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虚拟现实技术的演变发展及在军事地形学研究的影响

——《三维虚拟现实技术》研究报告

（姓名：刘栋学号:2009202140087）

一．前言

随着计算机科学的飞速发展，虚拟现实技术已渗透进入了军事、工程、医学、教育等各

个方面，并且在这些领域中起着重要的作用。如海湾战争的美国士兵对周边的环境不觉得陌

生，是由于虚拟现实已把他们带入那漫无边际的风尘黄沙让他们身临其境感受到大漠的荒

凉。

三维虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生

成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使

用户沉浸到该环境中去。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图

形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑

战性的交叉技术、前沿学科和研究领域。

三维虚拟现实技术具有以下四个重要特征①多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感

知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟

现实应该具有一切人所具有的感知功能。②存在感。指用户感到作为主角存在于模拟环境中

的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。③交互性。指用户对模拟环

境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。④自主性。指虚拟环境中的物体依据

现实世界物理运动定律动作的程度。

虚拟现实的关键技术主要包括：动态环境建模技术，实时三维图形生成技术，立体显示

和传感器技术，应用系统开发工具，系统集成技术。

二．三维虚拟现实技术的演变发展及我国研究现状

2.1演变发展史

虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段:有声、形、动态的模拟是蕴涵虚拟

现实思想的第一阶段(1963年以前)、虚拟现实萌芽为第二阶段（1963年—1972年）、虚拟

现实概念的产生和理论初步形成为第三阶段（1973年—1989年）、虚拟现实理论进一步的完

善和应用为第四阶段（1990—2004年）。

2.1.1虚拟现实技术的前身

虚拟现实技术是一种有效地模拟生物在自然环境中的视、听、动等行为的交互技术，其

概念是发展的和变化的。

虚拟现实技术与仿真技术的发展是息息相关的，它可追溯到中国古代(公元前468年

前376年)的战国时期，据墨子.鲁问篇记载，“公输般竹木为鹊，成而飞之，三日不下”，

其原材料是极薄的木片或竹片。后来人们在风筝上系上竹哨，利用风吹竹哨，声如筝鸣，故

称“风筝”。模拟飞行动物发明的有声风筝，这是有关中国古代人试验飞行器模型的最早记

载。

当人们在放风筝时，远远望去栩栩如生的模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景与其

发出悦耳清新的筝鸣。风筝的拟真、拟声、互动的行为是仿真技术从古至今在人们生活中的

应用，这一阶段历经了漫长的历史。

后来该技术传到西方，西方人称风筝为飞行器。利用风筝的原理发明了飞机。

人们由动物飞的行为得到了启发，产生了丰富的想象力，它推动了仿真技术的发展，也

是虚拟现实技术的前身，蕴涵了虚拟现实的思想。仿真和计算机的发展促使了虚拟现实技术

的萌芽。

2.1.2虚拟现实技术的萌芽阶段

60年代到70年代初是虚拟现实思想萌芽阶段。

60年代初IvanSutherland教授在他的博士论文对有关计算机图形交互系统方面作了论

述。65年他发表的论文“theultimatedisplay”提出了感觉真实、交互真实的人机协作新理

论。1968年他开发了头盔式立体显示器，后来他开发了一个虚拟系统，可称得上是第一个

虚拟现实系统。它是基于传统习惯、花费又大、模型又过分简化了的一个虚拟世界。Ivan

Sutherland的论文和一个过于简单的虚拟世界是具有初始意义的虚拟现实技术，也正是虚拟

现实技术的萌芽。由于在图形方面的显示和交互，因此人们称他为图形学之父。

2.1.3虚拟现实概念和理论的初步形成

1973年到1989年为虚拟现实技术的第三阶段。

1973年MyronKrurger提出了“ArtificialReality”这是早期出现的虚拟现实的词。从字

面上来看，它具有虚拟现实的含义。

80年代初到中期，美国国家航空和宇宙航行局(NASA)及美国国防部