一、VR的历史发展及现状   VR是英语Virtual Reality的缩写，由20世纪80年代美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier正式提出了该词条。中文的意思就是虚拟现实。是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种技术而发展起来的综合性技术。该技术在多维信息空间上创建了一个虚拟的世界，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力。部分大致符合概念的以机电方式进行交互的前身（飞行模拟器）在上世纪40年代已经被运用于美国陆军航空兵飞行导航训练，虽然很粗糙，但确实很有效果。使用同类原理的设备一直到上世纪80年代我国还在运用。   在六七十年代加入电子计算机和新的光学技术的飞行模拟训练设备的发展已经进入了实用阶段，但使用效果还是很有限，仍然只能用于粗略的飞行战斗动作操作模拟，导航训练等。VR技术真正开始起跑应该是上世纪80年代到90年代，得益于集成电路和微电子工业制造水平的迅速发展。在电子电脑产品设备功能性和可靠性成倍提升的同时，体积能耗和价格却快速下降到前所未有的程度。计算机和人机交互技术的发展才开始真正形成了现代意义上的VR概念。美国国家科学基金1992年资助的交互式系统项目工作组的报告中，对VR提出了较系统的论述，并确定和建议了未来虚拟现实环境领域的研究方向。与此同时开始有VR商品系统问世。1992年迅速出现了世界上第一批VR开发工具系统，1993年出现了众多的VR应用系统，并且应用范围也大大扩展。据统计，在1993年世界市场上公开出现的805个VR应用系统中，用于仿真的有73个，其它的依次为可视化67个，教育66个，训练65个，娱乐65个，图形64个，军事52个，航天50个，遥现50，医疗49，建筑46，视听艺术41，商业49，遥控机器人以及通信38个。可以看出，娱乐、视听艺术以及教育方面的应用发展最多（172项）。然而代表最高技术水平的是却是军事和航天领域（102项）。而那时不少普通人已经在生活中接触到过VR在娱乐上一个简单应用——有着模拟驾驶舱的电子游戏赛车。   在属于高精尖的航空航天领域，VR技术更是大有用武之地。例如，无重力环境是航天技术中的一个必须面对的环境，因为在失重情况下物体的运动规律难以预测。因此为了在太空中进行精确的操作，需要进行长时间的仿真训练，以适应失重时操作的特点。现在这种训练一般在水下或特殊的飞机中进行。在均衡浮力的水池中，可以模拟失重状态，但是水的阻力会妨碍对惯性的仿真。在飞机垂直下降时可以产生真正的失重状态，但是时间却非常短（小于1分钟）。值得一提的是在医疗领域正日益受到广泛的重视，VR可以在医疗领域发挥极其重要内作用。例如VR可以用于解剖教学、复杂手术过程的规划预演练习、在手术过程中提供操作和信息上的辅助、预测手术结果等。此外，远程医疗服务也是一个很有潜力的应用领域。一个拥有丰富经验的医生常年驻守在在偏远的地区不但是人力的浪费，而且也不利于个人经验技术的累积和分享。通过远程医疗VR系统，人们可以及时接受拥有丰富经验的医生的诊疗，甚至可以是不同地方的多个医生共同诊治，对于危急病人还可以实施远程手术；在战场上，可以通过VR系统对前线的危急伤员进行远程手术，使他们获得及时的抢救。在远程手术系统中，医生对虚拟病人模型进行手术，他的动作通过高速网络（或卫星）传送到遥远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回给医生头盔上的立体显示器，并将其和虚拟病人模型叠加，为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所（SRI）已研制出一个远程手术实验系统的方法，VR就是一个合适的选择。美国航天局NASA（National Aeronautics and space Administration）在“哈勃太空望远镜修复和维护”计划的仿真训练中就使用了VR技术。在训练中，宇航员坐在一个模拟“载人操纵飞行器”功能并带有传感装置的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器，和用于宇航员重力中心调节的旋转控制器。宇航员头戴立体头盔显示器，用于显示望远镜、航天飞机以及太空的模型，并用数据手套作为与系统进行交互的手段。这样，训练时宇航员就可以在望远镜周围进行操作，并且可以通过虚拟手接触黄色的操纵杆来抓住需要更换的“模块更换仪”（Modular Replacement Instruments：MRI）。抓住MRI之后，宇航员可以利用座椅的控制器在空中飞行。座椅上另有三个按钮分别用于望远镜外盖的开／闭、望远镜天线的开／闭，以及望远镜太阳能面板朝向的调节。经过该VR系统的模拟训练后，宇航员于1993年12月顺利地完成了将哈勃太空望远镜上损坏的MRI进行更换这一极其复杂而又费时的任务，充分体现了VR技术的巨大作用。NASA计划在该VR系统中增加触觉和力觉传感装置，以增加训练的真实感。   现代教育的发展也为VR提供了广阔的天地。随时随地，任何人只要有网络和电脑，VR教育系统即可提供和真实课堂相当的学习环境，甚至超越真实课堂的一些限制。比如，重复回答巨量不同学员的同类问题。以往的课堂或远程教育里，这可是一件让老师厌烦却不得不做的事情。在试验动手的科目，尤其是在一些需要熟悉动手操作流程的工程技术科目上，通过VR的模拟操作训练，学员可以无限次的练习一些本来真实世界可能又危险又代价昂贵的操作。而这一点同样适用于军事航空航海上的训练。总之，VR的教学和训练费效拥有其他方式无法比拟的优势。当然目前VR系统的软硬件成本并不低，但较之它所代替的真实世界里的物体和可能面对的人员危险，VR的成本几乎可以忽略不计。   二、传统博物馆陈列布展方式的局限   博物馆的主要功能是知识和文化的传播。传统博物馆通过对某一主题的一系列展品（实物原件，复制品和模型为主，当然有时候图片本身就是一种展品）以特定的陈列方式展示给观众，配合说明文字和图片。现代博物馆增加了多媒体的应用。然而多数展览存在下列几个常见的现象： （一）出于对展品保护的要求或是对观众保护的要求，不少展品和观众间有护栏或防护罩隔离，且摆放位置相对于观众间具有一定的距离和角度，高矮不一的观众为了能仔细看到展品，有时需要踮着脚尖或蹲趴下来贴近防护罩，有时甚至找不到一个能让自己看清楚的视角或位置。 （二）裸露的展品怕被损坏，常能见到“禁止触摸”的告示，但仍然阻止不了好奇的观众去触摸展品；而有些互动展品则因多次被不当操作而损坏。 （三）讲解员不断重复讲解累得口干舌燥，而观众则可能没听清楚，或者得不到想要的答案；多媒体的自动解说方案只能机械地重复预定的有限解说，无法回答任何拓展延伸的疑问。相比前者，自动多媒体解说设备的管理维护升级只能算是一个小小的麻烦了。 （四）博物馆本身的设计建造和装修费用不小。一个博物馆无论有多大的财政支持力量，都难以承受观众对展品更新，尤其是珍稀藏品匮缺的需求。如何吸引观众不断前来参观，展览和展品更新至关重要。通过租借互换的方法可解决藏品不新鲜的难题。但对于一些贵重易损物品，此法的代价也不低。不同的展览主题需要不同的展品，因而需要不薄的人力和物力开销。 （五）现代媒体和网络虽然发达，但对于普通人来说，对于所感兴趣的事物却并不容易找到合适的相关书籍和合适的网络入口。而博物馆方有相对较多的专业人员和技术资料支持，却不可能为每一个观众提供独特的咨询。况且对于一个兴趣点，普通观众可能会同时问出非常简单或者非常复杂的问题。前者让专业人员不屑一顾，后者却可能顶尖专家都难以用语言说明白。一些非实物的东西，比如现在常说的非物质文化、生物的活动特性、宇宙星体的演变过程等，通常只能靠文字、图片和动画去表现，但若是复杂的事物过程，传统方式很难表现，只能靠简单机械的罗列阐述。对于一些有特别深度了解要求的观众，讲解员若非正好在相当领域有一定深度了解，观众只能遗憾而归。  三、VR技术在博物馆展示里的使用实例   多媒体和网络技术在现代博物馆中已经有了较多的应用，对于满足观众的一些个性化的求知要求起了一定的作用。如北京故宫博物院与IBM合作的项目《超越时空的紫禁城》。这是中国第一个应用在文博系统的虚拟展示。   “虚拟紫禁城”是一个三维虚拟世界，提供多个工具来进行探索中国最后一个王朝宏伟的宫殿。紫禁城的建造秉承“皇帝乃宇宙之中心”这一思想，并体现了皇帝的权威。这个巨大的宫殿群建成于1420 年，占地面积超过 72公顷。它包括众多的精美建筑，珍藏着众多的历史文物。要走遍看遍所有的展区和藏品耗时巨大且有开放区域的限制。而通过虚拟现实技术，可不受时空的限制。除了个人独自参观，还能够和其他用户或AI（计算机人工智能角色）进行交流互动。在提供引人注目的使人沉浸于内体验的同时，“虚拟紫禁城”还提供了多种游览紫禁城的方法。如果有机会亲临参观故宫博物院，通过体验“虚拟紫禁城”，将可以提前熟悉路线，更好地了解所看到的宫殿和展品的内涵。   目前很多博物馆都在陈列展览中使用了虚拟现实的展示技术。包括浙江自然博物馆“地球生命故事”展厅中的“鹦鹉螺的海洋”采用了虚拟现实展示，表现出了古生代海洋中鹦鹉螺栩栩如生的生活状态。浙江庆元香菇博物馆中，古代菇民种植香菇和采摘香菇的情景就是采用了虚拟现实的技术，相较于动画影视，更加立体逼真，并且融于场景之中。然而，目前博物馆在使用VR技术的内容和范围仍然有限，VR技术在博物馆的应用应该是大有可为。   四、VR技术在博物馆展示里的使用要求和限制   现有常见的VR系统主要侧重图象和物理模拟，并且局限于既有物体的建模。作为博物馆的VR，运算精度和速度可以适当降低，但互动模式和多样性应当接近真实世界，物体的互动和衍生变换要求应更为深远广博。由于面对的是非专业使用者，应当设立合适的VR向导，帮助指导观众快速学习如何在VR世界里探索，了解VR的行为能力和限制。   基于目前的VR设备，不同人体对感官刺激的反应和承受能力存在差异。对于VR世界和真实世界的仿真度差异和VR眼镜（头盔）使用，有些观众人群可能产生身心和生理的不良反应：轻者眼睛容易疲劳，手脚协调力下降，重的如眩晕呕吐，甚至诱发心脏病和癫痫等。因而，VR向导必须告诫和限制观众，在VR世界的探索行为若是放在真实世界里可能会伤害自身或他人。VR还可以人为设定使用者的权限（如浏览者，操作者，管理者等）。多用户的VR环境还可以让用户之间进行交流互换VR世界里获得的虚拟物品，交流在虚拟世界里的感受和经验。也许有人会说这不就是网游吗? 既是又不是。相同点是同样一个虚拟的世界，都要进行人和人或人和物的互动；不同点是游戏常常是虚构的环境，比如童话世界或神话世界，而博物馆的VR 世界则多是模拟现实。当然所模拟的现实环境允许存在细节和精度的差异。这个差异受软硬件的限制。若要完全相同，硬件上一般也做不到。细节越精细，用户越容易产生融入感，但构筑成本将会很大。  四、VR的出现为博物馆的合作开拓了新的思路   VR的出现，为博物馆的合作开拓了新的方式：各个博物馆以相同的数据库接口标准建立VR数据模型，当交流藏品时，博物馆间只需传输拷贝展品数据库即可，这远比以往实物装运方便并且安全的多。如果通过网络，成本近乎于零，而且便于日后添加及替换升级数据库。   VR的方式还为博物馆增加了新的合作伙伴，比如并不拥有藏品所有权的数据存储运算或3D画面音效制作公司，他们只需要拥有符合博物馆VR系统标准的藏品VR模型。博物馆根据不同的展览和受众需求，和数据存储运算或音效制作公司合作，在现有模型的基础上细化完善。这些VR模型只需定性的大致模拟，并不需要精确的计算。选用现有的VR眼镜或头盔，以及合适的VR引擎，也将大幅降低博物馆展览中使用VR技术的硬件需求。