第1章　绪论

1.1　VR与AR的概念

1.1.1　VR与AR的定义

虚拟现实（virtual reality，VR）技术是一种利用计算机技术模拟生成三维空间虚拟环境，并为用户提供多种逼真的感官体验（包括视觉、听觉、触觉等）的真实感模拟技术。虚拟现实技术作为仿真技术的一个重要分支，综合了多种现代科学技术，包括计算机图形学、互联网技术、人机接口技术、多媒体技术等，是一门具有挑战性的交叉科学技术。虚拟现实环境能够为用户提供与真实环境高度相似的体验，仿佛身临其境一般。除此之外，用户借助于头戴式设备、触觉手套等外部设备，可以与虚拟现实环境进行实时交互，动态改变虚拟现实场景，实时接收虚拟现实环境提供的多种类型的反馈，从而更进一步地提高用户在虚拟现实环境中的体验。

虚拟现实需要具备的三个特征包括：沉浸感（immersion）、交互性（interactivity）和想象力（imagination），也称为虚拟现实的3I特征（I为描述3个特征的英文词汇的首字母）[1]。

1．沉浸感

沉浸感主要描述的是用户在虚拟现实环境下的真实感程度。理想的虚拟现实环境应当具有高度的沉浸感，让用户无法分清楚虚拟环境与真实环境，使其在虚拟环境中的感受与在真实环境中的感受一致，使得用户能够全身心地在虚拟现实环境中进行操作。

2．交互性

交互性是指用户能够在虚拟环境中对物体进行操作，并且得到操作反馈。交互性涉及虚拟环境中的对象在真实环境中物理现象的模拟，用户对物体的操作必须符合现实世界的物理规律，否则会给用户造成对周围环境理解的困扰。除此之外，实时性是衡量交互性好坏的主要指标之一。实时性越高，在与虚拟场景进行交互时感受的延迟越小，用户体验就越好，反之亦然。

3．想象力

想象力指的是用户在虚拟现实环境中应当具备高度灵活、可扩展的想象空间。虚拟现实除了对真实环境的模拟之外，还允许用户在虚拟现实环境中进行想象，构造一些现实环境下不存在的场景，能够让用户从想象的环境中获取现实环境下无法获得的知识，从而提高人类对现实环境的认知。

图1-1　增强现实实例

增强现实（augmented reality，AR）技术是一种实时地计算摄像机的位置及姿态并在摄像机捕捉到的真实场景的画面上叠加相应虚拟信息的技术。它将虚拟信息（包括计算机生成的图形、文字、声音、动画等）实时地叠加到由相机捕捉到的现实画面之上，以达到对真实世界进行增强的目的。如图1-1所示，一个虚拟花盆被叠加渲染到一幅图像之上，该图像是由相机拍摄得到的真实世界图像，通过调整虚拟花盆的渲染位姿和尺度，可以在视觉上给人一种“虚拟花盆存在于真实世界中”的逼真体验，达到虚实融合效果。