等。

虛擬現實使用了什么技術？

雖然虛擬現實的制造商和形式存在差異，但通常都涉及到幾個軟硬件元素。

頭戴式顯示器：在過去，VR依賴3D顯示器和3D投影儀，如今，HMD已成為在半沉浸式VR和全沉浸式VR中創造視覺效果的最經濟實惠且最實用方法。為此，顯示技術，包括高刷新率和高分辨率屏幕，都被呈現在用戶眼前。HMD通常是人們在提及VR時首先想到的元素之一。

圖形處理：雖然一些虛擬現實頭顯可能會利用高功率計算機進行圖形處理，但一些HMD將擁有其自己的集成型圖形處理單元（GPU）。該技術可實現對虛擬世界的渲染，可根據GPU的功能，創建高度詳盡的高分辨率沉浸式環境。

追蹤系統：由于VR將用戶置于虛擬環境中，因此追蹤系統技術對于將頭部、身體甚至眼部移動同步映射到虛擬創建的世界至關重要。追蹤系統可部署在頭顯中（稱為由內向外的追蹤），也可在用戶所在位置部署動作追蹤器（由外向內的追蹤），還可以通過這二者的融合解決方案實施。 

輸入設備：輸入設備通常是虛擬現實體驗的一個環節。這些設備可能因系統而異，但通常是使用手部操作，提供按鈕輸入和追蹤空間移動功能。這些功能通常被整合在一起，讓用戶感受到與虛擬世界的交互。值得注意的是，隨著技術的發展，VR對物理輸入設備的依賴會越來越低，對捕獲用戶手部動作的依賴會越來越高。例如，Meta Quest 3和Apple Vision Pro都可以只通過手和手指移動來導航界面。

軟件：一旦用戶能訪問高性能虛擬現實硬件，軟件技術就可被用來提供各種可訪問體驗。這類軟件可能在專業應用（如教育和培訓）和個人應用（如視頻游戲、電視和電影）領域有所不同。

虛擬現實的未來

自1960年問世以來，VR技術的目標就始終如一——將用戶帶入虛擬世界，并讓他們身臨其境般地體驗這個世界。

然而，其中有一項要素幾十年來一直在變化，那便是用于實現這一目標的先進技術。 

隨著時間的推移，我們逐漸開發出了直接佩戴在用戶面部的頭顯，其可提供接近照片級逼真的極詳細圖像，可在3D空間場上追蹤用戶移動并可提供各種視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺刺激。

展望虛擬現實的未來，我們推測，隨著頭顯變得更輕便、更小巧，比如可佩戴眼鏡甚至隱形眼鏡的形式，這一發展軌跡將繼續下去。

隨著這些設備的尺寸和重量減小，其功率也可能會增加。這可能涉及到更先進的屏幕技術，其中包括更高的分辨率和刷新頻率，以及更準確、更自然的動作追蹤；這類追蹤不僅不需要借助外設，而且還可進一步減少我們在虛擬世界和現實世界中體驗的差異。

此外，VR軟件也可能會更加成熟，因為其普及和商業影響會吸引開發商和投資，從而提高VR體驗軟件的質量和數量。