这个深入的教程包括什么是虚拟现实，它是如何工作的？ 你将了解到虚拟现实背后的历史、应用和技术：
这个虚拟现实教程研究了虚拟现实的介绍，包括它是什么，它如何工作，以及它的主要应用。
我们将了解使虚拟现实成为技术的VR硬件和软件，然后我们将深入研究虚拟现实头盔的细节和它们的功能。
虚拟现实教程
让我们举个例子，开始了解基础知识。
下图是一个带有虚拟现实头戴式显示器方向盘的演示设置。 用户感觉沉浸在一辆汽车中，正在驾驶。
[图片来源]
虚拟现实是一种试图重新生成计算机图像和视频的技术，以产生超越普通计算机显示器和手机上实现的真实视觉体验。 VR系统通过使用计算机视觉和高级图形，通过增加深度生成3D图像和视频，并重建静态2D图像之间的比例和距离。
用户必须能够使用VR头盔镜头和控制器来探索和控制这些3D环境，而控制器上可能有传感器，以便用户能够体验VR内容。
比如说、 点击 这里 的视频，让你在戴上VR纸板头盔或不戴VR头盔直接在P.C显示器上体验阿布扎比的3D效果。
只需点击视频，并将手机放入VR头盔内。 如果你不使用头盔，只需寻找视频内的箭头即可浏览3D视频。 当你使用头盔或箭头浏览3D视频时，你可以看你周围的任何地方。
这是一个用VR相机或3D相机拍摄的视频的例子。 然而，现代VR比3D更先进，允许用户将他们的五官沉浸在VR体验中。 它还纠结于实时跟踪，以实现在实时探索中使用VR。
下面的例子是一个使用VR眼镜或头盔的用户。 她实际看到的东西显示在右边。
(i) 实际上，虚拟现实就是利用一种特殊的三维视频或图像摄像机等设备来创造一个三维世界，用户可以在以后或实时使用VR头盔和镜头进行操作和探索，同时感觉自己就在那个模拟的世界里。 用户将看到一个真人大小的图像，由此产生的感觉是他们是那个模拟的一部分。
这里有一个视频参考：虚拟现实演示
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(二) VR硬件和软件将帮助生成或创建计算机生成的3D图像和视频，这些输出被投射到安装在护目镜或头盔上的镜片上。 头盔被绑在用户的头部，覆盖在眼睛上，这样用户就在视觉上沉浸在他们正在观看的内容中。
(三) 观看内容的人可以使用凝视的手势来选择和浏览3D内容，也可以使用手套等手部控制器。 控制器和凝视控制将有助于跟踪用户的身体运动，并将模拟的图像和视频适当地放在显示器中，这样就会有感知的变化。
通过移动你的头向左、向右、向上和向下看，你可以在VR里面复制这些动作，因为头盔有头部运动或跟踪传感器，可以跟踪眼睛或头部。 控制器上的传感器也可以用来收集来自身体的刺激反应信息，并将其反馈给VR系统，以提高沉浸式体验。
下面的图片是一个例子，用来理解VR中的触觉和感觉： 用户使用VR手套和手部化身浏览VR内容并与之互动。 手套将手部的运动传递给VR计算或处理单元或系统，并在显示屏上反映动作。 VR也会将刺激传回给用户。
(四) 因此，它有两个重要的东西； 计算机视觉 以帮助理解对象和 位置跟踪 以帮助跟踪用户的运动，将物体有效地放在显示屏上，并改变感知，使用户能够 "看到世界"。
(v) 它还包括其他可选的设备，如音频耳机、摄像头和传感器，以跟踪用户的动作并将其反馈给电脑或手机，以及有线或无线连接。 这些都用于改善用户体验。
虚拟现实有多种应用。 虽然大多数应用都集中在游戏方面，但它也在医学、工程、制造、设计、教育和培训以及许多其他领域找到了用途。
医学中的VR培训：
计算机图形和人类感知简介
下面的图片解释了人类感知的一般组织：
(i) 在从VR感知中获得最大利益的同时，避免对人类感知的副作用是可能的。 只要对人体生理学和光学幻觉有深入和完整的了解，这一点是可能的。
(二) 我们的人体通过身体感官来感知世界，这些感官对不同的刺激有不同的反应。 在虚拟现实中模仿人类的感知需要了解如何愚弄感官，知道什么是最重要的刺激，什么是可接受的主观观看质量。
人类的视觉为大脑提供了最多的信息。 然后是听觉、触觉和其他感官。 一个VR系统的正常运作需要人们知道如何使所有的刺激同步。
下面的图片说明，光传感器被用来感应从眼睛反射的光线，一旦光线被瞳孔吸收，瞳孔的位置就会影响眼睛反射回来的光线，并被光电二极管感应到。
(三) 虚拟现实只是试图模拟人类在现实世界中的感知（大脑对感官的解释）。 三维VR环境不仅被设计成与现实世界一样，而且还能给人以体验。 事实上，当模拟的世界和现实世界尽可能相似时，VR就被认为是身临其境。
(四) 虽然在某种程度上，模拟可能是错误的，以至于体验是愉快的，但大脑可能不会被这样欺骗。 在其他情况下，这意味着模拟是如此错误，以至于用户体验到网络晕眩，而VR将大脑欺骗到运动晕眩的感觉。
晕动病是一些人在汽车、飞机或船上的恶心感觉。 它发生在模拟世界和真实世界不同的情况下，因此，感知对大脑来说是混乱的。
什么是虚拟现实& 其背后的技术
这里有一个视频供你参考：
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虚拟现实技术是一种模拟视觉的技术，最终形成一个3D环境，用户在浏览或体验该环境时似乎沉浸其中。 然后，该3D环境由正在体验它的用户进行全3D控制。 一方面，用户正在创建3D VR环境，另一方面，他正在用适当的设备体验或探索这些环境，如作为VR头盔。
一些设备如控制器允许用户控制和探索内容。
创建内容始于对计算机视觉的理解，该技术使手机和计算机能够处理图像和视频，从而能够像人类视觉系统那样理解它们。
比如说、 使用这种技术的设备将利用图像位置、周围环境和外观来解释图像和视频。 这意味着使用相机等设备，但也与其他技术如人工智能、大数据和视觉处理单元一起使用。
人工智能和机器学习可能依靠预处理的图像和视频数据（大量数据或大数据）来识别环境中的物体。 摄像机将使用blob检测、尺度空间、模板匹配和边缘检测或所有这些的组合来实现这一点。
不谈细节、 比如说、 边缘检测通过检测亮度将急剧下降或完全停止的点来生成图像。 其他方法使用其他技术来识别一个图像。
(i) 虚拟现实头盔试图通过在用户眼前放置一个屏幕来消除他们与现实世界的联系，从而帮助用户享受一个身临其境的3D环境。
(二) 每只眼睛和屏幕之间都有一个自动对焦镜头。 镜头根据眼睛的运动和位置进行调整。 这可以跟踪用户相对于显示器的运动。
(三) 另一端是一个设备，如电脑或移动设备，通过耳机上的镜片生成并将视觉效果呈现给眼睛。
(四) 电脑通过HDMI线与耳机连接，通过镜片向眼睛提供视觉效果。 当使用专用的移动设备提供视觉效果时，手机可以直接安装在耳机上，这样耳机的镜片只需放在移动设备的显示屏上，以放大图像或感知眼睛相对于移动设备图像的运动。并最终创造出视觉效果。
下面的图片是一个用户使用高端HTC VR头盔通过HDMI线拴在PC上。 我们有非拴式、拴式，甚至是无线的选择。
像上图中的高端VR设备是很昂贵的。 它们能提供高质量的沉浸式体验，因为它们使用了镜头和计算机以及先进的视觉方法。
点击这里查看视频，详细了解HTC Vive高端VR头盔。
对于低端和便宜的谷歌和其他纸板VR头盔来说，它们使用的是移动设备。 手机通常可以从头盔支架上拆下来。 被称为纸板的低端VR头盔要便宜得多，因为它们只有一个镜头，在制作时不需要先进的材料。
下面的图片是一个Cardboard VR头盔。 用户将手机插入纸板头盔内，将眼睛与世界其他地方隔绝开来，点击一个承载虚拟现实内容的VR应用程序，他们就可以以低于20美元的成本享受VR。
带有控制器的谷歌Cardboard VR头盔：
(v) 对于中档头盔，如三星Gear VR，头盔的设计是这样的：它有一个计算机设备大小的手机集成了一个镜头，而且不会出来。 这些都是便携式和移动式的，为使用VR内容提供了最好的自由。 用户只需购买头盔，连接到互联网，浏览VR内容，如游戏或下载，然后在VR。
三星Gear VR：
(六) 每个虚拟现实系统中的每个虚拟现实头盔和视觉生成事件都试图通过玩弄其中的一些因素来提高视觉的质量。
这些因素列举如下：
#1）视场（FOV） 或称可视区，是指显示器支持眼睛和头部移动的程度。 它是指设备将虚拟世界包含在你眼前的程度。 自然地，一个人能够在不移动头部的情况下看到周围大约200°-220°。 如果FOV导致对大脑的信息呈现错误，就会导致恶心的感觉。
双眼视距和单眼视距：
#2) 帧率 或GPU每秒钟处理视觉图像的速度。
#3）屏幕刷新率 这就是显示视觉图像的速度。
(vii) FOV至少为100，帧率至少为60fps，以及具有竞争力的刷新率是最低限度的要求，以提供最少的VR体验。
(viii) 延迟是与刷新率有关的一个非常重要的方面。 为了让大脑接受屏幕上产生的视觉图像与头部运动有关，延迟必须低，以便几乎立即提供视觉。 比如说、 7-15毫秒的滞后被认为是理想的。
谁可以使用VR？
这取决于需求。 人们可以将其用于娱乐，如玩VR游戏，用于培训，参加虚拟公司或挂机会议和活动等。 对于一个VR内容的消费者来说，你首先应该考虑的是购买什么类型的虚拟现实头盔。
它能与手机、P.C.或其他什么东西一起使用吗？ 内容可以在托管VR内容的媒体平台上在线访问，还是应该下载以便离线使用？
点击这里了解购买虚拟现实头盔的详细指南。
如果你是一家公司、团体或机构，打算在广告宣传、培训或其他应用中利用虚拟现实的沉浸式优势，可能有更多因素需要考虑，包括开发自己的VR应用和内容。
在这种情况下，你要拿出好的VR内容，影响你的观众，他们可以使用尽可能多的VR头盔观看。 你可能只想做一个有赞助和品牌的沉浸式VR视频，并在YouTube和其他地方在线发布。
你也可以为你的公司开发一个专门的VR应用程序--可能在安卓和许多其他VR移动和P.C.和非P.C.平台上运行--它将承载你的大量VR内容和广告，客户可以发现和观看。 你也可以在你的品牌VR内容旁边拿出一个品牌的VR头盔。
如果你是一个愿意为VR开发的开发者，你可以考虑购买支持SDK和其他开发工具的头盔。 然后好好掌握标准，以及用什么平台来开发VR。
虚拟现实的历史
| 年 | 发展 |
|---|---|
| 19世纪 | 360度全景画：充满了观众的视野，创造了身临其境的体验。 |
| 1838 | 立体照片和观看器：查尔斯-惠斯通展示了用立体镜并排观看二维图像，增加了深度和沉浸感。 大脑将它们结合成三维。 在虚拟旅游中找到了应用。 |
| 1930s | 利用全息技术、嗅觉、味觉和触觉建立基于谷歌的VR世界的想法；通过Stanley G. Weinbaum的短篇小说《Pymalion's Spectables》。 |
| 1960s | 伊万-萨瑟兰设计的第一个VR头戴式显示器。 它有专门的软件和运动控制，被用作培训的标准。 莫顿-海利格设计的Sensorama被用来让用户沉浸在布鲁克林街道上的骑车体验中。 这个单用户娱乐控制台产生立体显示，立体声，通过气味发射器产生气味，有风扇，还有一个振动的椅子。 |
| 1987 | Jaron Lanier创造了虚拟现实一词。 他是视觉编程实验室（VPL）的创始人。 |
| 1993 | 在消费电子展上宣布的世嘉VR头盔，用于世嘉Genesis游戏机，它有一个LCD屏幕，头部追踪和立体声。 为它开发了4个游戏，但从未超过原型。 |
| 1995 | 有史以来第一个具有真正3D图形的游戏便携式控制台，即任天堂虚拟男孩（VR-32）。 缺乏软件支持，使用起来不舒服。 VR在公共领域首次亮相。 |
| 1999 | Wachowiski兄妹的电影《黑客帝国》中的人物生活在描述VR的模拟世界中。 由于该电影的文化影响，VR进入了主流。 |
| 21世纪 | 高清显示器和具有3D图形功能的智能手机的蓬勃发展使轻量级、实用和可访问的VR成为可能。 视频游戏行业的消费者VR。 深度传感相机、运动控制器和自然人界面使人机互动变得更好。 |
| 2014 | Facebook收购了Oculus VR，开发了VR聊天室。 |
| 2017 | 商业和非商业应用中的多种VR设备 高端P.C.-系留头盔、智能手机VR、Cardboards、WebVR等。 |
| 2019 | 无线高端耳机 |
VR似乎是与增强现实技术携手发展的。
AR技术的发展。
虚拟现实的应用
| 应用 | 解释/说明 | |
|---|---|---|
| 1 | 游戏 | 过去和现在都是VR最传统的应用。 用来玩沉浸式游戏。 |
| 2 | 工作场所协作 | 员工可以远程协作完成任务，并有身临其境的感觉。 对于视觉效果对理解和完成任务至关重要的演示任务来说，这是很有利的。 |
| 3 | 疼痛管理 | VR视觉效果有助于分散病人大脑的注意力，使其混淆疼痛途径，免受痛苦。 用于舒缓病人。 |
| 4 | 培训和学习 | VR适合于演示和示范，例如外科手术的演示。 培训时不会将病人或受训者的生命暴露在危险之中。 |
| 5 | 创伤后应激障碍的治疗 | 经验后的创伤是作战士兵和其他经历过石化的人的常见疾病。 使用VR来重新活跃经验可以帮助医学专家了解病人的情况，并设计解决问题的方法。 |
| 6 | 自闭症管理 | VR有助于提高患者的大脑活动和成像，以帮助他们应对自闭症，自闭症是一种损害推理、互动和社会技能的疾病。 VR用于向患者和他们的父母介绍不同的社会场景，并训练他们如何应对。 |
| 7 | 管理和治疗社会病症 | VR被应用于监测焦虑症状，如呼吸模式。 医生可以根据这些结果给予焦虑症药物治疗。 |
| 8 | 对截瘫患者的治疗 | VR被用来为截瘫者提供不同环境下的刺激，而不需要他们去体验这些刺激。 例如，它被应用于帮助截瘫者重新获得对肢体的控制。 |
| 9 | 休闲 | VR被广泛地应用于旅游和观光业，如对旅游目的地的虚拟探索，以帮助旅游者在进行实际访问之前做出选择。 |
| 10 | 集思广益，预测、 | 企业可以在推出新的创意之前进行测试，与合作伙伴和合作者进行讨论。 VR可以用来体验和测试新的设计和模型。VR在测试汽车模型和设计方面非常有用，所有汽车制造商都有这些系统。 |
| 11 | 军事训练 | VR有助于模拟不同的情况，以训练士兵在不同情况下如何应对。 训练时不会将他们置于危险之中，同时节约成本。 |
| 12 | 广告 | VR沉浸式广告在整个营销活动中并作为其中的一部分非常有效。 |
虚拟现实和游戏
点击这里查看 Survios虚拟现实游戏演示
游戏可能是虚拟现实的最古老和最成熟的应用。 比如说、 即使是VR游戏，也很难与一些医疗和培训方面的VR应用区分开来。
点击这里查看《钢铁侠》VR演示
下面的图片显示，用户在《半条命》阿莱克斯VR游戏中探索场景：
虚拟现实的硬件和软件
虚拟现实硬件
VR技术的组织：
VR硬件用于产生刺激，操纵VR用户的传感器。 这些可以穿在身上，也可以在远离用户的地方单独使用。
VR硬件使用传感器来跟踪运动、 为 例子、 传感器包含收集用户身体的机械能的感受器。
硬件中的传感器将其从手部运动或按下的按钮中接收到的能量转换为电信号。 该信号被送入计算机或设备以采取行动。
VR设备
- 这些是促进VR技术的硬件产品。 它们包括个人电脑，用于处理来自用户的输入和输出，控制台和智能手机。
- 输入设备 包括VR控制器、球或跟踪球、控制器棒、数据手套、跟踪板、设备上的控制按钮、运动跟踪器、连体衣、跑步机和运动平台（虚拟Omni），采用压力或触摸来产生能量，转化为信号，使用户到3D环境的选择成为可能。 这些帮助用户在3D世界中导航。
- 计算机必须能够渲染高质量的图形，通常采用图形处理单元以获得最佳的质量和体验。 图形处理单元是卡上的一个电子单元，它从CPU获取数据，并操纵和改变内存，以加速在帧缓冲器中创建图像并传送到显示器。
- 输出设备 包括视觉和听觉或触觉的显示，刺激感官器官，向用户展示VR内容或环境，产生感觉。
虚拟现实头盔
不同的VR头盔的比较，类型，成本，位置跟踪的种类，以及使用的控制器：
虚拟现实头盔是一种用于向眼睛提供虚拟现实视觉效果的头戴式设备。 VR头盔包括视觉显示器或屏幕、镜头、立体声、头部或眼睛运动跟踪传感器或摄像机，原因也是如此。 它有时还包括集成或连接的控制器，用于浏览VR内容。
(i) 用于感知眼睛或头部运动和跟踪的传感器可包括陀螺仪、结构光系统、磁力计和加速计。 除了广告投放外，传感器还可用于减少广告的渲染负荷。 比如说、 在降低负载方面，传感器被用来跟踪用户注视的位置，然后在远离用户注视的地方降低渲染分辨率。
(二) 图像清晰度由相机质量决定，但也由显示分辨率、光学质量、刷新率和视场决定。 相机也被用来跟踪运动，例如用于房间规模的VR体验，用户在探索虚拟现实时在房间里移动。 然而，传感器在这方面更有效，因为相机通常给出一个较大的滞后。
(三) 有了P.C.--系带式VR头盔，当你探索VR环境时，在空间中自由漫游的能力是一个主要的问题。 内向外和外向内追踪是VR中使用的两个术语。 这两种情况都是指VR系统如何追踪用户和伴随设备在房间中漫游的位置。
内向型追踪系统，如微软HoloLens，使用放置在耳机上的摄像头来追踪用户相对于环境的位置。 外向型系统，如HTC Vive，使用放置在房间环境中的传感器或摄像头来确定耳机相对于环境的位置。
(四) 通常，VR头盔分为低端、中端和高端虚拟现实头盔。 低端包括与移动设备一起使用的纸板。 中端包括像三星移动VR Gear VR与专用移动电脑设备和PlayStation VR；而高端设备包括像HTC Vive、Valve和Oculus Rift等P.C.-tethered和无线头盔。
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VR软件
- 管理VR的输入/输出设备，分析传入的数据并产生适当的反馈。 对VR软件的输入必须是准时的，而它的输出响应也应该是及时的。
- VR开发者可以使用VR头盔供应商提供的软件开发工具包建立自己的虚拟世界生成器（VWG）。 SDK提供基本的驱动程序作为访问跟踪数据和调用图形渲染库的接口。 VWG可以为特定的VR体验提供现成的。
- VR软件通过互联网从云端和其他地方转发VR内容，并帮助管理这些内容。
虚拟现实音频
一些头盔集成了自己的集成音频耳机。 其他的则提供了使用耳机的附加选项。 在虚拟现实音频中，通过使用位置性的多喇叭音频--通常称为位置性音频--来实现耳朵的3D幻觉。 这给用户提供了一些线索，以引起他们的注意，甚至为用户提供一些信息。
这项技术现在在家庭影院环绕声系统中也很常见。
总结
这个深入的虚拟现实教程介绍了虚拟现实的概念，通常简称为VR。 我们深入研究了它的工作原理，包括在电脑和手机环境里面制作3D视觉效果的细节。 这些电脑处理方法包括最新的AI等，在VR中，它根据基于大数据的训练过的机器记忆来处理图形和图像。
我们还学习了耳机镜片如何与眼睛一起工作，利用进出眼睛的光线来产生这些虚拟图形幻觉。
在这个虚拟现实教程中，我们也考虑了影响用户对VR体验质量的因素，以及如何改善这些因素。 然后我们深入研究了VR的应用，其中包括游戏和培训。
最后，这个虚拟现实教程研究了虚拟现实系统的组成部分，包括头盔及其所有部件、GPU和其他辅助设备。