什么是虚拟现实（VR）？
目录
1 虚拟现实的概念
2 虚拟现实的发展历程
2.1 概念萌芽期
2.2 研发初期
2.3 技术积累期
2.4 产品探索期
2.5 产品化初期
2.6 产品化发展期
3 虚拟现实相关技术
3.1 基础核心
3.2 引擎与工具
3.3 建模工具
3.4 VR人机交互
1 虚拟现实的概念
虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）是一门利用计算机模拟生成一个三维的、沉浸式的数字环境，并通过多感官交互手段，使用户产生“身临其境”感觉的技术。
要理解VR，关键在于抓住它的三个核心特征，通常被称为“3I”特征：
沉浸性（Immersion）
定义：这是VR最核心的特征。通过头戴式显示器（HMD）完全覆盖用户的视野，并辅以立体声、力反馈等设备，欺骗用户的大脑，让其暂时“忘记”自己处于现实世界，而是感觉自己真正置身于虚拟世界之中。
实现手段：高分辨率屏幕、宽视场角（FOV）、高刷新率、精准的头部追踪、立体声渲染等。
交互性（Interaction）
定义：用户不是被动地观看，而是可以主动地与虚拟世界中的对象进行互动。这种互动应该是实时且自然的。
实现手段：VR手柄（提供6自由度追踪）、手势识别、眼球追踪、语音控制、甚至全身动捕套装等。
构想性（Imagination）
定义：VR不仅能够模拟真实世界，更能创造出超越现实的、纯粹由人类想象构建的世界。它扩展了人类的认知范围，为游戏、艺术、科研、教育等领域提供了无限的可能性。
简单来说，VR的目标就是：让你感觉“你真的就在那里”。
与AR、MR的区别
增强现实（AR）：将虚拟信息（如图像、文字）叠加到现实世界中。你仍然能看到真实环境，例如《Pokémon GO》和微软的HoloLens。
混合现实（MR）：是VR和AR的融合，虚拟对象不仅可以叠加到现实世界，还能与现实世界中的物体进行互动，仿佛它们真的共存于同一空间。例如，一个虚拟的球可以在你的真实桌面上弹跳。
2 虚拟现实的发展历程
2.1 概念萌芽期
1929年，艾德温·林克（Edward Link）设计出用于训练飞行员的模拟器。
2.2 研发初期
1962年，莫顿·海利格发明了名为“Sensorama”的沉浸式影院设备，被视为VR的早期原型。
2.3 技术积累期
1973年，迈伦 · 克鲁格（Myron Krurger）提出Artificial Reality的概念，这是早期出现的虚拟现实的词。
20世纪80年代初，美国国防部研发出虚拟战场系统SIMNET，宇航局开发用于火星探测的虚拟环境视觉显示器。 1986年，“虚拟工作台”的概念被提出，裸视3D立体显示器被研发。
1987年，“虚拟现实”（Virtual Reality）一词由杰伦·拉尼尔正式提出，他的公司VPL Research推出了第一款商业化的VR头盔和DataGlove手套。
2.4 产品探索期
1992年，Sense8公司开发 WTK软件开发包，极大缩短虚拟现实系统的开发周期。 1993年，波音公司使用虚拟现实技术设计出波音777飞机。
1994年，虚拟现实建模语言（Virtual Reality Modeling Language，VRML）的出现，为图形数据的网络传输和交互奠定基础。
1994年和1995年，日本的世嘉和任天堂分别针对游戏产业而推出Sega VR-1和Virtual Boy，做出了VR商业化的有益尝试，在业内引起了不小轰动，但没有充分走向民用市场。
1995年，日本知名游戏厂商任天堂发布首个便携式头戴3D显示器Virtual Boy，并配备游戏手柄。Virtual Boy是游戏产业第一次对VR技术的应用。
2008年，Sensics公司推出高分辨率、宽视野的显示设备Pi Sight ，可提供150°的广角图像。2011年，索尼推出头戴3D个人影院产品HMZ-T1，可看作是VR的过渡产品。
2.5 产品化初期
2012年，谷歌推出穿戴智能产品Google Glass。
2012年，Oculus Rift的众筹成功，以其低廉的价格和优秀的体验重新点燃了公众对VR的热情。
2.6 产品化发展期
2016年，可以说是VR产业化的元年。产品逐步推广普及，逐渐进入各个垂直行业应用；更多的企业、资本融入VR市场，实现产业化发展；不同层次的设备产品涌现，内容产业和技术支撑更加成熟，VR产业链不断成熟，用户规模不断扩大。
2024 年 8 月 20 日发布的Pico 4 Ultra ，是字节跳动旗下 Pico 推出的首款混合现实（MR）一体机，主打消费级和企业级市场，旨在通过轻量化设计和高性价比，推动 MR 技术的普及。
2025 年 10 月 22 日正式发售的Apple Vision Pro，是苹果首款空间计算设备，定位高端市场，主打生产力、创意工作和沉浸式娱乐，旨在重新定义人机交互方式。
世界VR产业大会是全球虚拟现实领域的重要国际性盛会，其中江西南昌作为大会的永久举办地，自2018年首次举办以来，至今已成功举办多届，被誉为“世界VR之都”。
3 虚拟现实相关技术
虚拟现实是一个典型的交叉学科，你需要构建一个复合型的知识体系。同时具备软件、硬件、艺术等多方面的知识。
3.1 基础核心
这是支撑所有VR开发的底层理论，无论你未来专精哪个方向，这些都必须牢固掌握。
计算机图形学 - VR的灵魂
为什么学：
- VR本质上是计算机生成的虚拟世界，图形学就是创造这个世界的法则。
核心内容：
- 渲染管线：了解从3D模型到最终屏幕像素的整个过程（顶点着色、光栅化、片元着色等）。
- 坐标系变换：世界坐标、视图坐标、裁剪坐标、屏幕坐标的转换（模型矩阵、视图矩阵、投影矩阵）。
- 光照与着色：Phong模型、Blinn-Phong模型、PBR（基于物理的渲染）技术，用于实现逼真的材质和光影。
- 纹理贴图：漫反射贴图、法线贴图、高光贴图、位移贴图等，提升模型细节。
- 实时渲染技术：Level of Detail (LOD)、遮挡剔除、后处理效果等，用于保证高帧率。
数学基础 - 描述3D空间的语言
线性代数：
- 向量：点乘（判断前后、光照计算）、叉乘（求法线、构建坐标系）。
- 矩阵：用于实现物体的平移、旋转、缩放。理解模型、视图、投影矩阵是关键。
- 四元数：用于解决万向节锁问题，是实现平滑旋转的最佳方式。
微积分：理解物理模拟（速度、加速度）、动画曲线插值的基础。
概率与统计：在AI行为、随机事件、一些高级渲染技术（如概率阴影）中会用到。
编程语言 - 实现的工具
- C#：Unity引擎的官方脚本语言。语法相对友好，生态系统成熟，是入门VR开发的首选。
- C++：Unreal Engine的核心语言。性能强大，常用于引擎底层开发、高性能应用和对图形要求极高的项目。
- Python：常用于编写辅助工具、进行数据处理、机器学习/人工智能相关的开发。
3.2 引擎与工具
理论需要通过工具来实现。掌握主流游戏引擎是VR开发者的核心技能。
Unity：具体学习路线可戳本篇文章【Unity基础详解】Unity3D全程学习路线
Unity是由Unity Technologies开发的实时3D互动内容创作与运营平台，采用C#作为主要编程语言。自2005年6月发布以来，该平台已广泛应用于游戏开发、美术设计、建筑设计、汽车设计及影视制作等领域，帮助创作者将创意转化为现实。
Unity提供全面的软件解决方案，支持从创作到运营再到变现的完整流程，能够开发各类实时互动的2D和3D内容。其跨平台特性覆盖了移动设备（手机和平板电脑）、PC、游戏主机以及AR/VR设备。
数据显示，基于Unity开发的游戏和应用每月下载量高达30亿次。截至2019年，累计安装量已突破370亿次。在所有平台（PC/主机/移动设备）游戏中，超半数作品使用Unity引擎开发。更值得注意的是，在Apple应用商店和Google Play前1000款热门游戏中，53%都采用了Unity技术。
优势：上手快、学习资源丰富、资产商店完善、特别适合移动端VR和快速原型开发。
必学模块：
- Unity编辑器：熟练使用界面、 GameObject和Component系统。
- 物理系统：刚体、碰撞体、触发器。
- 动画系统：Animator、动画状态机、骨骼动画。
- XR Interaction Toolkit：Unity官方推出的VR/AR开发框架，必须精通。它提供了标准的交互模式（如抓取、射线交互）。
- Shader Graph：可视化编写着色器，用于创建自定义材质。
- Universal Render Pipeline：了解如何为VR项目配置和优化渲染管线。
Unreal Engine：相关介绍可戳本篇文章【虚幻引擎基础详解】（1）初识虚幻引擎
虚幻引擎是EPIC公司打造的跨平台游戏开发平台，集成了核心技术、数据工具和基础支持功能，适配PC、主机及移动端游戏开发。其持续迭代的版本（如2023年9月发布的UE5.3）不断优化渲染与系统性能。
2025年9月推出的UE5.7预览版保持了一贯的多平台兼容性，任天堂Switch2已确认支持UE4/5版本，并计划搭载《堡垒之夜》。该引擎已助力众多知名作品开发，包括：
- 腾讯游戏《三角洲行动》
- 库洛游戏《鸣潮》
- Dovetail《模拟火车世界》系列
在技术创新方面，UE5整合了Nanite、Lumen和世界分区等核心技术，这些功能已成功应用于《无主之地》《时间旅者:重生曙光》《无主星渊》等作品的场景构建与画面渲染。
优势：画面效果顶级、蓝图可视化编程、适合制作高保真视觉体验的大型项目。
必学模块：
- 蓝图可视化脚本：无需代码即可实现复杂逻辑，对设计师和美术友好。
- 材质编辑器：创建极其复杂的实时材质。
- UE的XR开发框架：如Motion Controller组件、VR模板等。
- C++：如需进行深度定制和性能优化，必须掌握。
3.3 建模工具
3D模型内容创建
目标：你不需要成为顶级美术师，但必须能与3D美术师流畅沟通，并能自己制作和调试基础资产。
工具与技能：
- Blender/3DMax/Maya：免费开源，功能全面。学习建模、UV展开、材质、骨骼绑定和动画。
- 3D建模：掌握低多边形建模技巧。
- UV展开与纹理绘制：为模型添加颜色和细节。
- 动画基础：了解关键帧动画、骨骼动画。
3.4 VR人机交互
了解主流VR头显（Meta Quest, HTC Vive, Apple Vision Pro, PICO等）的特性、Inside-Out/Outside-In追踪原理、显示技术等。
目标：设计在3D空间中自然、舒适、高效的交互方式。
移动：如何在不引起晕动症的情况下移动？（传送、瞬移、手部摆动移动等）。
抓取与操作：如何用手柄或手势自然抓取物体？（物理抓取、射线交互等）。
UI/UX设计：VR中的UI必须是场景化的，而不是2D平面面板。如何设计漂浮在空中的菜单、腕表式菜单等。
舒适度设计：避免加速减速、保持帧率稳定、提供视觉固定点等，所有设计都以用户舒适为前提。