虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术。它是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境，可以真实的模拟现实世界可以实现的（甚至是不可实现的）物理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作、实践，与虚拟的环境交互作用。

虚拟现实技术是建立在三维计算机图形学技术、多功能传感及交互接口技术、高清晰度显示技术等一系列新技术的基础上。虚拟现实系统主要由计算机、显示设备、位置跟踪设备及其他交互设备等硬件及相关软件构成。

虚拟现实技术已在产品和建筑设计、产品（如汽车）寿命及安全试验、电影拍摄、娱乐休闲、体育健身、教育培训、军事演习、医疗诊断等诸多领域得到应用，它将是21世纪广泛应用的一种新技术。

虚拟现实 21世纪将广泛应用的技术新宠

虚拟现实技术在汽车工业中的应用

对汽车工业而言，虚拟现实既是一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种人工环境，人们可以在这中环境中以一种“自然”的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、试验和培训等方面。

虚拟现实技术，是近年发展起来的高级计算机技术，是建立在计算机图形学、仿真学、并行技术、人工智能、多媒体技术及高性能计算机系统等技术基础之上的。目前世界上对它还没有一个确切的定义，不同的人对其有不同的理解。那么，何谓虚拟现实呢？比较有代表性的解释有下列三种：

(1) 虚拟现实有时也称灵镜和幻境，英文名称Virtual Reality，简称VR，是一种可以创造和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。这里所说的虚拟世界是全体虚拟环境（Virtual Environment）或给定仿真对象的全体。而“虚拟环境”一般是指用计算机生成的有立体感的图形，它可以是一特定现实环境的表现，也可以是纯粹构想的世界。

(2) 虚拟现实是使人可以通过计算机看见、操作极端复杂的数据并与之交互的一种方式。

(3) 虚拟现实是一种媒介，它具有三维合成环境，人们可以按自己的意愿，从任选视点实时地在其中连续而自由地探测、考察和体验。

Virtual Reality 一词最早是由美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier 于20 世纪80 年代初正式提出来的，他认为，与传统的“人—机界面”相比，虚拟现实技术具有质的飞跃。传统的“人—机界面”是将用户和计算机视为两个独立的实体，将界面视为信息交换的媒介，用户将要求或指令输入计算机内，计算机将信息或动作反馈出来。而虚拟现实技术则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息可视化，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地操作和控制各种信息，由此成为信息的主人。

虚拟现实技术具有多感知性（Multi— Sensory）、交互性(Interaction)、沉浸感(Immersion)、自主性(Autonomy)4 个重要特征。沉浸感是指用户有“身临其境”的感觉，而交互感是指用户可以用日常使用的方法对环境内物体进行操作。

全球虚拟现实技术发展方兴未艾，美、日、欧等工业国家预备将该项技术作为竞争未来市场的关键手段。对汽车工业而言，虚拟现实既是一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种人工环境，人们可以在这中环境中以一种“自然”的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、试验和培训等方面。

在汽车产品设计中的应用

借助虚拟现实技术建立的3 维汽车模型，可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每一个焊接点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高，汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。

美国通用公司是全球汽车界最早利用虚拟现实技术的公司之一。它采用的虚拟现实软件具有3 个图形流水线部件，可分别投影在设计师的左边、前面和地面上的大屏幕上，另外一台单独的桌面系统有时用做右面的第四面墙，设计师借助于该软件就能设计一辆惟妙惟肖的汽车。

在通用公司的技术中心，当工作人员进入正在进行虚拟现实工作的工作室时，戴上立体滤色眼镜或头盔式显示器、数据手套等显示设备，在大屏幕上就可以看到和真实的汽车一样大小的三维立体图像，它具有完全真实的立体空间，人们可以围绕汽车来回走动观察，提出各个部位的改进设想，也可以在另一个设计室中，坐在汽车的座椅上，让各种各样的仪表板、变速杆及各种附属装置都显示在他们的眼前，还可以和坐在驾驶室另一侧的工程师一起，对汽车的内装置进行评价、改进。这种活生生呈现在你眼前的虚拟现实的情景，使你感到完全是身临其境，在用自己的想象创造一辆汽车。

而在福特汽车公司，产品设计师运用虚拟现实软件可以看到虚拟汽车车门及发动机罩的铰接，可以设想在驾驶室的座位上来解决人机工程和视野问题。也可以观察到汽车在乡村公路

上奔跑的情景。同时，动力系统的工程师借助更换一个虚拟机油滤清器来模拟发动机的维护。

最近，位于美国威斯康星洲的一个名叫“M & L 汽车专家”的公司，用一种能产生汽车虚拟模型的计算机软件设计了一辆时速可达200 英里、取名为“扑食者”的轿车，该车是世界上第一辆不用图纸和黏土模型设计的汽车。这种软件不但能模拟显示汽车的外观形状，还可以模拟汽车的内部构造及运作情况。“扑食者”在设计时先把整车分成若干部分，设计者逐个部分进行修改，直到满意为止。然后进行组装，即使各设计好的部分组装成了一辆完整的汽车，仍可以对其进行整体修改。

在戴姆勒—克莱斯勒公司耗资巨大的梅赛德斯汽车设计中心里，设计人员可在该中心提供的“虚拟现实中心”的虚拟环境中进行工作，车身设计师可以在这里检查车体的线条和轮廓，检测车身表面的光洁度，分析汽车的空气动力学性能等。

据报道，通用和戴姆勒—克莱斯勒公司采用虚拟现实技术开发一种新车型的时间从1 年以上缩短到两个月左右，开发成本最多可降到原先的十分之一，而按常规，单单就车型开发时间看，新款汽车的设计，至少需12～18 个月。

在马自达汽车公司的汽车虚拟演示室，为了让顾客购买到理想型号的汽车，配有特制的头盔和手套。顾客可以通过头盔和手套，来改变汽车的颜色和构造。

虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂，虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统，是利用计算机支持技术对必须生产和制造的汽车进行全面建模和仿真，它能够仿真非实际生产的材料和产品，同时产生有关它们的信息。也可以制定零件生产的机加工方案、拟定产品检验和试验步骤等。

虚拟制造系统(Virtual manufacturing system)由虚拟信息系统(Virtual information system)和虚拟物理系统(Virtual physical system)组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统，主要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息；而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间、包括机床、材料、工人等进行建模，并在此模型的基础上进行仿真实际制造系统的制造过程。虚拟物理制造系统中的信息和实际的制造系统相一致，它是虚拟制造系统的关键。

虚拟制造技术的应用范围涉及到汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至样车的设计之前，很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。在汽车柔性生产系统（ FMS）、计算机集成制造系统（CMIS）的设计和应用中，就广泛运用了虚拟现实技术。

早在1997 年，福特汽车公司就宣称，它已成为第一个采用计算机虚拟设计装配工艺的汽车厂商。这些技术的采用可以极大地促进该公司更快地向市场推出新轿车、卡车。福特公司使用的是以色列Technomatix Technologies 公司所提供的软件。

据报道，在美国通用汽车公司，汽车设计师可以利用虚拟现实原型技术精心进行测试，工作人员可以驾驶虚拟汽车在虚拟公路上行驶，以便检查汽车的各种功能，或坐在驾驶室中检查视野情况等。此外，虚拟制造系统还被应用到齿轮的并行设计和装配以及机器人的训练等地方。

由于生产过程和设计过程都在使用同样的计算机虚拟模型和设备模型，因此，可以对设计、制造等生产过程进行建模，在产品设计阶段，实时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性，从而更有效、更经济、柔性灵活地组织生产，使工厂和车间的设计与布局更合理、更有效，以达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计的最优化、生产效率的最高化。

日产利用虚拟现实技术，模拟生产线上的过程，它使用虚拟工具，虚拟机械手和虚拟雇员（穿着与日产汽车工人一样的蓝色制服），利用数据库中已经存在的CAD 信息模拟一种虚拟的生产线，使各生产过程中的不同问题呈现出来。

例如：日产曾用虚拟现实软件“试线”，模拟从仪表板上拆除气囊组件，这时发现挡风玻璃碍事，总装线上的工人得窝着脖子干活，由于预先发现了这一问题，并得到了及时解决，避免了正式生产时的麻烦。

虚拟现实引爆石油工业发展革命

当今世界石油工业已经发生了巨大的变化，大规模人海战术早已不再适应石油工业的发展，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用正对石油工业进行着一场前所未有的革命。

虚拟现实已经被世界上一些大型石油企业广泛地应用到石油工业的各个环节，对石油企业提高勘探开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。它可以具体应用到以下几个方面：

营造身临其境的环境

可视化是实现人与计算机交互的窗口和工具，没有可视化技术，计算机中的一堆数字是无任何意义的。虚拟现实能够通过高端三维投影系统，对油气勘探开发所涉及的多种数据进行充分、实时的展示，为石油的勘探与油层分析提供了身临其境的感觉。

它是一种解释性语言，不仅支持数据和过程的三维表示，而且能使用户走

进视听效果逼真的虚拟世界。让使用者能对研究对象进行全方位、多层面、多维、多尺度的立体感知，并以交互的方式对其进行综合分析、协同工作，以达到对勘探开发目标进行综合、高效、科学的研究和认知的目的。

提高人们对勘探目标的识别能力

虚拟现实系统通常具有地震数据体层位解释、断层解释、属性分析、分频处理、井轨迹设计等完整的油气勘探开发辅助分析功能，因而能够极大地提高油气勘探开发的精度和效率，降低勘探开发的风险。以前需要几个月才能整理研究的数据，通过虚拟现实技术只要几天就可以完成。

虚拟现实状态下开展地震资料常规解释，包括层位的自动和手动追踪、断层解释、地质体刻画、透视，可以生成和分析多种地震地质属性，可以实时确定井位并检查钻井工程的可实现性，还可以与油藏数值模拟系统连接，模拟分析油田开发效果。

方便对地质三维模型的深入研究

石油工业的从事者(例如地质学工作者、地球物理学工作者和采油工程师)喜欢使用要研究的储集层的3维模型。这些模型使用许多不同来源的信息构建，通过虚拟现实技术，地质学家可以更轻松地操纵、查询和调查包含所有不同数据类型的大储集层模型，以加快探测的进度，增进交流，降低出错的风险，做出更有效率的决策。

2003年12月25日，中国石油工业的第一套虚拟现实系统(“Petro-One”)在中国石化股份有限公司石油勘探开发研究院建成并投入使用，为我国的石油勘探事业揭开了全新的一页。

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