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虚拟现实技术概述
第一章虚拟现实技术概述
1．什么是虚拟现实技术
虚拟现实〔VirtualReality，简称VR〕技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，它与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的电脑技术。
它以电脑技术为主，利用并综合三维图形动技术、多媒体技术、仿真技术、传感技术、显示技术、伺服技术等多种高科技的最新发展成果，利用电脑等设备来产生一个逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界，从而使处于虚拟世界中的人产生一种身临其境的感觉。
在这个虚拟世界中，人们可直接观察周围世界及物体的内在变化，与其中的物体之间进行自然的交互，并能实时产生与真实世界相同的感觉，使人与电脑融为一体。
与传统的模拟技术相比，VR技术的主要特征是：
用户能够进入到一个由电脑系统生成的交互式的三维虚拟环境中，可以与之进行交互。
通过参与者与仿真环境的相互作用，并利用人类本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，全方位地获取事物的各种空间信息和逻辑信息。
2．虚拟现实技术与三维动画技术的异同
VR技术和三维动画技术有本质的区别：
三维动画技术是依靠电脑预先处理好的路径上所能看见的静止照片连续播放而形成的，不具有任何交互性，即不是用户想看什么地方就能看到什么地方，用户只能按照设计师预先固定好的一条线路去看某些场景，它给用户提供的信息很少或不是所需的，用户是被动的；而VR技术则截然不同，它通过电脑实时计算场景，根据用户的需要把整个空间中所有的信息真实地提供应用户，用户可依自己的路线行走，电脑会产生相应的场景，真正做到“想得到，就看得到”。
所以说交互性是两者最大的不同。
下面来看一个应用的实例。
房地产展示是这两个技术最常用的领域。
在现在的应用中，很多房地产公司采用三维动画技术来展示楼盘，其设计周期长，模式固定，制作费用高；而同时在国内也已经有多家公司采用VR技术来进行设计，其展示效果好，设计周期短，更重要的是，它是基于真实数据的科学仿真，不仅可到达一般展示的功能，而且还可以把业主带入到未来的建筑物里参观，还可展示如门的高度、窗户朝向、某时间的日照、采光的多少、样板房的自我设计、与周围环境的相互影响等。
这些都是三维动画技术所无法比拟的。
有关VR技术与三维动画技术的比较见表1-1。
表1-1
比较项目
VR技术
三维动画技术
科学性及场景的选择性
虚拟世界基于真实数据建立的模型组合而成，属于科学仿真系统。
操纵者亲身体验三维空间，可自由选择观察路径，有身临其境的感觉
场景画面根据材料或想像直接绘制而与真实的世界和数据有较大的差距，属于演示类艺术作品。
只能按预先假定的观察路径观看。
实时交
互性
操纵者可以实时感受到运动带来的场景变化，具有双向互动的功能
只能单向演示，场景变化的画面需要事先制作生成
空间立
体感
支持立体显示和三维立体声，具有三维空间真实感
不支持
演示时间
没有时间限制，可真实详尽的展示，性价比高
受动画制作时间限制，无法详尽展示，性价比低
方案应用
的灵活性
支持方案调整、评估、管理、信息查询等功能，同时又具有更真实直观的演示功能
只具有简单的演示功能
3．虚拟现实技术的发展简史
VR技术的发展大致分为3个阶段：
20世纪50年代到70年代末，是VR技术的探索阶段；
20世纪80年代初期到80年代中期，是VR技术系统化、从实验室走向实用的阶段；
20世纪80年代末期到达21世纪初，是VR技术高速发展的阶段。
第一套具有VR思想的装置是莫顿。
海利希在1962年研制的称为Senorama的具有多种感官刺激的立体电影系统，它是一套只能供个人观看立体的设备，采用模拟电子技术与娱乐技术相结合的全新技术，能产生立体声音效果，并能有不同的气味，座位也能根据剧情的变化摇摆或振动，观看时还能感觉到有风在吹动。
在随后几年中，艾凡.萨瑟兰在麻省理工学院开始头盔式显示器的研制工作，人们戴上这个头盔式显示器，就会产生身临其境的感觉。
研制者们于1970年研制出了第一个功能较齐全的HMD系统。
美国的JaronLanier在20世纪律80年代初正式提出了VirtualReality一词。
20世纪80年代,美国国家航空航天局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关VR技术的研究,并取得了令人瞩目的研究成果。
进入20世纪90年代后,迅速发展的电脑硬件技术与不断改进的电脑软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能，人机交互系统的设计不断创新，新颖、实用的输入输出设备不断地涌入市场。
4．虚拟现实系统的构成
典型的VR系统主要由电脑、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成，如图1-1所示。
图1-1虚拟现实系统的一般构成
在VR系统中，电脑负责虚拟世界的生成和人机交互的实现。
由于虚拟世界本身具有高度复杂性，尤其在某些应用中，如航空航天世界的模拟、大型建筑物的立体显示、复杂场景的建模等，使得生成虚拟世界所需的计算量极为巨大，因此对VR系统中电脑的配置提出了极高的要求。
在VR系统中，为了实现人与虚拟世界的自然交互，必须采用特殊的输入输出设备，以识别用户各种形式的输入，并实时生成相应的反馈信息。
VR的应用软件系统可完成的功能包括：
虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、行为模型的建立，三维虚拟立体声的生成，模型管理技术及实时显示技术，虚拟世界数据库的建立与管理等几部分。
虚拟世界数据库主要用于存放整个虚拟世界中所有物体的各个方面的信息。
图1-2典型虚拟现实系统的结构框图
5．虚拟现实技术的特征
VR技术有3个主要特征：
沉浸性〔Immersion〕、交互性〔Interactivity〕和想像性〔Imagination〕，如图1-3所示。
图1-3
〔1〕沉浸性
沉浸性〔Immersion〕是指用户感受到被虚拟世界所包围，好似完全置身于虚拟世界中一样。
VR技术最主要的技术特征是让用户觉得自己是电脑系统所创建的虚拟世界中的一部分，使用户由观察者变成参与者，沉浸其中并参与虚拟世界的活动。
理想的虚拟世界应该到达使用户难以分辨真假的程度，甚至超越真实，实现比现实更逼真的照明和音响效果。
〔2〕交互性
交互性〔Interactivity〕的产生，主要借助于VR系统中的特殊硬件设备〔如数据手套、力反馈装置等〕，使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。
（3）想像性
想像性〔Imagination〕指虚拟的环境是人想像出来的，同时这种想像表达出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。
所以说VR技术不仅仅是一个媒体或一个高级用户界面，同时它还是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件。
6．VR技术的意义
正是由于VR技术的广泛应用，并能够实现人与自然之间的和谐交互，扩大对信息空间的感知通道，提高人类对跨越时空事物和复杂动态事件的感知能力，把电脑应用提高到一个崭新的水平，其作用和意义是十分重要的。
首先是在观念上的转变，它使人们对电脑的应用从“以电脑为主体”变成“以人为主体”。
传统的信息处理环境一直强调的是“人适应电脑”，人与电脑通常通过键盘与鼠标进行交互，这种交互是间接的，非直觉的和有限的。
而VR技术的目标或理念是要逐步使“电脑适应人”，人们要通过视觉、听觉、触觉、嗅觉以及形体、手势或语言，参与到信息处理的环境中去，并获得身临其境的体验。
人们不必意识到自己在同电脑打交道，而可以像在现实世界中处理事情一样同电脑交流，这就把人从操作电脑的复杂工作中解放出来，使用电脑无需学习，操作也异常简单而方便。
第二个转变发生在哲学中人们对“虚”和“实”之间的辩证关系的理解上。
虚和实的关系是一个古老的哲学话题。
我们是处于真实的客观世界中，还是只处于自己的感知世界中，一直是唯物论和唯心论争论的焦点。
以视觉为例，我们所看到的世界，不过是视网膜上的影像。
过去，视网膜上的影像都是真实世界的反映，因此客观的真实世界同主观的感知世界是一致的。
现在，VR导致了二重性，VR的景物对人的感官来说是实实在在存在的，但它又确实实确是虚构的东西，而且按照虚构的东西行事，往往又会得出正确的结果。
因此这就引发了哲学上要重新认识“虚”和“实”之间的关系的研究。
7．虚拟现实系统的分类
在实际应用中，根据VR技术对沉浸程度的高低和交互程度的不同，将VR系统划分了解4种类型：
沉浸式VR系统、桌面式VR系统、增强式VR系统、分布式VR系统。
其中桌面式VR系统因其技术非常简单，需投入的成本也不高，在实际应用中较广泛。
〔1〕桌面式VR系统
桌面式VR系统也称窗口VR，见图1-4所示，它是利用个人电脑或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用电脑的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。
桌面式VR系统一般要求参与者使用空间位置跟踪定位设备和其他输入设备，如数据手套和6个自由度的三维空间鼠标，使用户虽然坐在监视器前，却可以通过电脑屏幕观察
360°范围内的虚拟世界。
在桌面式VR系统中，电脑的屏幕是用户观察虚拟世界的一个窗口，在一些VR工具软件的帮助下，参与者可以在仿真过程中进行各种设计。
使用的硬件设备主要是立体眼镜和一些交互设备〔如数据手套、空间位置跟踪定位设备等〕。
立体眼镜观看电脑屏幕中虚拟三维场景的立体效果，它所带来的立体视觉能使用户产生一定程度的沉浸感。
有时为了增强桌面式VR系统的效果，在桌面式VR系统中还可以加入专业的投影设备，以到达增大屏幕观看范围的目的。
桌面式VR系统具有以下主要特点：
1对硬件要求极低，有时只需要电脑或是增加数据手套、空间位置跟踪定位设备等。
2缺少完全沉浸感，参与者不完全沉浸，因为即使戴上立体眼镜，仍然会受到周围现实世界的干扰。
3应用比较普遍，因为它的成本相对较低，而且它也具备了沉浸式VR系统的一些技术要求。
作为开发者和应用者来说，从成本角度考虑，采用桌面式VR技术往往被认为是从事VR研究工作的必经阶段。
图1-4桌面式VR系统
〔2〕沉浸式VR系统
沉浸式VR系统利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，并能利用这些交互设备操作和驾驭虚拟环境，产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉〔见图1-5〕。
沉浸式VR系统的基本组成如图1-6所示。
图1-5沉浸式VR系统演示实例
沉浸式VR系统的特点
1高度的沉浸感。
沉浸式VR系统采用多种输入与输出设备来营造一个虚拟的世界，并使用户沉浸于其中，同时还可以使用户与真实世界完全隔离，不受外面真实世界的影响。
2高度实时性。
在虚拟世界中要到达与真实世界相同的感觉，如当人运动时，空间位置跟踪定位设备需及时检测到，并且经过电脑运算，输出相应的场景变化，并且这个变化必需是及时的，延迟时间要很小。
图1-6沉浸式VR系统的基本组成
沉浸式VR系统的分类
常见的沉浸式VR系统有：
基于头盔式显示器的VR系统、投影式VR系统、遥在系统。
基于头盔式显示器采用头盔式显示器或投影式VR系统是或投影式显示系统来实现完全投入。
它把现实世界与之隔离，使参与者从听觉到视觉都能投入到虚拟环境中去。
遥在系统是一种远程控制形式，常用于VR系统与机器人技术相结合的系统。
〔3〕增强式VR系统
增强式VR系统简称增强现实〔AR〕，它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂场景的开销〔因为部分虚拟环境由真实环境构成〕，又可对实际物体进行操作〔因为部分物体是真实环境〕。
增强式VR系统有以下3个特点：
1真实世界和虚拟世界融为一体。
2具有实时人机交互功能。
3真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。
〔4〕分布式VR系统
分布式VR系统是VR技术的网络技术发展和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟世界，通过网络连接成共享信息的系统。
DVR系统的目标是在沉浸式VR系统的基础上，将地理上分布的多个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起，使每个用户同时加入到一个虚拟空间里〔真实感三维立体图形、立体声〕，通过联网的电脑与其他用户进行交互，共同体验虚拟经历，以到达协同工作的目的，它将虚拟提升到了一个更高的境界。
VR系统运行在分布式世界中有2个方面的原因：
一方面是充分利用分布式电脑系统提供的强大计算能力；另一方面是有些应用本身具有分布特性，如多人通过网络进行游戏和虚拟战争模拟等。
分布式VR系统的特点：
1各用户具有共享的虚拟工作空间。
2伪实体的行为真实感。
3支持实时交互，共享时钟。
4多个用户可用各自不同的方式相互通信。
5资源信息共享以及允许用户自然操纵世界中的对象。
目前，分布式VR技术主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、多人通过网络进行游戏或虚拟战争模拟〔见图1-7所示〕等领域。
图1-7虚拟战争模拟
8．虚拟现实技术的研究现状及研究方向
VR技术领域几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅速。
基于VR技术的研究主要有VR技术与VR应用两大类。
在国外VR技术研究方面研究得较好的有美国、德国、英国、日本、韩国等国家。
在国内，浙江大学、北京航空航天大学等单位在VR方面的研究工作开展得比较早，成果也较多。
（1）国外研究现状
①美国是VR技术的发源地，因而大多数研究机构都在美国。
美国宇航局〔NASA〕。
Ames实验室一直是许多VR技术思想的发源地。
早在1981年，他们就开始研究空间信息显示，1984年又开始了虚拟视觉环境显示〔VIVED〕项目。
后来，其研究人员ScottFisher还开发了虚拟界面环境（VIEW）工作站。
Ames完善了HMD，并将VPL的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。
目前，Ames把研究的重点放在对空间站操纵的实时仿真上。
北卡罗来纳大学〔UNC〕对VR的研究主要在四个方面：
分子建模、航空驾驶问题、外科手术仿真、建筑仿真。
他们解决了分子结构的可视化，并已用于药物和化学材料的研究。
LomaLinda大学医学中心是一所经常从事高难度或有争议医学项目研究的单位。
他们成功地将电脑图形及VR的设备用于探讨与神经疾病相关的问题。
他们巧妙地将VPL的数据手套作为测量手颤抖的工具，将手的运动实时地在电脑上用图形表示出来，从而进行分析诊断。
施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VR技术建立“未来办公室”的研究。
SRI研究中心主要从事定位光标、视觉显示器、光学部件、触觉与力反馈、三维输入装置及语言交互等研究。
英国在VR技术的研究与开发的某些方面，如分布式并行处理、辅助设备〔触觉反聩设备等〕设计、应用研究等方面，在欧洲是领先的。
在德国，以德国FhG-IGD图形研究所和德国电脑技术中心〔GMD〕为代表。
它主要从事虚拟世界的感知、虚拟环境的控制和显示、机器人远程控制、VR在空间领域的应用、宇航员的训练、分子结构的模拟研究等。
德国的电脑图形研究所〔IGD〕测试平台，主要用于评估VR技术对未来系统和界面的影响，向用户和生产者提供通向先进的可视化、模拟技术和VR技术的途径。
日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究，另外在VR游戏方面的研究也做了很多的工作。
东京大学的原岛研究室开展了3项研究：
人类面部表情特征的提取、三维结构的判定和三维形状的表示以及动态图像的提取。
东京大学的广濑研究室重点研究VR的可视化问题。
为了克服当前显示和交互技术的局限性，他们开发了一种虚拟全息系统。
他们的成果有一个类似CAVE的系统，用HMD在建筑群中漫游，制造出飞行仿真器等。
筑波大学工程机械学院研究了一些力反馈显示方法。
他们开发了9自由度的触觉输入器并开发了虚拟行走原型系统，步行者只要脚上穿上全方向的滑动装置，他就能交替迈动左脚和右脚。
（2）国内研究现状
2003年，由浙江大学CAD&CG国家重点实验室牵头，由浙江大学、中科院软件所、清华大学、北京航空航天大学等联合申报的2002年度《国家重点基础研究发展规划》〔即973项目〕中的“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”获批准立项。
对虚拟环境的建立、自然人机交互、增强式VR、分布式VR、VR在产品创新中的应用等技术进行联合攻关。
北京航空航天大学电脑系是国内最早进行VR研究的机构之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟世界中物体物理特性的表示与处理，在VR中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法。
他们还实现了分布式虚拟世界网络设计，建立了网上VR研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供VR演示世界，提供用于飞行员训练的VR系统，提供开发VR系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接。
开发了直升机虚拟仿真器、坦克虚拟仿真器、虚拟战场环境观察器、电脑兵力生成器。
清华大学电脑科学和技术系对VR和临场感的方面进行了研究，例如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都具有不少独特的方法。
他们还针对室内环境中水平特征丰富的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三维结构的新颖算法。
对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量研究，其中有不少方案和方法都独具特色，比方球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验测试等。
北京科技大学成功开发出了纯交互式汽车模拟驾驶培训系统。
该系统的三维图形非常逼真，虚拟环境与真实的驾驶环境几乎没有什么差异，因此投入使用后效果良好。
西安交通大学信息工程研究所对VR中的关键技术——立体显示技术——进行了研究。
他们在分析人类视觉特性的基础上提出了一种基于JPEG标准压缩编码的新方案，并获得了较高的压缩比、信噪比以及解压速度，并且已经通过实验结果证明了这种方案的优越性。
2004年南京大学成立了南京大学虚拟现实与教学媒体研究中心，对VR技术及应用进行研究，并把重点放在虚拟体育仿真、数字文化遗产保护和自然人机交互等方面。
国内在VR方面有较多研究成果的其他单位还有国防科技大学、天津大学、北京理工大学、中国科学院自动化研究所、西北大学、山东大学、大连海事大学和香港中文大学等。
（3）目前虚拟现实技术的局限性
①硬件设备的局限性
1.相关设备普遍存在使用不方便、效果不佳等情况
②软件的局限性
从软件上来说，现在大多数VR软件普遍存在语言专业较强，通用性较差，易用性差等问题。
同时，由于硬件设备的诸多局限性，使得软件的开发费用也十分巨大，并且软件所能实现的效果受到时间和空间的影响较大，很多算法及许多相关理论也不成熟。
③应用的局限性
从应用上来说，现阶段VR技术的主要应用在军事领域较多，在各高校科研方面较多，在教育领域、工业领域应用还远远不够，有待进一步加强。
未来的发展应努力向民用方向发展，并在不同的行业发挥作用。
④效果的局限性
1.虚拟世界的表示侧重几何表示，缺乏逼真的物理、行为模型。
2.在虚拟世界的感知方面，有关视觉合成研究多，听觉、触觉〔力觉〕关注较少，真实性与实时性不足。
3.在与虚拟世界的交互中，自然交互性不够，在语音识别等人工智能方面的效果还远不能令人满意。
〔4〕VR技术的研究方向
①感知研究领域
在听觉方面应加强听觉模型的建立，提高虚拟立体声的效果，并积极开展非听觉研究；在触觉方面，要开发各种用于人类触觉系统的基础研究和VR触觉设备的电脑控制的机械装置。
②人机交互界面
开展独立于应用系统的交互技术和方法的研究，建立软件技术交换机构以支持代码共享、重用和软件投资，并鼓励开发通用型软件维护工具。
③高效的VR软件和算法
积极开发满足VR技术建模要求的新一代工具软件及算法、虚拟现实建模语言的研究、复杂场景的快速绘制及分布式VR技术的研制。
④廉价的VR硬件系统
VR技术的主要研究方向是在外部空间的实用跟踪技术、力反馈技术、嗅觉技术及面向自然的交互硬件设备。
⑤智能虚拟环境
智能虚拟环境是虚拟环境和人工智能与人工生命两种技术的结合。
它涉及多个不同学科，包括电脑图形、虚拟环境、人工智能与人工生命、仿真、机器人等。
第二章虚拟现实系统的交互设备
三维交互设备用于把各种信息输入电脑，并向用户提供相应的反馈，它们是使参与者能以人类自然技术与虚拟环境交互的必要工具。
根据传感渠道以及在功能和目的上的不同，虚拟现实系统的三维交互设备主要被分为三维跟踪传感设备、立体显示设备、人机交互设备以及系统集成设备等几大类。
1．VR的三维跟踪传感设备
虚拟现实技术是在三维空间中与人交互的技术，为了能及时、准确地获取人的动作信息，需要有各类高精度、高可靠的跟踪、定位设备。
例如，为了感知参与者的视线，需要跟踪观察者头部的位置和方向；为了在虚拟环境中移动物体或参与者的身体，就要跟踪观察者各肢体的位置，包括从手到全身各部位的位置等。
因此，必须要研制与三维交互相适应的跟踪装置〔如图2-1所示〕，而这种实时跟踪以及交互装置主要依赖于传感器技术，它是VR系统中实现人机之间沟通的极其重要的通信手段，是实时处理的关键技术。
图2-1Polhemus的Fastrak跟踪定位器
VR的各种应用基本上都是采用跟踪用户头部或手的运动，也有监测使用者的眼睛〕即视线〕或面部表情的系统。
常用的跟踪传感技术主要有电磁波、超声波、机械、光学和图像提取等几种方法，它们被广泛地应用在头盔显示器、数据手套等三维交互设备的功能设计中。
〔1〕电磁波跟踪器
这是一种最为常用的跟踪器，它使用一个信号发生器〔3个正交线圈组〕产生低频电磁场，然后由放置于接收器中的另外三组正交线圈组负责接收，通过获得的感生电流和磁场场强的9个数据来计算被跟踪物体的位置和方向〔如图2-2所示〕。
电磁波跟踪器体积小、价格廉价、用户运动自由，而且敏感性不依赖于跟踪方位，但是其系统延迟较长，跟踪范围小，且准确度容易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响。
图2-2交流电磁跟踪系统的工作原理
〔2〕超声波跟踪器
超声波跟踪器的工作原理是发射器发出高频超声波脉冲〔频率20kHz以上〕后，由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等，就可以跟踪物体的距离和方位了。
超声波跟踪器的性能适中，成本低廉，而且不会受外部磁场和大块金属物质的干扰。
但是，它的敏感性却容易受接收器的方位和空气密度的影响。
按照测量方法的不同，超声波位置跟踪技术通常可以分为两大类，它们是飞行时间测量法和相位相干测量法。
其中，声波飞行时间跟踪是通过测量声波的飞行时间延迟来确定距离的。
它同时使用多外发射器和接收器，以便获得一系列的距离量，从而计算出准确的位置和方向。
这种方法具有较好的精确度和响应性，但容易受到外界噪音脉冲的干扰，同时数据传输率还会随着监测范围的扩大而降低，因而比较适用于小范围内的操作环境。
相位相干跟踪则是通过比较基准信号和传感器监测到的发射信号之间的相位差来确定距离的。
由于相位可被连续测量，因而这种方法具有较高的数据传输率。
同时，多次的滤波还可以保证系统监测的精度、响应性以及耐久性等，而不受到外界噪声的干扰。
〔3〕光学跟踪器
光学跟踪也是一种较为常见的跟踪技术。
这种跟踪器可以使用自然光、激光或红外线等作为光源，但为防止干扰用户的观察视线，目前多采用红外线方式。
与电磁波和超声波这两种跟踪器相比，光学系统的可工作范围小，但其数据处理速度、响应性都非常好，因而较适用于头部活动范围相当受限、但要求具有较高刷新率和精确率的实时应用。
〔4〕其他空间跟踪系统
①机械跟踪器
②惯性跟踪器
③图像提取跟踪器
2．VR的立体显示设备
对虚拟世界的沉浸感主要依赖于人类的视觉感知，因而三维立体视觉是虚拟现
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