15、虚拟现实与数字孪生技术：原理、应用与挑战

虚拟现实与数字孪生技术：原理、应用与挑战

1. 虚拟现实技术概述

虚拟现实（VR）系统最早通过头戴式显示器（HMD）成功开发，该显示器能为用户提供立体3D视觉，并与记录用户头部运动的传感器设备相连。此后，该领域得到了进一步研究。Korves和Loftus将VR系统分为以下几种配置：
- 桌面计算机
- 大型投影系统
- 完全沉浸式的CAVE技术
- 基于DMH的潜水式VR系统

随着VR设备软硬件的进步，带HMD的沉浸式VR系统在众多行业中变得愈发重要，在过去十年中，学术界和工业界对其重新产生了浓厚兴趣。

2. 相关概念区分

2.1 增强现实（AR）

增强现实是将计算机生成的内容融入现实世界体验，而不是将现实与计算机生成的信息隔离。它处于现实与虚拟世界的连续体上，形成“混合现实”。例如《精灵宝可梦GO》就是一个著名的例子。AR以现实世界为焦点，用数字元素对其进行增强。

2.2 混合现实（MR）

MR利用数字组件解构实际环境，借助下一代混合现实图像和检测技术，用户可以与真实和虚拟的物体及环境进行交互和穿越，能让人在身处现实世界的同时与虚拟环境互动。

2.3 X - 现实（XR）

XR用一个术语涵盖了增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）这三个领域。

3. 虚拟现实的应用

3.1 医疗保健

• 员工培训：医生和护士可在虚拟环境中进行手术操作，提前预测并发症，避免失误和损失。
• 疾病治疗：帮助患者在虚拟