1.虛擬現實概論（Virtual Reality，VR）

虛擬現實技術以計算機技術為基礎，綜合了計算機、傳感器、圖形圖像、通信、測控多媒體、人工智能等多種技術，通過給用戶同時提供視覺、觸覺、聽覺等感官信息，使用戶如同親歷其境一般。借助于計算機系統，用戶可以生成一個自定義的三維空間。用戶置身于該環境中，借助輕便的跟蹤器、傳感器、顯示器等多維輸入輸出設備，去感知和研究客觀世界。在虛擬環境中，用戶可以自由運動，隨意觀察周圍事物并隨時添加所需信息。借助于虛擬現實，用戶可以突破時空域的限制，優化自身的感官感受，極大地提高了對客觀世界的認識水平。
虛擬現實有交互性（Interaction）、沉浸性（Immersion）和想象性(Imagination)三大特點，也被稱為?3I?特點。借助?3I?特點，通常可以將虛擬現實技術和可視化技術、仿真技術、多媒體技術和計算機圖形圖像等技術相區別。交互性是指用戶與模擬仿真出來的虛擬現實系統之間可以進行溝通和交流。由于虛擬場景是對真實場景的完整模擬，因此可以得到與真實場景相同的響應。用戶在真實世界中任何操作，均可以在虛擬環境中完整體現。例如，用戶可以抓取場景中的虛擬物體，這時不僅手有觸摸感，同時還能感覺到物體的重量、溫度等信息。沉浸性是指用戶在虛擬環境與真實環境中感受的真實程度。從用戶角度講，虛擬現實技術的發展過程就是提高沉浸性的過程。理想的虛擬現實技術，應該使用戶真假難辨，甚至超越真實，獲得比真實環境中更逼真的視覺、嗅覺、聽覺等感官體驗。想象性則是身處虛擬場景中的用戶，利用場景提供的多維信息，發揮主觀能動性，依靠自己的學習能力在更大范圍內獲取知識。 隨著相關技術的發展，虛擬現實技術也日趨成熟，這種更接近于自然的人機交互方式，大大降低了認知門檻，提高了工作效率。虛擬現實技術已經從過去的軍事和航空領域，拓展到建筑設計、產品設計、科學計算可視化、遠程服務和娛樂等眾多民用領域，尤其在手術導航和城市規劃方面有非常重要的應用。臨床上使用的外科手術導航系統，大部分都是采用虛擬現實技術，為醫生提供了病灶部位的虛擬影像和計算機生成的其他輔助信號，醫生通過計算機和其他設備實時得到視覺、觸覺、聽覺信息，為手術選擇合適路徑。作為一種全新的信息處理方式，虛擬現實技術給人類帶來全新的生活體驗。

2.增強現實技術概論（Augment Reality，AR）

增強現實技術，也被稱為混合現實技術(Mixed Reality，MR)，是伴隨著計算機水平的提高而發展來的一門新技術。它以計算機為工具，將人為構建的輔助型虛擬信息應用到真實世界，使虛擬的物體信息和真實的環境信息相疊加到同一個畫面或空間，同時呈遞給用戶被用戶感知，獲得比真實世界更豐富的信息。增強現實由虛擬現實發展而來。 增強現實技術是在虛擬現實技術的基礎上，于上世紀?90?年代初興起的。它也是一種以計算機技術為基礎的人機交互技術，但與虛擬現實不同，增強現實技術是要在真實場景中添加計算機虛擬產生的物體信息，達到“虛實融合”的效果，提高用戶對真實世界的感知能力。增強現實技術借助于多種設備，如光學透視式頭盔顯示器（SHMD）或不同成像原理的立體眼鏡等，使虛擬得到的物體疊加到真實場景中，同時出現在用戶的視場中。用戶在不丟失真實場景信息的前提下，可以獲得虛擬物體的信息并與之交互。相比于虛擬現實，增強現實技術系統的實現要更復雜，因此對相關技術要求更高，除了計算機技術、通信技術、人機界面、傳感器、移動計算、分布式計算、計算機網絡、信息可視化等技術之外，還對心理學、人機工程學等有比較高的要求。增強現實系統通過分析大量數據獲取場景中各種位置信息，以便將計算機生成的虛擬物體以合適的姿態精確地定位到真實場景中特定位置。構建增強現實系統一般包括四個基本步驟： （1）利用攝像機獲取真實場景信息； （2）建立不同坐標系之間關系，對真實場景與攝像機相關位置信息進行數據分析； （3）利用計算機生成所需虛擬物體； （4）將虛擬物體和真實場景在顯示器中進行顯示。建立一個增強現實系統的原理如圖?所示。增強現實系統中，成像設備、交互技術、跟蹤與定位技術被稱為三大支撐技術。 ?

增強現實系統借助于多種顯示設備來顯示真實場景和虛擬物體疊加后的圖像，如?S-HMD。S-HMD?使用了一種稱為分光器的分光鏡，能夠將其上部的液晶顯示器中的影像反射到用戶眼睛中，同時不會妨礙真實環境中的光線穿透進去，于是虛擬物體信息和真實場景信息同時被用戶獲得，實現了增強現實的效果。雖然這種顯示技術原理簡單，技術成熟，但由于設備過于笨重，佩戴后不舒適，因此實際中更多使用其他商業化的顯示系統。為了實現虛擬物體和真實場景的完美融合，必須要確定虛擬物體與真實場景融合后的準確位置。跟蹤定位系統便是要實時監測場景中觀察者位置和姿態、觀察方向和運動狀態，以觀察者視場為基準建立坐標系，通過仿射變換得到虛擬物體的正確顯示位置。大多數增強現實系統使用視頻檢測的跟蹤定位方式，即識別視頻中的特定標志點，根據不同標志點的位置信息計算獲得整個場景的位置信息。視頻檢測的方式定位精度高，不再需要其他設備，是目前增強現實技術研究的一大熱點。由于在現實世界中與虛擬信息交互比較困難，大多數的增強現實系統依然在使用菜單的交互方式。
?增強現實系統采用了部分與虛擬現實相似的技術，但是兩者也有顯著的差異：虛擬現實是用虛擬場景代替真實場景，而增強現實則是以真實場景為背景，加入虛擬信息作為補充。用戶與真實場景交互的同時，計算機可以收集到真實場景中各種輔助信息。在醫學上，人體的結構解剖數據可經由計算機進行可視化處理，重構出的虛擬影像可以在增強現實系統中實時投影到患者相應位置，醫生便可以通過成像設備透過患者表皮看到內部解剖結構，準確定位病灶，提高手術質量。虛擬現實只是把真實世界展示給用戶，而增強現實則是把虛擬世界和真實世界同時展示給用戶，實現了虛實結合。它能為人們探索宏觀世界和微觀世界提供極大的便利，具有很好的經濟、社會效益和誘人的發展前景。

總結

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