虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)是用計算機生成逼真的三維視、聽、觸覺等感覺，使人能通過適當裝置對虛擬世界進行交互式體驗。70年代Even & Sutherland公司引入計算機作為場景圖像生成設備發展出計算機虛擬現實。Silicon Graphic Inc.公司制定了開發圖形系統的運用程序標準OpenGL，同時為視景仿真實時漫游提供了一套Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等軟件均以Performer為基礎，進行二次開發。最初的仿真主要用于飛行模擬。
需要說明的是，真正的虛擬現實，除了應用軟件和計算機外，還需要借助一定的硬件設備，如大視角投影系統、數據頭盔、位置跟蹤器、立體眼鏡、數據手套等，來實現真正沉浸式環境中的人機交互體驗。
虛擬現實技術（Virtual Reality）,又稱靈境技術。九十年代初逐漸為各界所關注，在商業領域得到了進一步的發展。這種技術的特點在于，計算機產生一種人為虛擬的環境，這種虛擬的環境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，編制到計算機中去產生逼真的“虛擬環境”,從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺,這就是虛擬現實技術的浸沒感(Immersion)或臨場參與感。虛擬現實與通常CAD系統所產生的模型以及傳統的三維動畫是不一樣的，它不是一個靜態的世界，而是一個開放、互動的環境，虛擬現實環境可以通過控制與監視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個特征，即交互性（Interaction）。
用戶可以使用一個鼠標、游戲桿或其它跟蹤器，隨意“行走”在方案規劃中的居住小區或購物中心，任意進入其中的建筑，甚至可以“乘座”電梯，上到二樓去看一看新店鋪的門面設計，感受一下購物中心大廳的裝飾和其透過明媚陽光的天窗。
另外，虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，比如當在蓋一座現代化的大廈之前，你首先要做的事是對這座大廈的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人讀懂，虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統沙盤的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規劃的質量與效率。這是VR所具有的第三類特征，即想象性（Imagination）。
正是由于虛擬現實技術的上述特性，它在許多不同領域的應用，可以大大提高項目規劃設計的質量，降低成本與風險，加快項目實施進度，加強各相關部門對于項目的認知、了解和管理，從而為用戶帶來巨大的經濟效益。例如波音公司完全使用虛擬現實技術設計波音777新型客機獲得成功；加拿大政府使用虛擬現實技術進行多倫多市（Toronto）的城市規劃與管理，并把它作為申辦2008年奧運會的重要宣傳資料。
在某種程度上，虛擬現實系統其實就是通過計算機系統仿真的數字化沙盤，但比傳統沙盤和模型功能更多、性能更強、應用更廣，是建筑設計和規劃表現工具從傳統工藝向數字技術發展的又一次革命
虛擬現實是計算機與用戶之間的一種更為理想化的人-機界面形式。通常用戶頭戴一個頭盔（用來顯示立體圖象的頭式顯示器），手持傳感手套，仿佛置身于一個幻覺世界中，在虛擬環境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統計算機相比，虛擬現實系統具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現實技術潛在的應用范圍很廣，諸如國防、建筑設計、工業設計、培訓、醫學領域。例如建筑設計師可以運用虛擬現實技術向客戶提供三維虛擬模型，而外科醫生還可以在三維虛擬的病人身上試行一種新的外科手術。
虛擬現實的定義：
虛擬現實（VR）是近幾年來國內外科技界關注的一個熱點，其發展也是日新月異。簡單地說，VR技術就是借助于計算機技術及硬件設備，實現一種人們可以通過視聽觸嗅等手段所感受到的虛擬幻境，故VR技術又稱幻境或靈境技術。1992年，在法國召開了與VR技術相關的名為“真實與虛擬世界的界面”的國際會議，同年在美國的San Diego（圣迭戈），一批以醫學專家為主的科學家組織召開了名為“醫學中的虛擬現實技術”的學術會議。1993年，IEEE在Seattle（西雅圖）召開了第一屆虛擬現實國際學術會議，會議吸引了大批科技工作者，發表了大量有價值的論文。不久，IEEE的刊物Spectrum也組織了有關專集。在國內科技界，VR技術正逐漸受到人們重視。
虛擬現實是一門集成了人與信息的科學。其核心是由一些三維的交互式計算機生成的環境組成。這些環境可以是真實的，也可以是想象的世界模型，其目的是通過人工合成的經歷來表示信息。有了虛擬現實技術，復雜或抽象系統的概念的形成可以通過將系統的各子部件以某種方式表示成具有確切含義的符號而成為可能。虛擬現實是融合了許多人的因素，且放大了它對個人感覺影響的工程。虛擬現實技術是建立在集成諸多學科如心理學、控制學、計算機圖形學、數據庫設計、實時分布系統、電子學、機器人及多媒體技術等之上的。
虛擬現實應具有以下三個方面的含義。首先VR是通過計算機生成一個非常逼真的足以“迷惑”我們人類視覺的虛幻的世界。這種“迷惑”是多方面的，我們不僅可以看到而且可以聽到、觸到及嗅到這個虛擬世界中所發生的一切。這種感覺是如此的真實，以至于我們能全方位地浸沒在這個虛幻的世界中，這就是VR的首要功能，即浸沒感（Immersion）或臨場參與感。一般來說，虛擬系統的輸出設備應盡可能面向使用者的感覺器官以保證良好的浸沒感，如頭盔式顯示器（HMD），它將使用者的聽覺視覺功能完全置于虛擬的環境之中并切斷了所有外界信息。使用者在虛擬的環境漫游可以通過跟蹤使用者的頭及身體的運動來完成，與虛擬物體的接觸通過戴在手上的傳感裝置檢測來實現。
虛擬現實與通常CAD系統所產生的模型是不一樣的，它不是一個靜態的世界，而是一個開放的環境，它可以對使用者的輸入（如手勢，語言命令）作出響應。比如你可以拿起一虛擬的火炬并打開其開關，你一推操縱桿，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虛擬的手感觸到虛擬物體存在，虛擬現實環境可以通過控制與監視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個特征，即交互性（Interaction）。
虛擬現實不僅僅是一個媒體，一個高級用戶界面，它是為解決工程、醫學、軍事等方面的問題而由開發者設計出來的應用軟件，它以夸大的形式反映了設計者的思想，比如當在蓋一座現代化的大廈之前，你首先要做的事是對這座大廈的結構做細致的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人讀懂。正如這些圖紙反映的是設計者的構思，虛擬現實同樣反映的是某個設計者的思想，只不過它的功能遠比那些呆板的圖紙生動，強大的多。所以國外有些學者稱VR為放大人們心靈的工具，或人工現實（artifical reality）。這是VR所具有的第三類特征，即思想性（Imagation）。
綜上所述，虛擬現實是人們可以通過視聽觸等信息通道感受到設計者思想的高級用戶界面。
矛盾修飾與重復修飾
麥克.哈默（是全球首屈一指的企業名醫或者所謂的“企業形象再造工程師”）將“企業變革”形容
為一種幾乎要變為重復修飾的矛盾修飾（基礎穩固的大企業卻需要變革！）。所謂“重復修飾”，是指像
在“某人自己的心目中”這類重復累贅的表述；而矛盾修飾，則是像“人工智能”或“飛機食品”等顯而
易見的矛盾組合。重復修飾和矛盾修飾是否恰好相反，還有爭論的余地，但倘若我們要頒發“最佳矛盾修
飾獎”，那么“虛擬現實”一詞一定榜上有名。
假如我們把組成“虛擬現實”一詞的“虛擬”和“現實”兩個部分看成“相等的兩半”，那么把“虛
擬現實”當成一個重復修飾的概念似乎更有道理。虛擬現實能使人造事物像真實事物一樣逼真，甚至比真
實事物還要逼真。
比如說，飛行模擬，這一最復雜和使用時間最久的虛擬現實應用，就比駕駛一架真正的飛機還要逼真。
剛訓練出來的、但已練就一身好本領的飛行員之所以能在初試牛刀時就駕駛一架滿載乘客的“真正”波音
747客機，原因就是他們在飛行模擬器上學習駕駛技術，要比他們在真正的飛機上學到的還要快、還要多。
在模擬器中，飛行員會置身于在現實世界里可能不會出現的所有罕見的情況中，包括飛機幾乎相撞或裂成
幾段。
另外一個具有社會意義的虛擬現實應用，就是汽車駕駛學校的駕駛訓練。在一條濕滑的路上，突然有
個小孩沖到兩輛汽車中間，如果從未經歷過這種情況，誰也不知道自己會作何反應。虛擬現實容許我們
“親身”體驗各種可能發生的情況。
身臨其境
虛擬現實背后的構想是，通過讓眼睛接收到在真實情境中才能接收到的信息，使人產生“身臨其境”
的感覺，更重要的一點是，你所看到的形象會隨著你視點的變化即時改變，這就更增強了現場的動感。我
們對真實空間的感覺來自于各種視覺線索，例如物體的相對體積、亮度以及在不同角度上的運動情況。其
中最強烈的線索來自于雙眼透視，由于左右眼看到的形象并不相同，雙眼同時使用時就會產生特別強有力
的效果。把這些不同的形象合成一個三維圖像，也就構成了立體視覺的基礎。
每只眼睛的深度知覺略微不同，造成了兩只眼睛所看到的形象不盡相同。這種現象稱為視差。當近距
離觀察物體時（假如在6英尺以內），視差的效果最為顯著。距離較遠的物體基本上會在兩眼上投射相同
的影像。你有沒有想過為什么立體電影里總是有許多近距離內來來回回的動作？為什么影片里的物體總是
朝觀眾席里飛來？因為那些移動正是設計在立體影像的最佳效果距離之內。
虛擬現實的典型道具是一個頭盔，上面有兩個護目鏡般的顯示器，每只眼睛對應一個顯示器。每個
顯示器都顯現稍微不同的透視影像，與身臨其境時的情景完全一樣。當你轉動腦袋的時候，影像會以極快
的速度更新，讓你感覺仿佛影像的變換是因你轉頭的動作而來（而不是電腦實際上在追蹤你的動作，后者
才是實情）。你以為自己是引起變化的原因，而不是經由電腦處理后所造成的一種效果。
視覺經驗的真實程度是由兩個因素共同決定的。其一是圖像的質量，即圖像中顯示的邊和其間結構的
數量的多少，數量越多，質量越好。其二是響應時間，即畫面更新的速度，速度越快越好，響應時間越短
越好。這兩個變數都要求電腦具有十分強勁的威力。直到最近，對大多數的產品開發商而言，這樣威力強
大的電腦還不可得，現在情況剛剛有了改變。
虛擬現實技術早在1968年就已誕生，當時第一個頭戴式的顯示系統正是由伊凡.蘇澤蘭制造成功的。后
來，美國國家航空和宇宙航行局以及國防部所作的研究，為太空探索和軍事應用開發了一些價格昂貴的虛
擬現實原型機。虛擬現實特別適合用在坦克和潛水艇操作訓練上，因為在“真實的”戰爭中，同樣必須透
過望遠鏡或潛望鏡來觀察外面的景象。
直到今天，當我們擁有了威力強、成本低的電腦時，才可能把虛擬現實技術當作一種滿足消費者娛樂
目的的媒介。而在虛擬現實的新面貌中，絕對少不了令人驚恐萬狀的鏡頭。
侏羅紀公園探險
“侏羅紀公園”可以讓你體驗到虛擬現實的驚人效果。但是和同名電影或書不同的是，在虛擬現實的
侏羅紀公園里，并沒有一條故事的主線。在這里，邁克爾.克萊頓的任務就像舞臺設計師或游樂場設計師一
樣，是賦予每只恐龍不同的外貌、個性、行動和目的。模擬的恐龍動起來之后，你走入它們中間。這不是
電視，也不必跟一塵不染的迪斯尼樂園一樣。這里沒有擁擠的人群，沒有長長的隊伍，也沒有爆米花的香
味，有的只是恐龍的糞便。你就好像走入了史前的叢林中，而且這里可以顯得比任何真正的叢林都更加危
險。
未來的大人和孩子都可以用這種方式自娛。由于這些幻象全部經由電腦處理而產生，并非真實的情境，
因此也就無需受實物大小或發生地點的限制。在虛擬現實中你可以張開雙臂，擁抱銀河，在人類的血液中
游泳，或造訪仙境中的愛麗絲。
目前的虛擬現實還有不少缺點和技術上的失誤，必須加以克服之后，才能使它具有更廣泛的吸引力。
例如，低成本的虛擬現實就深受階梯狀不規則圖形的困擾。當影像移動的時候，這種鋸齒狀的圖形顯得更
不穩定，因為它們看起來好像在移動，但卻不一定與畫面移動的方向一致。想一想水平線的樣子，一條非
常平直的水平線。現在稍稍把它傾斜一點，水平線中央就會出現一段鋸齒形狀，然后再傾斜一點，又出現
第二個、第三個和更多的鋸齒地帶。這些鋸齒看起來仿佛在移動，直到這條線終于傾斜成45度角，則線上
相鄰像素所組成的鋸齒排成了一個樓梯形，一個挨著一個，簡直難看極了。
總是慢半拍
比這還要糟的是，虛擬現實的速度還不夠快。所有的商業系統，尤其是許多電子游戲生產商即將推出
的新產品，都有慢半拍的問題。當你轉動頭部的時候，影像會很快地改變，但是還不夠快。圖像總要慢半
拍才出現。
三維電腦圖形剛出現的時候，人們使用各式各樣的立體眼鏡來達到觀看效果，有時是廉價的偏光鏡片，
有時則是較昂貴的電子快門，會輪流讓雙眼接收不同的影像。我還記得，我第一次操作這類裝置時，所有
的人——不是大多數人，而確確實實是每個人——生平第一次戴上這種眼鏡、并在屏幕上看到立體圖像后，
都會把頭轉來轉去，想看看圖像怎么變。結果就和看立體電影一樣，圖像并沒有改變。把頭轉來轉去沒什
么用。
人們這種“扭動脖子”的自然反應正說明了一切。虛擬現實必須緊密配合對用戶的動作和所在位置的
感應，讓觀看者能夠引發圖像的變化，而不是完全由機器來控制。重要的莫過于電腦能跟蹤頭部的轉動并
能回應它的快速變化。圖像更新的速度（頻率響應）實際上比分辨率更為重要。由此可見我們的運動神經
系統是多么敏銳，即使最輕微的反應遲鈍也會破壞整個感官經驗。
大多數的制造商大概都會完全忽略這一點，而把早期拼命強調圖像的高分辨率的虛擬現實系統推向市
場。這樣做的結果是犧牲了響應速度。其實，假如他們減少圖形顯示，加強圖像的防鋸齒技術，并且加快
響應速度，那么他們所提供的虛擬現實體驗將會更加令人滿意。
另外一個辦法是，完全放棄為左右眼分別提供不同透視影像的頭戴式顯示器，而改用所謂的自動立體
效果技術，讓真實的物體或全息影像在空中浮現，使雙眼一起收視。
《星球大戰》與全息術
到下個1000年中的某個時候，我們的孫子或曾孫將以一種新的方式觀看足球比賽（如果還那樣叫的
話）。他們會在咖啡桌（如果還那樣叫的話）旁來回移動，讓8英寸高的球員在起居室（如果還那樣叫的
話）中任意馳騁，把一個半英寸高的足球踢來踢去。這個模式與早期虛擬現實的想法完全相反。無論你從
哪個角度觀看，都能享受極高的分辨率。無論你朝什么地方看，你看到的都是在空間浮動的三維像素。
在《星球大戰》（StarWars）這部影片中， R2D2就用這種方式，把莉亞公主的影像投射在歐比王的
地板上。美麗的公主變成了投射在空間中如幽靈般的幻影，從任何角度（原則上說）都能看得見。這種特
殊效果，就像《星際旅行》和其他科幻電影中的類似效果一樣，無意間造就了一批對全息一類技術麻木淡
漠的觀眾。我們在電影中看過太多類似的鏡頭，因此誤以為這種技術很容易。
事實上，發明白光全息術（今天這種技術普遍用在信用卡上）的麻省理工學院教授斯蒂芬.本頓花了二
十多年的時間，借助于價值上百萬美元的超級計算機的力量，運用了幾乎無價的特殊光學儀器，再加上十
幾位出眾的博士生孜孜不倦的努力，才得到了（與你在電影中所看到的）類似的效果。
全息術（holography）是匈牙利科學家丹尼斯.蓋博于1948年發明的。用最簡單的話來說，全息圖像
（hologram）就是把一個情境中所有可能的景象聚集在一個光調制模式下的單一平面上。隨后，當光束通
過這個平面、或被這個平面反射的時候，原先的景像會在空間中以光學方式重組，成為立體影像。
100萬倍的分辨率
在不斷改進顯示技術的精益求精的競賽中，全息術一直是一匹實力難測、有可能后來居上的黑馬。其
中一個原因是全息術要求極高的分辨率。你的電視應該有480條可見的掃描線（也可以比這少得多），假
如你的電視屏幕的高度是10英寸，那就是說你的電視機（在最佳狀態下）每英寸有差不多50條掃描線。全
息術需要的分辨率是每英寸50000條掃描線，即需要比你的電視機高出1000倍的水平掃描線。更糟的是，分
辨率意味著在水平和垂直方向同時掃描，這樣全息術所需要的分辨率就是今天電視的1000倍，也就是100萬
倍。你在信用卡甚至某些國家的鈔票上能看到全息影像的原因之一，正是因為這種分辨率需要非常復雜、
難以仿造的印刷技術。
本頓和他的同事們之所以在全息技術方面有所建樹，是因為他們聰明地找出了人類的眼睛和感覺系統
真正的需求，并把它與自然的全息圖像所能制造的東西加以對照。既然人類的眼睛是影像的接收器，那么
向它呈現大多它無法分辨的細節就是一種愚蠢的做法了。同樣地，本頓注意到我們注視空間中正在形成的
影像（從空間中取樣）的方式，和我們注視電影中單個畫面（以時間來取樣）的方式如出一轍。慢動作的
影像差不多是每秒30幀畫面（60個掃描場）。由此，與其制造一個能夠反映所有視點的全息圖像，不如把
它做成每英寸上有一個視點而省略掉中間的其他數據的影像。他成功了。
除此以外，本頓和他的同事們還注意到，我們的空間感在很大程度上是一種水平空間感。由于并列
的雙眼的視差，而且由于我們的視線總是沿著近平水平的方向移動，因此在我們對空間的感覺中，水平視
差比垂直視差（上下的變化）重要得多，水平視差所捕捉的空間信號占了絕大多玖。假如我們的眼睛是一
只疊在另一只的上面，或是我們經常在樹上爬上爬下，情形或許不同。但事實卻非如此。事實上，水平視
差對視覺的影響太大了，本頓后來決定根本不去考慮垂直視差的問題。
因此，媒體實驗室所展示的全息影像幾乎都沒有垂直視差。當我們向來訪的人介紹本頓實驗室外懸掛
的一組全息樣品時，他們根本沒有注意到這些樣品是沒有垂直視差的。事實上，一旦我告訴他們這些圖像
沒有垂直視差時，他們都會彎下腰來、再踞起腳尖反復地細看，最后才真的相信。
空間取樣結合水平視差（完全忽略垂直視差）的結果是，在本頓小組的手中，與制造一個全分辨率的
全息影像相比，如今只需要：％的電腦計算能力，就能得到這種新的影像。由于這個原因，他們制造出了
全世界第一個全彩的、由有深淺明暗變化的形體所構成的實時全息影像。它自由地漂浮在空中，其大小和
形狀相當于一個茶杯或“矮胖”的莉亞公主。
整體大于部分之和
顯示的質量確實不單和視覺有關。它是一種典型地運用了其他感官體驗的收視經驗。各種感宮構成的
整體的確大于部分之和。
在高清晰度電視剛剛萌芽的時候，當時在媒體實驗室工作的社會科學家拉斯.紐曼進行了一個劃時代
的實驗，測試觀眾對顯示質量的反應。他安裝了兩套一模一樣的高清晰度電視和錄像機系統，放映一模一
樣的高質量錄像帶。不過，他在A組用的是錄像機的普通音質和電視機的小揚聲器，而在日組中，則使用
了很棒的揚聲器，可以播放出比CD還要好的音質。
結果令人吃驚。許多實驗對象報告說日組的圖像清晰得多。事實上，兩組影像的品質完全一樣。但B
組的收視經驗卻好得多。我們傾向于把感官經驗作為一個整體來加以判斷，而不是根據各個部分的經驗來
加以判斷。虛擬現實系統在設計上有時忽略了這個重要的觀察結果。
在設計軍事坦克訓練器的時候，人們花了很多心血，來達到最高的顯示質量（幾乎不計任何代價），
希望獲得的效果是，當你注視顯示器的時候，幾乎就和從坦克的小窗口看出去一樣。這個想法挺好，但在
不斷增加掃描線數目上進行了艱苦卓絕的努力之后，設計師才想到可以引入一種價格低廉、會稍稍震動的
運動平“臺。設計師又在此基礎上增加了一些額外的感官效果——坦克的馬達聲和軋過地面的聲音棗結果
整體感覺十分逼真，設計師因此可以減少掃描線的數目，而不會影響整體視覺效果。無論如何，這個系統
看起來和感覺起來很真實，已經超過了原來的要求。
經常有人間我，為什么我吃東西的時候要戴著眼鏡，因為我顯然不需要眼鏡，也能看得見食物和刀叉。
我的回答很簡單，當我戴著眼鏡的時候，食物顯得更加美味可口。能夠清楚地看見食物是飯菜質量的一部
分。
“看”和“感覺”相得益彰。