25、虚拟现实可视化：技术、应用与挑战

虚拟现实可视化：技术、应用与挑战

1 引言

虚拟现实（VR）自20世纪60年代被提出以来，已逐渐成为一种强大的可视化工具。它不仅能提供高保真的感官信息，使用户仿佛置身于另一个世界，还支持与合成环境的感知交互，让用户从被动观察者转变为主动参与者。本文将介绍虚拟现实的基本概念、特点，探讨其在可视化领域的应用，并分析当前面临的研究挑战。

2 虚拟现实概述

2.1 定义

虚拟现实是指利用集成技术，实时提供多模态信息显示和交互，使用户能够占据、导航和操作计算机生成的环境。它不仅仅局限于视觉显示，还为用户提供了导航和操作所显示信息的手段。

2.2 视觉元素与立体图像生成

虚拟现实的视觉元素将常见的二维计算机图形扩展到了三维。为了实现真正的3D图形，需要为用户的两只眼睛提供同一物体的两个略有不同的视图，从而产生立体图像。以下是几种常见的生成立体图像的方法：
- 头戴式显示器（HMD） ：早期的虚拟现实中，头戴式显示器是首选方法。它使用两个图像源，分别为每只眼睛提供图像，实现对计算机生成环境的立体观看。
- ImmersaDesk或CAVE ：这些设备通常在其显示表面上只产生一个图像，但会在右眼图像和左眼图像之间交替显示（通常为60Hz）。用户佩戴轻便的液晶“快门”或“主动”眼镜，这些眼镜与交替显示同步，使相应的眼睛能够看到为其准备的图像。此外，这些设备也可以通过向同一显示器发送两个不同偏振的图像来产生立体图像，用户则佩戴“被动”眼镜，其每个镜片的偏振与对应眼睛的图像相匹配。

2.3 硬件与软件需求