VR，AR和MR外，还有CR，业界到底弄明白它们没有？ 2021-03-30

摘要 ：VR，AR和MR外，还有CR，业界到底弄明白它们没有？

VR，AR和MR这三个词目前在互联网上非常红，但它们究竟是什么意义？它们之间的异同点是什么？它们之间的关系是怎样的？

VR/AR — 虚拟现实和增强现实的关系

让我们先从一个点R0开始聊，这个点叫做原生感知现实。这是正常人类的视觉系统能看到并理解的世界。简单点来说，这就是一对叫“人眼”的相机拍到的一组照片，就是裸眼画面。

以此为原点，向右延伸，我们就有了一根数轴。数轴上的标度代表了我们往裸眼画面上投放数字信息的多少（Amount of Augmentation）。投放后呈现在我们眼中的画面就是增强现实。

当数轴上的标度不断增加，我们会离R0越来越远。最终，我们会得到一个极端情形，即虚拟现实。在这个离R0无穷远的点上，我们的裸眼画面完全被数字内容覆盖。现实中的事物，也和我们的双眼毫不相关。因此，VR是AR轴上的一个点，是AR的一个极端情形。我们说VR是AR的一个真子集。

根据增强现实量的多少，我们可以标出各个主流智能眼镜在数轴上的位置。

MR — 数字化的视觉感知

让我们再回到R0，并开始另一个维度的延伸。之前说R0是裸眼画面，不同的人甚至是不同的物种，各自的裸眼画面是不一样的。有的人高，有的人矮，老鹰看得远，驯鹿看得暗。因此，在对现实本身的感知能力上我们还有另一条线。这条数轴从R0往竖直方向延伸，标度代表视觉感知能力的大小。这条线和原先的AR轴相交构成一个平面，这个平面就是之前提到的叫MR Continuum的东西。

较之VR和AR，MR的概念范围更大，不仅要身兼AR和VR，还需要在协调的基础上，开创新的技术，钻研新的算法。以这些概念为核心的智能眼镜的出现将使人们对计算机的认识产生观念上的变化。这是一个哲理，也是人类史上计算机发展的一个潮流。

一、首先看看这三个概念的定义和要素

1、VR，Virtual Reality，虚拟现实

是一种通过计算机模拟真实感的图像，声音和其他感觉，从而复制出一个真实或者假想的场景，并且让人觉得身处这个场景之中，还能够与这个场景发生交互。

VR要素

沉浸感，一种让人身处虚拟场景内的感觉，依靠遮挡真实场景的光线，提供尽可能大的视角，具有真实感的画面，三维，立体甚至光场的视觉，环绕声场和其他感官的刺激实现。

交互性，用户可以和虚拟场景中的内容发生实时交互，对用户行为具有真实感的响应，可以有视觉上，力觉上，听觉上和其他感官上的回馈，依靠传感器，软件运算，执行机构等系统实现。

假想性，可以根据设计者的想象设计出各种各样的虚拟场景，内容来源于现实而高于现实，可以在一定程度上违反物理定律，超现实的虚拟场景，依靠人为想象，软件设计，特效等途径实现。

2、AR，Augmented Reality，增强现实

是一种直接或间接地观察真实场景，但其内容通过计算机生成的组成部分被增强，计算机生成的组成部分包括图像，声音，视频或其他类型的信息。

AR要素

现场感，通过直接（镜片透视）或间接（摄像头拍摄，实时播放）观察真实世界，处于什么现场就显示什么现场。

增强性，对现场显示的内容增加额外信息，包括图像，声音，视频或其他信息。

相关性，计算机必须对现场进行认知，增加的内容和现场具有相关性，包括位置相关，内容相关，时间相关等等。

3、MR，Mixed Reality，混合现实

一种将真实场景和虚拟场景非常自然地融合在一起，它们之间可以发生具有真实感地实时交互，让人们难以区分哪部分是真实的，哪部分是虚拟的。

MR要素

现场感，真实场景和来自现场，通过镜片透视或摄像头方式取得，和AR一致。

混合性，真实场景和虚拟场景自然地合在一起，发生真实感地交互，包括遮挡，碰撞等。

逼真性，虚拟场景的显示效果接近真实场景，不容易辨别。

VR，AR和MR的形象化描述

根据以上定义，再分析一下VR，AR和MR之间的异同点和关系。

二、分析VR和AR的异同点和关系

VR首先强调的是沉浸感，完整的虚拟现实体验，由于虚拟场景可以人为设计，也不要求现场感，而真实场景的画面往往是会破坏VR沉浸感的，因此VR需要隔绝外界光线，从产品的设计上也是尽可能让虚拟场景占满整个视野，避免真实场景画面进入眼睛，自然光线进入眼睛中在VR产品中被称为漏光，是不良指标。

良好的VR体验要让体验者忘记身处的现实，进入VR场景就像进入梦境一般，我们可以把VR体验比喻成“白日梦”（Google的VR平台名字正好也叫DayDream，白日梦）。“做梦”和用户身处的现实环境并没有太大关系，这也是VR的最高境界。交互性是VR非常重要的方面，用户可以和整个虚拟场景交互，让用户感觉身处一个具有完整体验的世界之中，没有交互性的VR会退化到球幕电影。

AR首先强调的是现场感，AR展现的内容必须和现场息息相关，没有现场也就谈不上增强了，所以AR要尽可能将真实现场的画面占满用户的整个视野，要让用户很自然地观察真实现场，削弱自然光线的设计往往导致不良体验（室外，光线太强的情况除外）。

AR需要通过光线透射设计或者用广角摄像头拍摄现场，并实时显示出来。光显示现场肯定是不够的，要不就退化成普通眼镜或者普通视频监控了，AR必须对场景进行实时理解，理解包含对场景的三维结构和内容，比如知道地面的位置，墙壁的位置，空间的尺寸，哪里是通道，哪里会碰撞等等，对场景中的内容能够正确识别，比如哪些是汽车，哪些是人，哪些是建筑等等。对场景理解后就可对其进行增强了，增强的方面可以非常多，比如把墙壁的颜色换掉，在地面上显示导航箭头，在物品旁边显示名字等等。没有对场景理解的AR是伪AR，比如在视频上随意贴些文字，标签，这些信息的具体内容和显示位置并不会跟随现实场景发生相关性的变化，都是人工事先设定好的。

通过上面的分析，VR和AR的相同点是都需要使用计算机图形图像（CG，Computer Graphics）技术绘制虚拟图像，其中VR对图像的逼真度要求更高，而且VR中的图像全部由计算机绘制，因此对计算机的图像绘制性能要求高，往往需要配置高性能的GPU，而AR中大部分图像是通过镜片透射或摄像头拍摄的，计算机绘制的图像占比较少，而且是以信息性为主的，对图像逼真度要求较低，因此对图形绘制性能要求不高。但AR需要对场景进行理解，理解场景不是简单的事，需要用非常复杂的算法，并且需要实时运行，这样AR对CPU的运算性能要求非常高。

VR和AR不同点是，VR要尽可能多地隔绝现实，AR要尽可能多地引入现实，两者在这方面的要求截然相反，VR设备会使用海绵等材料将眼睛和屏幕封闭起来，让外面的光线进不来，而AR设备会选用透光率高的镜片，广角的摄像头等部件，将外面的光线尽量请进来。VR对GPU的要求高，而对CPU的要求相对较低，AR对CPU的要求高，而对GPU的要求相对较低。

综上所述，VR和AR是平行的关系，虽然VR和AR中有相同的部分，但也有截然不同的部分，而且截然不同的部分才是区分VR和AR的重点，因此他们之间无法互相包含，VR不是AR的子集，AR也不是VR的子集。

三、分析MR和AR的异同点和关系

MR也强调现场感，MR里看到内容也和现场息息相关，首先是现场的画面占满用户的视野，然后通过对现场的三维结构和内容的理解，将计算机生成的，逼真的虚拟图像融合进去，MR要求的是三维融合，不能仅仅将虚拟图像覆盖在真实图像上，虚拟图像中的物体具有三维坐标，具有景深（物体有远近感），虚拟物体和真实场景中物体需要能够相互遮挡，具有真实空间感，真实的光照感，MR需要用户难以分辨看到物品是真实场景中的还是计算机虚拟出来的，如果用户难以分辨真假，就通过了图像智能领域的图灵测试，这是MR的魅力所在，也是技术难度最高的地方。

MR和AR都是强调现场感，都是对现场具有增强作用，因此从基础上来说，MR和AR是一致的，MR和AR都要求尽可能将现场的画面融合进来，而且都需要对现场进行实时理解，然后将计算机生成的虚拟图像相关性地融合进去，因此对现场增强是MR和AR的相同点。

MR强调虚拟图像的真实性，需要和真实场景进行像素级交叉和遮挡，要求虚拟场景具有真实的光照，和真实场景自然混合在一起，而AR更加强调虚拟图像的信息性，需要在正确的位置出现，给用户增加信息量，但其和真实场景的遮挡和光照不做强调，这是MR和AR的不同点。

MR和AR都是对现实的增强，因此他们有最大的共同点，AR对虚拟图像的真实感不做严格要求，但越真实越好，而MR对虚拟图像具有严格的真实感要求，因此AR的定义比MR更加宽泛，MR比AR更加严格，因此MR和AR是被包含关系，MR是AR的子集（高真实感的AR）。

四、其他家的MR

另外，互联网上还出现了另外几个MR，容易和本文中提到的MR混淆，它们是：

MR，Mediated Reality，介导现实，一种人们不仅仅是是通过肉眼，而是通过设备感知的现实，对现实的内容发生了一些改变，包括增加，减少了信息，是一种更加宽泛的概念。

基本上，介导现实囊括了所有非完全通过肉眼观察世界的情况，包括通过屏幕看到的虚拟世界，所看到的画面或其他感觉相比肉眼看真实世界有所改变（从这个定义来看，人们戴上近视眼镜观察真实场景也属于介导现实的范畴） 。

介导现实包含了VR，AR，MR

另外英特尔提出的MR是Merged Reality的缩写，和Mixed Reality意义有所不同，在下面一节单独分析。

再有，要绘制虚拟图像，就需要采用计算机图形图像技术（CG，Computer Graphics），计算机屏幕是栅格的，一个栅格就是一个像素，该像素一般由RGB三个子像素组成，通过三原色混色原理形成彩色，一个像素同一时刻只能显示一种颜色，一个屏幕上有千千万万个像素，像素的数量称为屏幕的分辨率，一定的长度上的像素数量称为像素密度（比如PPI代表1英寸长度上的像素数量），分辨率越高，则图像的细节越多（信息量越大），像素密度越高，则图像越细腻（越不容易看出图像是由一个个像素组成的）。计算机图形图像技术就是一门怎样在栅格屏幕上显示出图像的技术，包括二维图像，三维图像，也包括文字（文字也要变成栅格图像才能在屏幕上显示）。VR，AR和MR里显示的虚拟图像就是栅格图像，离不开计算机图形图像技术的支持，因此VR，AR和MR是CG的具体应用，应该包含在CG内。

光栅图像，PPI值越大，图像越细腻

CG属于计算机技术（Computer Technology），因此CG包含在计算机技术内。

而介导现实可以使用计算机技术也可以不使用计算机技术（比如纯光学技术），因此介导现实并不完全包含在计算机技术内。

1、关于英特尔的MR

英特尔近期发布的Project Alloy称为Merged Reality，缩写也是MR，Alloy设备从外观看更加接近VR，是一个封闭结构的头盔，屏幕中的内容都是计算机绘制的，但英特尔为什么不称其为VR呢，英特尔的理由如下：该头盔具有感知真实现场的功能，虽然真实现场的画面没有直接在头盔中显示，但是它会对计算机绘制的画面实时产生影响，比如它可以感知用户位置的变化，如果用户戴着Alloy头盔向前走一步，设备可以准确地感知到这个距离变化并立刻反映在虚拟画面中（比如让虚拟画面向后退一步）。

可能有人会说，那HTC VIVE和Oculus Rift也能做到啊！英特尔的解释是它们需要借助外部设备才能做到（HTC VIVE要借助外部激光定位设备，Oculus Rift借助外部红外摄像头），而Alloy完全不依赖外部设备，Alloy上面有“眼睛”通过“观察”真实场景推算自身的位置和角度，使用的方法是SLAM算法，而这个正是AR设备的功能。另外Alloy还可以实时识别用户的手势，并和虚拟世界交互，而且Alloy还能实现用户之间交互，这个交互并不完全通过网络，而是有一个真实的用户接近Alloy时，Alloy能够感知出来，并立刻反映在虚拟画面中（比如虚拟画面里出现了一个人）。

从而实现了虚拟世界和真实世界的融合（至少戴着Alloy头盔不会撞到真实世界的墙壁了）。所以英特尔称之为Merged Reality，该MR和混合现实的定义又有所不同。从技术实现上分析的话，英特尔的Merged Reality同时使用了VR技术和AR技术，所以英特尔称Merged Realiy=VR+AR。

不过从功能上来说，Alloy是VR的增强版，主要还是VR体验，只不过使用了一些AR的技术，让VR体验更优秀，所以用VR+来定义更加贴切一些。

2、关于微软的MR

自从Hololens问世以来，大家一直称之为AR设备，但是微软CEO在今年6月份的微软开发者峰会上说，Hololens不是AR设备，而是MR（Mixed Reality）设备，猜想的理由是大家称Google Glass为AR眼镜，而Hololens显然比Google Glass强多了，说是AR设备的话就拉低到Google Glass的水平了，微软不太愿意。

既然称为MR设备，Hololens肯定有比Google Glass强的地方，微软的解释是Google Glass只能将虚拟场景和真实场景简单叠加显示，虚拟和真实并没有很好地融合，Hololens则可以让虚拟和真实融合起来，比如Hololens中显示的画面可以贴到真实场景中的墙上，用户转动头部时，画面并不会随着转动，而是保持贴在墙上的感觉，用户会感觉到画面是在墙上的而不是在眼镜上的，但Google Glass中画面就会一直跟随眼镜，用户只会感觉到画面是在眼镜上的。另外，Hololens还可以让用户和虚拟场景互动，对用户的手势实时识别，用户的手是能够触碰到虚拟物体的，比如用户的手可以击中虚拟的球。

其实，按照AR的定义，如果完全实现AR功能的话，已经是非常酷了，AR并不是简单地将虚拟画面叠加到真实场景中，而必须对真实场景进行认知，包括三维结构和内容，这样计算机绘制虚拟画面才能很好对现实进行“增强”，比如要在道路上显示一个导航箭头，如果没有正确识别道路的位置，这个箭头是不可能画得好的，无法和道路很自然地贴合起来。

纵观Google Glass的两代产品，其实现的功能其实还不能算是AR，Google Glass是一个穿戴式移动设备，包含摄像头，显示屏，处理器和电池，用户使用Google Glass基本上是看看屏幕上显示的天气，时间，资讯等内容，和眼镜外面的真实场景并无太大关联，另外Google Glass一个重磅功能声控拍照和浏览照片，该功能也只能说是一台戴在眼睛上微型相机，并非AR设备。

但Google Glass是以AR眼镜的口径切入市场的，虽然Google Glass并很好地实现AR功能，但市场上都称Google Glass为AR设备，大家也就把AR的概念降级到Google Glass的水平了。其实Hololens更像是AR设备，而且Hololens现身后，市场上的大部分专业人员也是这么认为的，后来可能是市场定位的原因，加上Magic Leap的火爆（Magic Leap称自己的设备为MR设备），使微软不甘于成为已经被Google Glass降级的AR设备，所以有了后来微软改口一说。

所以根据以上的分析，Hololens还是偏向AR的，但比AR多了交互功能，所以用AR+来定义更加贴切一些。

虽然VR，AR（MR）在定义上有严格地区分，但在产品上其实是可以融合的，具体的产品可以既包含VR的功能也包含AR的功能，可以在这两个功能之间切换，或者在不同的软件下实现VR或AR的功能，比如普通的智能手机，安装AR软件后可以实现AR功能，放入Cardboard运行VR软件时又实现了VR功能。

VR，AR（MR）各有各的应用场合，各有各的存在空间，再强大的AR设备也无法替代VR功能，因此同时兼容VR和AR功能的设备很可能会成为下一个开发热点，也许那种设备会被称为XR设备吧。

VR（虚拟现实）

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。

虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。

▶ 模拟环境

模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。

▶ 感知

感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。

▶ 自然技能

自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。

▶ 传感设备

传感设备是指三维交互设备。

发展历史

90年代，虚拟技术的理论已经非常成熟，但对应的VR头盔依旧是概念性的产品。1991年出现的一款名为“Virtuality1000CS”的VR头盔充展现了VR产品的尴尬之处—外形笨重、功能单一、价格昂贵。但VR游戏的火种却也在这个时期被种下，任天堂1995年推出的Virtual Boy主机被《时代周刊》评为“史上最差的50个发明”之一，仓促推出市场使得硬件由头戴式变成了三脚架支撑，加上画面显示的红色单一色彩，配属游戏作品纷纷跳票。“VirtualBoy"仅仅在市场上生存了六个月就销声匿迹，VR游戏的首次尝试也就随之烟消云散，但也为VR硬件进军To C市场打开了一扇门。

现今VR产业火爆，起因是因为2012年Oculus Rift通过国外知名众筹网站KickStarter募资到160万美元，后来被Facebook以20亿的天价收购。而当时Unity作为第一个支持Oculus眼镜的引擎，吸引了大批开发者投身VR项目的开发中。

正式打响了这场VR之战，但经历首轮引爆后，2014年Google发布了Google CardBoard，让消费者能以非常低廉的成本通过手机来体验VR世界，直接点燃了今日的”Mobile VR”超级大战。

2016年VR元年，因为公认的三大头盔厂Oculus、Sony、HTC之前只是推出了开发者版本，2016年正式推出了消费版产品。

特征

▶ 多感知性

指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。

▶ 存在感

指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。

▶ 交互性

指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

▶ 自主性

指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。

关键技术

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。

▶ 实时三维计算机图形

相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。

▶显示

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

▶跟踪技术

在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。

跟踪头部运动的虚拟现实头套：

在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度，我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在，已经有一些设备可以提供六个自由度，如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等。另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。

▶ 声音

人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

▶ 感觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

▶ 语音

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

技术特点

▶ 沉浸性

沉浸性使之所创造的虚拟环境能使使用者产生“身临其境”感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。

▶ 交互性

交互性是在虚拟环境中，使用者如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中使用者是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。

▶ 构想性

构想性是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸于此环境中的使用者获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使使用者产生新的构思。

“作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统 操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

技术应用

▶医学

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。

在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如，导管插入动脉的模拟器，可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作；眼睛手术模拟器，根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像，并带有实时的触觉反馈，学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程，并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。还有麻醉虚拟现实系统、口腔手术模拟器等。

外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。

▶ 娱乐

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的VR游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。

作为传输显示信息的媒体，VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外，VR提高了艺术表现能力，如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器，手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。

对艺术的潜在应用价值同样适用于教育，如在解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟的物理实验室”，用于解释某些物理概念，如位置与速度，力量与位移等。

▶ 军事航天

模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训练，该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术，可模拟零重力环境，替非标准的水下训练宇航员的方法。

▶ 房产开发

随着房地产业竞争的加剧，传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需要。因此敏锐把握市场动向，果断启用最新的技术并迅速转化为生产力，方可以领先一步，击溃竞争对手。虚拟现实技术是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销方式，在国内的广州、上海、北京等大城市，国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门，是当今房地产行业一个综合实力的象征和标志，其最主要的核心是房地产销售！同时在房地产开发中的其他重要环节包括申报、审批、设计、宣传等方面都有着非常迫切的需求。

房地产项目的表现形式可大致分为：实景模式、水晶沙盘两种；

其中可对项目周边配套、红线以内建筑和总平、内部业态分布等进行详细剖析展示，由外而内表现项目的整体风格，并可通过鸟瞰、内部漫游、自动动画播放等形式对项目逐一表现，增强了讲解过程的完整性和趣味性。

▶ 工业仿真

当今世界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企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，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。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。

工业仿真系统不是简单的场景漫游，是真正意义上用于指导生产的仿真系统，它结合用户业务层功能和数据库数据组建一套完全的仿真系统，可组建B/S、C/S两种架构的应用，可与企业ERP、MIS系统无缝对接，支持SqlServer、Oracle、MySql等主流数据库。

工业仿真所涵盖的范围很广，从简单的单台工作站上的机械装配到多人在线协同演练系统。下面列举一些工业仿真的应用领域：

·石油、电力、煤炭行业多人在线应急演练

·市政、交通、消防应急演练

·多人多工种协同作业（化身系统、机器人人工智能）

·虚拟制造/虚拟设计/虚拟装配（CAD/CAM/CAE）

·模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等

·军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗

·地形地貌、地理信息系统（GIS）

·生物工程（基因/遗传/分子结构研究）

·虚拟医学工程（虚拟手术/解剖/医学分析）

·建筑视景与城市规划、矿产、石油

·航空航天、科学可视化

▶ 数字地球

数字地球建设是一场意义深远的科技革命，也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球，进而管理好地球。

拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。从战略角度来说，数字地球是全球性的科技发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台和集成，现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性。

而从科技角度分析，数字地球是国家的重要基础设施，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华，是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。

虽然虚拟现实技术现在看起来还非常初级，但是终有一天它将成为我们与计算机交互方式最大的一种转型，改变人们与科技之间的关系。虚拟现实技术未来最终将让我们与虚拟世界之间，更加自然的交互。

那么到底什么是AR? 

增强现实（Augmented Reality，简称AR）它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

 AR = 真实世界 + 数字化信息 

Microsoft HoloLens全息眼镜可以投射新闻信息流，收看视频，查看天气，辅助3d建模，协助模拟登录火星场景，模拟游戏，很成功地将虚拟和现实结合起来，并实现了更佳的互动性，使用者可以很轻松地在现实场景中辨别出虚拟图像并对其发号施令。

 什么是MR? 

混合现实（Mix reality，简称MR）既包括增强现实和增强虚拟，指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境，在新的可视化环境里物理和数字对象共存并实时互动。

 MR=VR + AR=真实世界 + 虚拟世界+ 数字化信息 

● 看下面这张动图你就懂了 ●

magic Leap目前还没有产品，所看到的让人吃惊的画面也仅为概念视频，并不是我们所想象的裸眼3d，因为影像是要投到介质上的，只能说是一个让人惊艳的效果图

VR

Virtual Reality，虚拟现实，是指利用计算机技术模拟产生一个为用户提供视觉、听觉、触觉等感官模拟的三度空间虚拟世界，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界进行自然的交互。用户进行位置移动时，电脑可以通过运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感，令用户及时、无限制地观察该空间内的事物，如身临其境一般。硬件代表是Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR、三星Gear VR等，游戏代表是《极乐王国》，它是全球首个VR社交游戏平台。

AR

Augmented Reality，增强现实，是一种实时计算摄影机影像位置及角度，并辅以相应图像的技术。这种技术可以通过全息投影，在镜片的显示屏幕中将虚拟世界与现实世界叠加，操作者可以通过设备互动。硬件代表作是大名鼎鼎的Google Glass，游戏代表作是《精灵宝可梦Go》，这款游戏曾经风靡全球。

MR

Mix reality，混合现实，指的是结合真实和虚拟世界创造了新的环境和可视化三维世界，物理实体和数字对象共存、并实时相互作用，以用来模拟真实物体，是虚拟现实技术的进一步发展。硬件代表作是Hololens和Magic Leap，游戏代表作是《超次元MR》。

剖析三者关系

VR、AR和MR它们的从属关系是这样的：VR概念最小，AR概念包含了VR，MR概念最大，包含了VR和AR。

简单地说，VR看到的图像全是计算机模拟出来的，都是虚假的，因此利用VR技术可以凭空在臆造出一位绝世美女或者超级帅哥，由于VR出的较早大家都比较容易理解，这里不多说了。

VR看到的图像全是计算机模拟出来的

AR是将虚拟信息加在真实环境中，来增强真实环境，因此看到的图像是半真半假，为了更好的理解，我们来看看现在很流行的Faceu激萌特效相机APP，这款APP会自动识别人脸，并在人脸上叠加动态贴图和道具，从而创造出卖萌搞笑效果的照片，例如加兔子耳朵、加彩虹特效，加猫须什么的，让妹纸瞬间么么哒。没有用过Faceu也没有关系，最新版的手机QQ也支持动态挂件，也是同样的效果，都算是AR，只不过是比较基础的应用。其实，智能手机上实际上有很多应用都属于AR，例如现在微信电话本APP设置头像后，会自动将头像设置为3D场景。

Faceu提供的动态挂件是简单的AR效果

MR是将真实世界和虚拟世界混合在一起，可以说它呈现的图像令人真假难辨。MR比较像是VR和AR的组合，可以在现实的场景中显示立体感十足的虚拟图像，且还能通过双手和虚拟图像进行交互。一句话总结就是VR是全虚的，AR是半真半假，MR是真假难辨，这样是不是很容易理解了！

等等，全虚的好理解，但半真半假和真假难辨还是有点不明白，有的东西AR和MR都可以做到，例如投射一个游戏界面，这有怎么区别呢？下面，我们以游戏界面为来具体说说两者的区别。戴上AR设备Google Glass，它在正前方投射出一个游戏界面，然后你在房间内左右走动、前后走动，甚至大幅度转动头部，游戏界面始终就在你的正前方，且与玩家的相对位置是不变的；戴上MR设备Hololens，它在正前方投射出一个游戏界面，然后你在房间内左右走动、前后走动，甚至大幅度转动头部，游戏界面始终就在那面墙壁上没有变化。因此，我们可以说投射的虚拟画面如果可以跟随硬件移动而自动跟随移动的，是AR，反之就是MR。

真假难辨的MR特效

还有一个简单的区分方法，那就是虚拟物体与真实物体是不是被肉眼分离出来，如果不能被肉眼分离的就是MR，可以的就是AR。例如之前提到的Faceu激萌特效相机APP以及不少AR应用一眼就可以知道哪些是真的，哪些是假的。而MR直接向视网膜投射整个4维光场，所以用户看到的物体和看真实的物体，从数学上是没有区别的。

总的来说，VR最容易分辨，简单AR场景可以通过手机APP实现，MR是AR的加强版。

别被鲸鱼视频误导

看到这里有的朋友想问，之前在网上看到一个Magic Leap公司发布的鲸鱼视频，视频中一间大型的体育馆内，一条鲸鱼凭空从地板中冲出，激起无数浪花，观众只凭借着肉眼就可以欣赏。Magic Leap宣传这是一种“动态数字光场信号”技术，可以将图像直接投射到用户的视网膜之中，让用户凭空看到现实中不存在的虚拟景象。这是AR还是MR呢？参照我们之前的剖析，如果真的可以实现视频的内容，那一定是MR，因为鲸鱼和浪花不是现实，却与现实完美契合，且从角度不同都可以看到这个“神奇”的景象。也只有MR从可以达到这种如同电影特效般的效果。

小贴士：CR又是什么？

CR是英文Cinematic Reality的缩写，中文是影像现实的意思，其想表达的是虚拟场景跟电影特效一样逼真。这个概念是Magic Leap曾经使用国，如今不少人已经就这个概念混入MR，因为这两者太难分辨，从某种意义上来说是一个东西。

但是现阶段的技术是无法实现鲸鱼视频的场景的，毕竟凭空看到一个虚拟物体，这种梦想已经燃烧了几百年，大家除了在电影中看到，在现实生活中只能通过3D全息影像技术重现。不管是那种全息投影技术，有两个限制，一个是需要一款屏幕，另外一个是投影需要黑色的背景或者是投影中不使用黑色，因为我们目前的技术还不能发出黑色光线。不过，换个角度来看在未来说不定随着技术进步，这个场景不再是梦想，那时我们我们可以看电影不再局限于电影院，坐在咖啡馆也可以看；进入商场中后，柜台展示的是动态商品……

再回到鲸鱼视频，这到底是怎么实现的呢？这要从下面几点说起：1.视频中的孩子们没有穿戴任何高科技装备，但Magic Leap的专利是“大型同步远程数字存在”技术，这个技术需要3D虚拟与增强现实系统、符合人体工程学的头戴式显示器、触觉手套、紧凑型成像系统配合，也就是说不靠高科技装备是无法实现的；2.Magic Leap宣传的“动态数字光场信号”技术在网上查不到没有任何技术资料；3.体育馆背后的两个窗户提供了敞亮的照明，鲸鱼跃起时竟然挡住了背后的的阳光，虚拟影像毫无透明度；4. Magic Leap公司与Weta公司有合作，之前推出过多部视频，后者是一家著名的电影特效公司，也就是说鲸鱼视频极有可能是后期经过特效处理的宣传视频。

在地板凭空出现活灵活现的鲸鱼

AR发展历史

1966年，计算机图形学之父和增强现实之父 Ivan Sutherland 开发出人类历史上第一套增强现实头显设备“达摩克利斯之剑”；

1992年，波音公司的研究人员 Tom Caudell 尝试开发增强现实头显设备用于简化电路板组装工作；

1994年，艺术家Julie Martin 设计了一出名为《赛博空间之舞》的表演，舞者与投影到舞台上的虚拟内容进行交互，这是世界上第一个增强现实戏剧作品；

1998 年，Sportvision 公司开发出 1st & Ten 系统并将其应用在橄榄球直播中，首次实现了“第一次进攻”黄色线在电视屏幕上的可视化。这项技术后来也被应用于其他体育赛事，比如游