多媒體虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1、概述 虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱，簡稱VR）技術(shù)是）技術(shù)是20世紀世紀80年代末年代末90年代初崛起的一種實用技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和年代初崛起的一種實用技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界（體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統(tǒng)，是一種逼）的計算機系統(tǒng)，是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、運動等行為的高級真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、運動等行為的高級人機界面技術(shù)，人能夠通過多種感官渠道與它進行實時交人機界面技術(shù)，人能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互，這些渠道包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等等?；ィ@些渠道包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺

2、等等。它使計算機從一種需要人用鍵盤、鼠標對其進行操作的設(shè)它使計算機從一種需要人用鍵盤、鼠標對其進行操作的設(shè)備，變成了人處于計算機創(chuàng)造的環(huán)境中，通過感官、語言、備，變成了人處于計算機創(chuàng)造的環(huán)境中，通過感官、語言、手勢等比較手勢等比較“自然自然”的方式進行的方式進行“交互、對話交互、對話”的系統(tǒng)和的系統(tǒng)和環(huán)境。環(huán)境。 近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛快發(fā)展，引起了世界各國學者近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛快發(fā)展，引起了世界各國學者的關(guān)注，成為十分活躍的研究領(lǐng)域。它匯集一系列高新技的關(guān)注，成為十分活躍的研究領(lǐng)域。它匯集一系列高新技術(shù)，包括計算機圖形學、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接術(shù)，包括計算機圖形學、多媒體技術(shù)、

3、人工智能、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實時計算技術(shù)和人的行口技術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實時計算技術(shù)和人的行為學研究等多項關(guān)鍵技術(shù)。為學研究等多項關(guān)鍵技術(shù)。主要內(nèi)容 6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述 6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備 6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)建模虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)建模 6.4 虛擬現(xiàn)實軟件簡介虛擬現(xiàn)實軟件簡介 6.5 虛擬現(xiàn)實建模語言虛擬現(xiàn)實建模語言VRML6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述6.1.1 6.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀6.1.2 6.1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要研究內(nèi)容虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要研究內(nèi)容虛擬現(xiàn)

4、實的研究內(nèi)容主要分以下幾個方面。虛擬現(xiàn)實的研究內(nèi)容主要分以下幾個方面。1. 1. 人與環(huán)境融合技術(shù)人與環(huán)境融合技術(shù) （1 1）高分辨率立體顯示器）高分辨率立體顯示器 （2 2）方位跟蹤系統(tǒng)）方位跟蹤系統(tǒng) （3 3）手勢跟蹤系統(tǒng)）手勢跟蹤系統(tǒng) （4 4）觸覺反饋系統(tǒng)）觸覺反饋系統(tǒng) （5 5）聲音定位與跟蹤系統(tǒng)）聲音定位與跟蹤系統(tǒng) （6 6）本體反饋）本體反饋6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述2. 物體對象的仿真技術(shù)物體對象的仿真技術(shù)（1）幾何仿真）幾何仿真 研究如何快速建立不同層次的顯示模型。研究如何快速建立不同層次的顯示模型。（2）物理仿真）物理仿真 場景造型應采用物理模型，不僅要考慮對象的幾何形狀，場

5、景造型應采用物理模型，不僅要考慮對象的幾何形狀，而且要考慮對象的質(zhì)量、運動規(guī)律、受力情況和立體聲音而且要考慮對象的質(zhì)量、運動規(guī)律、受力情況和立體聲音等，使物體在虛擬場景中的表示更為真實可信。等，使物體在虛擬場景中的表示更為真實可信。（3）行為仿真）行為仿真 研究在用戶操作下或在其他景物的作用下場景狀態(tài)的變化研究在用戶操作下或在其他景物的作用下場景狀態(tài)的變化規(guī)律和變化過程。規(guī)律和變化過程。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述3. VR圖像生成技術(shù)及高效快速生成體系圖技術(shù)圖像生成技術(shù)及高效快速生成體系圖技術(shù) 實時顯示的刷新頻率大于實時顯示的刷新頻率大于15幀秒，復雜場景的顯示由于幀秒，復雜場景的顯示由于計算量

6、巨大，必須采用層次信息模型與逐步求精技術(shù)。雙計算量巨大，必須采用層次信息模型與逐步求精技術(shù)。雙屏顯示的同步問題也是立體顯示的一個關(guān)鍵。圖形圖像的屏顯示的同步問題也是立體顯示的一個關(guān)鍵。圖形圖像的合成設(shè)計及其合理疊加顯示、虛擬世界坐標系與對象坐標合成設(shè)計及其合理疊加顯示、虛擬世界坐標系與對象坐標系之間的轉(zhuǎn)換，都是需要進一步研究的問題。坐標變換和系之間的轉(zhuǎn)換，都是需要進一步研究的問題。坐標變換和碰撞檢測需要大量的計算，并行處理是較好的方法。碰撞檢測需要大量的計算，并行處理是較好的方法。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述4. 實時處理及并發(fā)處理的多維信息表示技術(shù)實時處理及并發(fā)處理的多維信息表示技術(shù) 根本目的是

7、使參與者沉浸于多維信息空間仿真建模，從中根本目的是使參與者沉浸于多維信息空間仿真建模，從中獲取知識和形成新的概念。應克服的主要技術(shù)瓶頸是能對獲取知識和形成新的概念。應克服的主要技術(shù)瓶頸是能對人類感知和肌肉活動起交互作用的基于計算機系統(tǒng)的接口人類感知和肌肉活動起交互作用的基于計算機系統(tǒng)的接口系統(tǒng)，支撐技術(shù)系統(tǒng)，支撐技術(shù)(軟硬件環(huán)境和工具軟硬件環(huán)境和工具)包括各類傳感器、三包括各類傳感器、三維顯示和音響器、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、程序設(shè)計工具集、計維顯示和音響器、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、程序設(shè)計工具集、計算機網(wǎng)絡(luò)和高性能計算平臺等算機網(wǎng)絡(luò)和高性能計算平臺等 6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述5. 高性能的計算機圖形處理硬件

8、研究高性能的計算機圖形處理硬件研究 重點研究圖形處理專用硬件、圖形的并行處理、大規(guī)模集重點研究圖形處理專用硬件、圖形的并行處理、大規(guī)模集成電路技術(shù)及其在圖形發(fā)生器設(shè)計中的應用。成電路技術(shù)及其在圖形發(fā)生器設(shè)計中的應用。6. 分布式虛擬環(huán)境和基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實研究分布式虛擬環(huán)境和基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實研究 對基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實研究應給予特別的關(guān)注，因為對基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實研究應給予特別的關(guān)注，因為Internet技術(shù)與技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合為虛擬現(xiàn)實的未來提供了光技術(shù)的結(jié)合為虛擬現(xiàn)實的未來提供了光明的前景。明的前景。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述6.1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本組成1. 虛擬世界虛擬世界

9、虛擬世界是可交互的虛擬環(huán)境，是虛擬環(huán)境或給定仿真對虛擬世界是可交互的虛擬環(huán)境，是虛擬環(huán)境或給定仿真對象的全體。它一般是一個包含三維模型或環(huán)境定義的數(shù)據(jù)象的全體。它一般是一個包含三維模型或環(huán)境定義的數(shù)據(jù)庫。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作庫。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的交互式視景仿真。用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的交互式視景仿真。虛擬環(huán)境有多種形式，它可能是某些物理環(huán)境虛擬環(huán)境有多種形式，它可能是某些物理環(huán)境(如建筑物、如建筑物、廚房，甚至像汽車這樣的物體內(nèi)部廚房，甚至像汽車這樣的物體內(nèi)部)的偽真實反映，的偽真實反映， 也可也

10、可能是根本沒有任何物理基礎(chǔ)的某一跨國公司的地理、層次能是根本沒有任何物理基礎(chǔ)的某一跨國公司的地理、層次網(wǎng)的三維數(shù)據(jù)庫，甚至可以是與股票交易有關(guān)的多維數(shù)據(jù)網(wǎng)的三維數(shù)據(jù)庫，甚至可以是與股票交易有關(guān)的多維數(shù)據(jù)集。虛擬環(huán)境還可用來評價一些物理仿真。在對電場中的集。虛擬環(huán)境還可用來評價一些物理仿真。在對電場中的分子行為進行模擬時，原子結(jié)構(gòu)的行為動態(tài)可用簡化的模分子行為進行模擬時，原子結(jié)構(gòu)的行為動態(tài)可用簡化的模型進行模擬。不管應用在何處，都要建立一個反映環(huán)境的型進行模擬。不管應用在何處，都要建立一個反映環(huán)境的幾何數(shù)據(jù)庫并將其存儲起來，在需要時可進行實時調(diào)度和幾何數(shù)據(jù)庫并將其存儲起來，在需要時可進行實時調(diào)度

11、和渲染。渲染。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述2. 虛擬現(xiàn)實軟件虛擬現(xiàn)實軟件 虛擬現(xiàn)實軟件提供實時觀察和參與虛擬世界的能力，包括虛擬現(xiàn)實軟件提供實時觀察和參與虛擬世界的能力，包括虛擬環(huán)境建模、動畫制作、物理仿真、碰撞檢測和交互模虛擬環(huán)境建模、動畫制作、物理仿真、碰撞檢測和交互模式。式。（1）虛擬環(huán)境建模）虛擬環(huán)境建模 CAD技術(shù)為虛擬現(xiàn)實提供了有效的建模手段。這些模技術(shù)為虛擬現(xiàn)實提供了有效的建模手段。這些模型可為多數(shù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用，節(jié)省了可觀的再建時間。型可為多數(shù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用，節(jié)省了可觀的再建時間。建模工具一般提供了廣泛的圖形庫支持。建模工具一般提供了廣泛的圖形庫支持。（2）動畫制作）動畫制作

12、一些動畫可用矩陣操作來支持移動及旋轉(zhuǎn)，而擺動及彈跳一些動畫可用矩陣操作來支持移動及旋轉(zhuǎn)，而擺動及彈跳運動則需要專門程序。實時計算這些物理過程會帶來諸如運動則需要專門程序。實時計算這些物理過程會帶來諸如系統(tǒng)延時等一些問題，在某些動畫序列中，復雜的動作可系統(tǒng)延時等一些問題，在某些動畫序列中，復雜的動作可用簡單的模擬方法而不用復雜的數(shù)學過程。這項技術(shù)要求用簡單的模擬方法而不用復雜的數(shù)學過程。這項技術(shù)要求將這些動作分解為一系列離散的關(guān)鍵模型并放到數(shù)據(jù)庫中。將這些動作分解為一系列離散的關(guān)鍵模型并放到數(shù)據(jù)庫中。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述（3）物理仿真）物理仿真 在進行物理仿真時，我們必須為物體設(shè)計一些支持其

13、某些在進行物理仿真時，我們必須為物體設(shè)計一些支持其某些物理行為的程序。這一方面要求很強的計算能力，同時也物理行為的程序。這一方面要求很強的計算能力，同時也將使系統(tǒng)增加了一些延時。將使系統(tǒng)增加了一些延時。（4）碰撞檢測）碰撞檢測 在虛擬現(xiàn)實中，常用碰撞來模擬現(xiàn)實生活中的接觸、抓、在虛擬現(xiàn)實中，常用碰撞來模擬現(xiàn)實生活中的接觸、抓、移動和打擊等情形。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要功能，就是移動和打擊等情形。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要功能，就是能快速進行虛擬世界中物體間的碰撞檢測。能快速進行虛擬世界中物體間的碰撞檢測。（5）交互模式）交互模式 為簡化人機界面，人們提出了許多新方法，發(fā)明了許多新為簡化人機界面，人們

14、提出了許多新方法，發(fā)明了許多新設(shè)備，以及與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的新技術(shù)。由此出現(xiàn)了許多種設(shè)備，以及與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的新技術(shù)。由此出現(xiàn)了許多種交互模式。例如，特征識別單元、視覺顯示單元、觸摸屏、交互模式。例如，特征識別單元、視覺顯示單元、觸摸屏、光筆、游戲桿、拇指輪、壓感筆、便箋簿、數(shù)字化儀等都光筆、游戲桿、拇指輪、壓感筆、便箋簿、數(shù)字化儀等都是與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的設(shè)備和技術(shù)。是與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的設(shè)備和技術(shù)。6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述 3. 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 輸入設(shè)備可用于觀察和構(gòu)造虛擬世界，將用戶輸入信號輸輸入設(shè)備可用于觀察和構(gòu)造虛擬世界，將用戶輸入信號輸入給計算機，包括三維跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等

15、等。入給計算機，包括三維跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等等。 輸出設(shè)備可用于輸出有關(guān)虛擬環(huán)境的視覺信號、聲音信號輸出設(shè)備可用于輸出有關(guān)虛擬環(huán)境的視覺信號、聲音信號和觸覺信號，包括頭盔顯示器、耳機和各種觸覺設(shè)備。和觸覺信號，包括頭盔顯示器、耳機和各種觸覺設(shè)備。4. 與虛擬世界的交互與虛擬世界的交互 參與者與虛擬世界交互的過程大致如下：參與者首先激活參與者與虛擬世界交互的過程大致如下：參與者首先激活輸入設(shè)備，將頭、手的位置和方向等信號輸入給計算機，輸入設(shè)備，將頭、手的位置和方向等信號輸入給計算機，虛擬現(xiàn)實軟件接受并解釋輸入，更新虛擬世界以及其中的虛擬現(xiàn)實軟件接受并解釋輸入，更新虛擬世界以及其中的物體，

16、然后，重新計算虛擬世界的三維視圖，并將這一新物體，然后，重新計算虛擬世界的三維視圖，并將這一新視圖及其他信息如聲音信號和觸覺信號等立即送給輸出設(shè)視圖及其他信息如聲音信號和觸覺信號等立即送給輸出設(shè)備以便參與者看到效果。用來支持虛擬現(xiàn)實的計算機能協(xié)備以便參與者看到效果。用來支持虛擬現(xiàn)實的計算機能協(xié)調(diào)用戶提供的各種輸入信號，并向用戶輸出必要的圖形、調(diào)用戶提供的各種輸入信號，并向用戶輸出必要的圖形、聲音及觸覺數(shù)據(jù)。聲音及觸覺數(shù)據(jù)。 6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述6.1.4 6.1.4 虛擬現(xiàn)實的分類與特征虛擬現(xiàn)實的分類與特征1. 1. 虛擬現(xiàn)實的分類虛擬現(xiàn)實的分類（l l）簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)）簡易型虛擬現(xiàn)實

17、系統(tǒng)（2 2）沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)）沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（3 3）共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)）共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2. 2. 虛擬現(xiàn)實的基本特征虛擬現(xiàn)實的基本特征（1 1）沉浸性）沉浸性 沉浸性是指讓參與者有身臨其境的真實感覺。可分為視覺沉浸性是指讓參與者有身臨其境的真實感覺。可分為視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸和味覺沉浸等。沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸和味覺沉浸等。（2 2）交互性）交互性（3 3）構(gòu)想性）構(gòu)想性6.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述6.1.5 6.1.5 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應用1.1.科學研究和科學計算可視化科學研究和科學計算可視化2.2.工程應用工程應用3.3.商業(yè)應用商

18、業(yè)應用4.4.軍事應用軍事應用5.5.醫(yī)學應用醫(yī)學應用6.6.教育培訓教育培訓7.7.娛樂應用娛樂應用6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件6.2.1 跟蹤設(shè)備 跟蹤系統(tǒng)的功能是確定關(guān)于用戶的頭、手、身體及任意真跟蹤系統(tǒng)的功能是確定關(guān)于用戶的頭、手、身體及任意真實世界物體的位置及指向?qū)嵤澜缥矬w的位置及指向 (方向方向)。目前有六種類型的設(shè)備。目前有六種類型的設(shè)備可以實現(xiàn)對用戶的跟蹤?？梢詫崿F(xiàn)對用戶的跟蹤。1. 電磁波跟蹤器電磁波跟蹤器 此類跟蹤器利用小型天線發(fā)出的磁場，由多個接收天線接此類跟蹤器利用小型天線發(fā)出的磁場，由多個接收天線接收信號并通過計算得到三維的位置坐標和方向。收信號并通過計算得到三維的位置

19、坐標和方向。2. 超聲波跟蹤器超聲波跟蹤器 超聲波跟蹤器發(fā)出高頻超聲波脈沖，由裝在天花板上的三超聲波跟蹤器發(fā)出高頻超聲波脈沖，由裝在天花板上的三個接收器接收信號，通過延遲即可計算距離。個接收器接收信號，通過延遲即可計算距離。3. 機械跟蹤器機械跟蹤器 機械跟蹤器通過精密的機械框架和連接來測量指定點的位機械跟蹤器通過精密的機械框架和連接來測量指定點的位置和指向。置和指向。6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件4. 慣性跟蹤器慣性跟蹤器 慣性跟蹤器采用機械方法，利用小型陀螺儀測量傾角、偏慣性跟蹤器采用機械方法，利用小型陀螺儀測量傾角、偏角和轉(zhuǎn)角。角和轉(zhuǎn)角。5. 光學跟蹤器光學跟蹤器 光學跟蹤器是一種紅外跟蹤器

20、。它利用攝像機獲取圖像，光學跟蹤器是一種紅外跟蹤器。它利用攝像機獲取圖像，通過立體視覺計算確定目標位置，并通過觀測多個參照點通過立體視覺計算確定目標位置，并通過觀測多個參照點來確定目標的表面指向。來確定目標的表面指向。6. 圖像提取跟蹤器圖像提取跟蹤器 圖像提取跟蹤器是一種計算密度最高的跟蹤器。它是最易圖像提取跟蹤器是一種計算密度最高的跟蹤器。它是最易于使用但又最難開發(fā)的跟蹤器。一臺于使用但又最難開發(fā)的跟蹤器。一臺(組組)視頻攝像機拍攝人視頻攝像機拍攝人及其動作，然后由圖像處理技術(shù)來確定人的位置及動作。及其動作，然后由圖像處理技術(shù)來確定人的位置及動作。6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件6.2.2 6.

21、2.2 傳感器傳感器1. 1. 三維空間傳感器三維空間傳感器 三維空間傳感器應能實時地檢測出一個活動的物體在六個三維空間傳感器應能實時地檢測出一個活動的物體在六個自由度上相對于某個固定物體的數(shù)值，即在自由度上相對于某個固定物體的數(shù)值，即在X X、Y Y、Z Z坐標坐標上的位置值，以及圍繞上的位置值，以及圍繞X X、Y Y、Z Z軸的旋轉(zhuǎn)值。三維空間傳軸的旋轉(zhuǎn)值。三維空間傳感器是用來檢測絕對位置和方向的。感器是用來檢測絕對位置和方向的。2. 2. 跟蹤球跟蹤球 跟蹤球跟蹤球(trackball)(trackball)是一種檢測和控制相對位置和方向的是一種檢測和控制相對位置和方向的傳感器，是用增量

22、位置控制的方法實現(xiàn)的。傳感器，是用增量位置控制的方法實現(xiàn)的。3. 3. 三維空間探針三維空間探針 三維空間探針是一種直觀、便宜，既能仿真絕對的位置和三維空間探針是一種直觀、便宜，既能仿真絕對的位置和方向、又能仿真相對的位置和方向的方向、又能仿真相對的位置和方向的I/OI/O設(shè)備。設(shè)備。6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件6.2.3 數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套 在虛擬現(xiàn)實中最常用的人機接口工具是數(shù)據(jù)手套，第一副數(shù)在虛擬現(xiàn)實中最常用的人機接口工具是數(shù)據(jù)手套，第一副數(shù)據(jù)手套是據(jù)手套是1987年在年在NASA(美國國家航空與宇宙航行局美國國家航空與宇宙航行局)的支的支持下研制成功的，近年來已有了極大的改進。數(shù)據(jù)手套的使持

23、下研制成功的，近年來已有了極大的改進。數(shù)據(jù)手套的使用增加了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感。數(shù)據(jù)手套比起傳統(tǒng)的鼠標用增加了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感。數(shù)據(jù)手套比起傳統(tǒng)的鼠標來，交互的區(qū)域更大，手的運動更自由。鼠標局限于二維平來，交互的區(qū)域更大，手的運動更自由。鼠標局限于二維平面，而手套則提供了一個三維操作空間。面，而手套則提供了一個三維操作空間。 數(shù)據(jù)手套可以把手勢轉(zhuǎn)化成計算機可識別的數(shù)據(jù)。它利用復數(shù)據(jù)手套可以把手勢轉(zhuǎn)化成計算機可識別的數(shù)據(jù)。它利用復雜的磁骨骸和傳感器技術(shù)，可以測量每個指關(guān)節(jié)的彎曲角。雜的磁骨骸和傳感器技術(shù)，可以測量每個指關(guān)節(jié)的彎曲角。 視覺跟蹤、眼睛跟蹤和數(shù)據(jù)衣這些跟蹤系統(tǒng)也都在研制中。視覺跟

24、蹤、眼睛跟蹤和數(shù)據(jù)衣這些跟蹤系統(tǒng)也都在研制中。 6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件6.2.4 觸覺與力學反饋裝置1. 力學反饋手套力學反饋手套 力學反饋手套是在計算機的控制下，通過對手指的運動產(chǎn)力學反饋手套是在計算機的控制下，通過對手指的運動產(chǎn)生阻尼，從而使用戶的手產(chǎn)生力感。阻尼的大小由被抓物生阻尼，從而使用戶的手產(chǎn)生力感。阻尼的大小由被抓物體的物理屬性決定。體的物理屬性決定。 力學反饋手套技術(shù)提供給用戶一種虛擬手控制系統(tǒng)，使用力學反饋手套技術(shù)提供給用戶一種虛擬手控制系統(tǒng)，使用戶可以選擇或操縱機器子系統(tǒng)并能自然感覺到觸覺和力量戶可以選擇或操縱機器子系統(tǒng)并能自然感覺到觸覺和力量模擬反饋。模擬反饋。2.

25、壓力反饋系統(tǒng)壓力反饋系統(tǒng) 當一個虛擬物被用戶抓取時，一些虛擬環(huán)境系統(tǒng)要求真正當一個虛擬物被用戶抓取時，一些虛擬環(huán)境系統(tǒng)要求真正的壓力反饋，來防止手穿過固體。壓力反饋系統(tǒng)是把壓力的壓力反饋，來防止手穿過固體。壓力反饋系統(tǒng)是把壓力加到操縱者手上，從而使人能夠根據(jù)運動及壓力的感受情加到操縱者手上，從而使人能夠根據(jù)運動及壓力的感受情況進行控制。況進行控制。 6.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件3. 表面壓力反饋裝置表面壓力反饋裝置 表面顯示的概念是把虛擬物體本身的表面提供給用戶的一表面顯示的概念是把虛擬物體本身的表面提供給用戶的一個思想，而不是力的感知或與虛擬物體的接觸而產(chǎn)生的觸個思想，而不是力的感知或與虛擬物

26、體的接觸而產(chǎn)生的觸覺。在虛擬環(huán)境的實現(xiàn)中，存在于現(xiàn)實世界中的用戶和在覺。在虛擬環(huán)境的實現(xiàn)中，存在于現(xiàn)實世界中的用戶和在計算機中定義的虛擬物體之間的交互作用不得不通過一個計算機中定義的虛擬物體之間的交互作用不得不通過一個力反饋設(shè)備調(diào)解。目前這類表面壓力反饋裝置包括：點陣力反饋設(shè)備調(diào)解。目前這類表面壓力反饋裝置包括：點陣式表面壓力反饋裝置和式表面壓力反饋裝置和SPICE觸覺接口。觸覺接口。6.2.5 頭盔顯示器頭盔顯示器 根據(jù)頭盔的主要圖像源是否在頭盔上，可將頭盔分為兩類。根據(jù)頭盔的主要圖像源是否在頭盔上，可將頭盔分為兩類。圖像源在頭盔上的顯示器采用的是陰極射線管圖像源在頭盔上的顯示器采用的是陰極

27、射線管(CRT)或液或液晶顯示晶顯示(LCD)設(shè)備。這兩種頭盔的主要缺點一是通常較重，設(shè)備。這兩種頭盔的主要缺點一是通常較重，二是比較危險。第二類頭盔的主要圖像源不在頭盔上。它二是比較危險。第二類頭盔的主要圖像源不在頭盔上。它采用光纖設(shè)備把外部圖像源輸送到頭盔上。這種類型頭盔采用光纖設(shè)備把外部圖像源輸送到頭盔上。這種類型頭盔的主要缺點是與頭盔相連的光纜過重。的主要缺點是與頭盔相連的光纜過重。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是用計算機生成的虛擬世界，用戶可以通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是用計算機生成的虛擬世界，用戶可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種感官與虛擬世界進行交互，而虛視覺、聽覺、觸覺等多種感

28、官與虛擬世界進行交互，而虛擬世界能夠迅速而準確地做出反應。要達到這個目標，虛擬世界能夠迅速而準確地做出反應。要達到這個目標，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件是基礎(chǔ)，但這遠遠不夠，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件是基礎(chǔ)，但這遠遠不夠，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還要進行大量而復雜的軟件設(shè)計。環(huán)境建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)還要進行大量而復雜的軟件設(shè)計。環(huán)境建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件設(shè)計的基礎(chǔ)，三維場景實時生成技術(shù)和三維虛實系統(tǒng)軟件設(shè)計的基礎(chǔ)，三維場景實時生成技術(shù)和三維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù)是使虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有真實感、沉浸感和交擬聲重現(xiàn)技術(shù)是使虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有真實感、沉浸感和交互性的關(guān)鍵，碰撞檢測技術(shù)是衡量虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)真實可用互性的關(guān)鍵，碰撞檢測技術(shù)

29、是衡量虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)真實可用性的一個重要方面。性的一個重要方面。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.1 環(huán)境建模技術(shù)環(huán)境建模技術(shù) 環(huán)境建模技術(shù)是構(gòu)造虛擬場景模型的技術(shù)，它是構(gòu)造虛擬環(huán)境建模技術(shù)是構(gòu)造虛擬場景模型的技術(shù)，它是構(gòu)造虛擬環(huán)境的核心技術(shù)。虛擬現(xiàn)實的環(huán)境建模技術(shù)不同于一般的環(huán)境的核心技術(shù)。虛擬現(xiàn)實的環(huán)境建模技術(shù)不同于一般的圖形建模技術(shù)，主要表現(xiàn)在以下三點：圖形建模技術(shù)，主要表現(xiàn)在以下三點：（1）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的場景和物體有自己的行為，而不是）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的場景和物體有自己的行為，而不是靜止的或簡單的運動。靜止的或簡單的運動。（2）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的物體要有良好的可操縱性，當用戶）虛擬現(xiàn)實

30、系統(tǒng)中的物體要有良好的可操縱性，當用戶對其進行操作時，物體必須能夠做出真實的反應。對其進行操作時，物體必須能夠做出真實的反應。（3）虛擬環(huán)境的生成必須滿足實時性的要求，能及時地隨）虛擬環(huán)境的生成必須滿足實時性的要求，能及時地隨用戶的操作而改變。用戶的操作而改變。1. 幾何建模技術(shù)幾何建模技術(shù) 幾何建模是用幾何圖形來構(gòu)造物體模型的方法。幾何建模幾何建模是用幾何圖形來構(gòu)造物體模型的方法。幾何建模技術(shù)主要研究對物體的幾何信息表示與處理、幾何信息的技術(shù)主要研究對物體的幾何信息表示與處理、幾何信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造函數(shù)以及操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造函數(shù)以及操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的

31、相關(guān)技術(shù)2. 物理建模技術(shù)物理建模技術(shù) 物理建模是在建模時考慮了物體的物理屬性的建模技術(shù)，物理建模是在建模時考慮了物體的物理屬性的建模技術(shù)，這些物理屬性有質(zhì)量、慣性、變形等。建模技術(shù)包括體素這些物理屬性有質(zhì)量、慣性、變形等。建模技術(shù)包括體素和結(jié)構(gòu)兩個方面。和結(jié)構(gòu)兩個方面。3. 行為建模技術(shù)行為建模技術(shù) 行為建模是對物體運動的處理和行為的描述。行為建模不行為建模是對物體運動的處理和行為的描述。行為建模不僅賦予物體外形特征，而且賦予物體行為和反應能力，如僅賦予物體外形特征，而且賦予物體行為和反應能力，如果說幾何建模是虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)，那么行為建模則賦予虛果說幾何建模是虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)，那么行為建模則賦

32、予虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以生命，行為建模真正體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的擬現(xiàn)實系統(tǒng)以生命，行為建模真正體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的根本特征。根本特征。4虛擬現(xiàn)實建模虛擬現(xiàn)實建模NURBS技術(shù)技術(shù) 許多工程設(shè)計，需要統(tǒng)一的數(shù)學方法描述曲線和曲面。非許多工程設(shè)計，需要統(tǒng)一的數(shù)學方法描述曲線和曲面。非均勻有理均勻有理B樣條樣條(簡稱簡稱NURBS，Non Uniform Rational Basic Spline)正是這樣一種數(shù)學方法。它既能與描述自正是這樣一種數(shù)學方法。它既能與描述自由型曲線曲面的由型曲線曲面的B樣條方法相統(tǒng)一，又能精確表示二次曲樣條方法相統(tǒng)一，又能精確表示二次曲線弧與二次曲面。線弧與二次曲面。6.3 虛擬

33、現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)5紋理貼圖紋理貼圖 紋理表現(xiàn)了物體表面的自然特征。紋理貼圖是既能增加繪紋理表現(xiàn)了物體表面的自然特征。紋理貼圖是既能增加繪制圖象的真實性，又不影響它們的基本幾何形狀的一種技制圖象的真實性，又不影響它們的基本幾何形狀的一種技術(shù)，沒有紋理的圖形顯得呆板和枯燥。術(shù)，沒有紋理的圖形顯得呆板和枯燥。6全局光照全局光照 生成真實感圖形的光照效果的主要方法有光線跟蹤技術(shù)和生成真實感圖形的光照效果的主要方法有光線跟蹤技術(shù)和輻射度技術(shù)。輻射度技術(shù)。7. 聽覺建模技術(shù)聽覺建模技術(shù) 聽覺建模是使虛擬場景中具有準確的聲源位置，并使聲音聽覺建模是使虛擬場景中具有準確的聲源位置，并使聲音隨操作者位置的改變

34、而實時改變的聲音系統(tǒng)構(gòu)造方法。隨操作者位置的改變而實時改變的聲音系統(tǒng)構(gòu)造方法。 6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.2 立體顯示技術(shù)立體顯示技術(shù) 立體圖像產(chǎn)生的方法是：對同一景物分別產(chǎn)生兩幅對應于立體圖像產(chǎn)生的方法是：對同一景物分別產(chǎn)生兩幅對應于左、右眼的具有一定視差的圖像，觀察者借助立體眼鏡等左、右眼的具有一定視差的圖像，觀察者借助立體眼鏡等設(shè)備，使左、右眼分別看到不同的圖像，然后經(jīng)過大腦的設(shè)備，使左、右眼分別看到不同的圖像，然后經(jīng)過大腦的融合，形成立體圖像。常用的立體顯示技術(shù)有：融合，形成立體圖像。常用的立體顯示技術(shù)有：1. 彩色眼鏡法彩色眼鏡法2偏振光眼鏡法偏振光眼鏡法3頭盔式立體顯示

35、器頭盔式立體顯示器4裸眼立體顯示技術(shù)裸眼立體顯示技術(shù)6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.3 三維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù)三維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù) 三維虛擬聲系統(tǒng)是在虛擬場景中使用戶能準確地判斷出聲三維虛擬聲系統(tǒng)是在虛擬場景中使用戶能準確地判斷出聲源位置、符合人們在真實世界中聽覺方式的聲音系統(tǒng)。三源位置、符合人們在真實世界中聽覺方式的聲音系統(tǒng)。三維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù)包括聲音定位與跟蹤系統(tǒng)、聽覺環(huán)境系維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù)包括聲音定位與跟蹤系統(tǒng)、聽覺環(huán)境系統(tǒng)。統(tǒng)。1. 聲音定位與跟蹤系統(tǒng)聲音定位與跟蹤系統(tǒng) 利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差、相位差、利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等可以

36、進行聲源定位與跟蹤。聲壓差等可以進行聲源定位與跟蹤。2. 聽覺環(huán)境系統(tǒng)聽覺環(huán)境系統(tǒng) 聽覺環(huán)境系統(tǒng)由語音與音響合成設(shè)備、識別設(shè)備和聲源定聽覺環(huán)境系統(tǒng)由語音與音響合成設(shè)備、識別設(shè)備和聲源定位設(shè)備所構(gòu)成。位設(shè)備所構(gòu)成。 6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.4 三維場景實時生成技術(shù) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還要求圖像具有真實感和實時性，真實感是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還要求圖像具有真實感和實時性，真實感是指物體的形狀、光學性質(zhì)、表面的紋理和粗糙程度，以及指物體的形狀、光學性質(zhì)、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置和遮擋關(guān)系等與在真實世界中看到的一物體間的相對位置和遮擋關(guān)系等與在真實世界中看到的一樣；實時性是指當用戶的

37、視點改變時，場景能隨之及時改樣；實時性是指當用戶的視點改變時，場景能隨之及時改變。這就要求圖像的生成和顯示的速度在每秒變。這就要求圖像的生成和顯示的速度在每秒1030幀。幀。1. 基于幾何圖形的實時繪制技術(shù)基于幾何圖形的實時繪制技術(shù) 為了保證場景刷新頻率不低于為了保證場景刷新頻率不低于30幀幀/秒，除了采用高性能秒，除了采用高性能的計算機外，降低場景的復雜度以提高動態(tài)顯示速度是一的計算機外，降低場景的復雜度以提高動態(tài)顯示速度是一種行之有效的方法，具體有預測計算、脫機計算、場景分種行之有效的方法，具體有預測計算、脫機計算、場景分塊、可見消隱和細節(jié)層次模型等。塊、可見消隱和細節(jié)層次模型等。6.3

38、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)（1）預測計算）預測計算 根據(jù)物體的運動規(guī)律，如行進的方向和速度，在繪制下一根據(jù)物體的運動規(guī)律，如行進的方向和速度，在繪制下一幀畫面之前采用預測、外推等方法提前計算出下一幅場景，幀畫面之前采用預測、外推等方法提前計算出下一幅場景，以提高顯示速度。以提高顯示速度。（2）脫機計算）脫機計算 將一些可預知的數(shù)據(jù)事先計算好并存儲起來，這樣可以加將一些可預知的數(shù)據(jù)事先計算好并存儲起來，這樣可以加快顯示速度?？祜@示速度。（3）場景分塊）場景分塊 將一個復雜的場景劃分為若干個互相不可見的子場景，每將一個復雜的場景劃分為若干個互相不可見的子場景，每次只繪制可見部分，這樣可降低場景的復雜度

39、，減少繪制次只繪制可見部分，這樣可降低場景的復雜度，減少繪制多邊形的數(shù)目，提高顯示速度。這種方法主要對封閉空間多邊形的數(shù)目，提高顯示速度。這種方法主要對封閉空間的場景有效。的場景有效。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)（4）可見消隱）可見消隱 場景分塊技術(shù)與觀察者所處的位置有關(guān)，而可見消隱技術(shù)場景分塊技術(shù)與觀察者所處的位置有關(guān)，而可見消隱技術(shù)則與觀察者的視線有關(guān)，系統(tǒng)只顯示當前能看見的場景，則與觀察者的視線有關(guān)，系統(tǒng)只顯示當前能看見的場景，而隱去視線以外的部分，這樣也可以降低場景的復雜度，而隱去視線以外的部分，這樣也可以降低場景的復雜度，提高顯示速度。提高顯示速度。（5）細節(jié)層次模型）細節(jié)層次模型

40、 所謂細節(jié)層次模型（所謂細節(jié)層次模型（LOD，Level Of Detail），是對場），是對場景中的不同物體采用不同細節(jié)水平而建立的一組模型。景中的不同物體采用不同細節(jié)水平而建立的一組模型。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)2. 基于圖像的場景生成技術(shù)基于圖像的場景生成技術(shù) 目前，基于圖像的場景生成技術(shù)主要有以下兩種：目前，基于圖像的場景生成技術(shù)主要有以下兩種：（1）全景技術(shù)）全景技術(shù) 全景技術(shù)是選擇一個觀察點，利用魚眼數(shù)碼相機旋轉(zhuǎn)一周全景技術(shù)是選擇一個觀察點，利用魚眼數(shù)碼相機旋轉(zhuǎn)一周拍攝下一組畫面，然后利用軟件去生成所在視點不同視角拍攝下一組畫面，然后利用軟件去生成所在視點不同視角的場景。的場

41、景。（2）圖像的插值和視圖變換技術(shù)）圖像的插值和視圖變換技術(shù) 全景技術(shù)只有一個視點，而采用插值和視圖變換技術(shù)可以全景技術(shù)只有一個視點，而采用插值和視圖變換技術(shù)可以將在不同視點拍攝的圖像，交互地生成兩個相鄰圖像之間將在不同視點拍攝的圖像，交互地生成兩個相鄰圖像之間的對應畫面，從而得到其他視點的場景圖，并且可以實現(xiàn)的對應畫面，從而得到其他視點的場景圖，并且可以實現(xiàn)多點漫游。多點漫游。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.5 6.3.5 碰撞檢測技術(shù)碰撞檢測技術(shù) 在虛擬世界中漫游，人與物體以及物體與物體之間的碰撞在虛擬世界中漫游，人與物體以及物體與物體之間的碰撞是不可避免的，為了保證虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真

42、實性，就要對是不可避免的，為了保證虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實性，就要對碰撞進行檢測，并作出相應的反應，否則就會發(fā)生諸如人碰撞進行檢測，并作出相應的反應，否則就會發(fā)生諸如人穿墻而過這種不真實的現(xiàn)象，對碰撞問題的處理包括碰撞穿墻而過這種不真實的現(xiàn)象，對碰撞問題的處理包括碰撞檢測和碰撞響應兩個方面，對他們都有實時性的要求，從檢測和碰撞響應兩個方面，對他們都有實時性的要求，從檢測出碰撞的發(fā)生到系統(tǒng)作出響應要在盡量短的時間內(nèi)完檢測出碰撞的發(fā)生到系統(tǒng)作出響應要在盡量短的時間內(nèi)完成，最長不超過成，最長不超過50ms50ms，否則系統(tǒng)無法正常運行。，否則系統(tǒng)無法正常運行。 碰撞檢測的方法有層次包圍盒法和空間解析法。層

43、次包圍碰撞檢測的方法有層次包圍盒法和空間解析法。層次包圍盒法的基本思想是利用體積略大的包圍盒將對象包圍起來，盒法的基本思想是利用體積略大的包圍盒將對象包圍起來，在進行碰撞檢測時，首先進行包圍盒的相交測試，只有包在進行碰撞檢測時，首先進行包圍盒的相交測試，只有包圍盒相交的物體才做進一步的碰撞檢測。層次包圍盒法適圍盒相交的物體才做進一步的碰撞檢測。層次包圍盒法適用于復雜環(huán)境的碰撞檢測?？臻g解析法是將整個虛擬空間用于復雜環(huán)境的碰撞檢測?？臻g解析法是將整個虛擬空間劃分成體積相等的小單元格，對占據(jù)同一單元格或相臨單劃分成體積相等的小單元格，對占據(jù)同一單元格或相臨單元格的物體進行相交測試?？臻g解析法通常用

44、于對稀疏環(huán)元格的物體進行相交測試。空間解析法通常用于對稀疏環(huán)境中分布比較均勻的物體進行碰撞檢測。境中分布比較均勻的物體進行碰撞檢測。6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)6.3.6 增強現(xiàn)實系統(tǒng)增強現(xiàn)實系統(tǒng) 增強現(xiàn)實增強現(xiàn)實(AR，Augmented Reality)是虛擬現(xiàn)實的一個變是虛擬現(xiàn)實的一個變種。虛擬現(xiàn)實是由計算機生成的虛擬環(huán)境，并使用戶沉浸種。虛擬現(xiàn)實是由計算機生成的虛擬環(huán)境，并使用戶沉浸其中進行交互的虛擬環(huán)境系統(tǒng)。當沉浸在其中時，用戶不其中進行交互的虛擬環(huán)境系統(tǒng)。當沉浸在其中時，用戶不能看到他周圍的真實世界。與之相比，增強現(xiàn)實允許用戶能看到他周圍的真實世界。與之相比，增強現(xiàn)實允許用戶看到

45、周圍的真實世界，虛擬對象則被融合到真實的世界之看到周圍的真實世界，虛擬對象則被融合到真實的世界之中。因此，增強現(xiàn)實是對虛擬現(xiàn)實的補充，而不是完全取中。因此，增強現(xiàn)實是對虛擬現(xiàn)實的補充，而不是完全取代它，即對現(xiàn)實的代它，即對現(xiàn)實的“增強增強”。理想情況下，它應該使用戶。理想情況下，它應該使用戶感覺到虛擬對象與真實對象共存在同一個空間里。感覺到虛擬對象與真實對象共存在同一個空間里。1. 增強現(xiàn)實系統(tǒng)的特點增強現(xiàn)實系統(tǒng)的特點（1）組合真實與虛擬環(huán)境）組合真實與虛擬環(huán)境（2）實時交互）實時交互（3）定位在）定位在3D空間空間6.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)2構(gòu)造增強現(xiàn)實系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)造增強現(xiàn)實系統(tǒng)的技術(shù)（

46、1）增強）增強 除了真實世界增加對象之外，增強現(xiàn)實也有能力移去這些除了真實世界增加對象之外，增強現(xiàn)實也有能力移去這些對象。當前的工作集中在把虛擬對象增加到真實環(huán)境中去。對象。當前的工作集中在把虛擬對象增加到真實環(huán)境中去。目前增強現(xiàn)實的研究主要集中在混合真實和虛擬的圖像與目前增強現(xiàn)實的研究主要集中在混合真實和虛擬的圖像與圖形。圖形。（2）光學與視頻）光學與視頻 構(gòu)造增強現(xiàn)實系統(tǒng)的根本問題是如何完成真實對象與虛擬構(gòu)造增強現(xiàn)實系統(tǒng)的根本問題是如何完成真實對象與虛擬對象的結(jié)合。有兩種基本的方法光學和視頻技術(shù)。對象的結(jié)合。有兩種基本的方法光學和視頻技術(shù)。（3）定位）定位 當前限制增強現(xiàn)實應用的根本問題是

47、定位問題。真實世界當前限制增強現(xiàn)實應用的根本問題是定位問題。真實世界和虛擬世界中的對象必須相互正確定位。許多應用場合要和虛擬世界中的對象必須相互正確定位。許多應用場合要求的甚至是精確定位。沒有精確定位，增強現(xiàn)實將不被許求的甚至是精確定位。沒有精確定位，增強現(xiàn)實將不被許多應用所接受。多應用所接受。6.4 虛擬現(xiàn)實軟件簡介 在虛擬現(xiàn)實中，虛擬環(huán)境是十分復雜的，我們不能每開發(fā)在虛擬現(xiàn)實中，虛擬環(huán)境是十分復雜的，我們不能每開發(fā)一個應用系統(tǒng)都從基本的代碼開始進行，非常有必要提供一個應用系統(tǒng)都從基本的代碼開始進行，非常有必要提供某種框架或平臺，使得新的應用可以在已有的虛擬環(huán)境系某種框架或平臺，使得新的應用

48、可以在已有的虛擬環(huán)境系統(tǒng)開發(fā)工具的基礎(chǔ)上進行。顯然，我們需要一個通用的虛統(tǒng)開發(fā)工具的基礎(chǔ)上進行。顯然，我們需要一個通用的虛擬環(huán)境開發(fā)標準，以保證各種軟件開發(fā)環(huán)境能夠提供一個擬環(huán)境開發(fā)標準，以保證各種軟件開發(fā)環(huán)境能夠提供一個統(tǒng)一的用于對象建模的虛擬現(xiàn)實構(gòu)造工具集。工具集主要統(tǒng)一的用于對象建模的虛擬現(xiàn)實構(gòu)造工具集。工具集主要提供相應的控制語言，以支持交互、動畫和物理仿真。提供相應的控制語言，以支持交互、動畫和物理仿真。6.4.1 虛擬環(huán)境應用工具包虛擬環(huán)境應用工具包WTK6.4.2 三維圖形設(shè)計軟件三維圖形設(shè)計軟件3DS MAX6.4.3 網(wǎng)絡(luò)三維交互軟件網(wǎng)絡(luò)三維交互軟件Cult3D6.4.4 分

49、布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)dVS6.4.5 虛擬現(xiàn)實制作工具虛擬現(xiàn)實制作工具Maya6.5 虛擬現(xiàn)實建模語言VRML VRML(Virtual Reality Modeling Language)是虛擬現(xiàn)實是虛擬現(xiàn)實建模語言，是一種三維造型和渲染的圖形描述性語言，是建模語言，是一種三維造型和渲染的圖形描述性語言，是繼繼HTML之后的第二代之后的第二代Web語言，第二代語言，第二代Web把把VRML與與HTML、Java、流媒體等技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成一種、流媒體等技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成一種新的三維超媒體新的三維超媒體Web。VRML包含包含3D動畫、音效、傳感動畫、音效、傳感器觸發(fā)

50、、事件輸入輸出、行為控制、支持多種腳本與多重器觸發(fā)、事件輸入輸出、行為控制、支持多種腳本與多重使用者等功能，具有與設(shè)備無關(guān)、可擴展以及能在低帶寬使用者等功能，具有與設(shè)備無關(guān)、可擴展以及能在低帶寬網(wǎng)絡(luò)中工作等特點網(wǎng)絡(luò)中工作等特點,真正在真正在Web上實現(xiàn)了動態(tài)頁面，并加上實現(xiàn)了動態(tài)頁面，并加強了交互功能，達到真正虛擬現(xiàn)實的效果。強了交互功能，達到真正虛擬現(xiàn)實的效果。6.5 虛擬現(xiàn)實建模語言VRML6.5.1 VRML的誕生及發(fā)展 1994年年10月公布了月公布了VRML1.0的規(guī)范草案。的規(guī)范草案。 1996年年8月公布了月公布了VRML2.0標準。標準。 1997年年12月月VRML 97作為國際標準正式發(fā)布，作為國際標準正式發(fā)布， 1998年年1月正式獲得國際標準化組織月正式獲得國際標準化組織ISO的批準。的批準。 1999年底，年底，VRML的又一種編碼方案的又一種編碼方案X3D草案發(fā)布。草案發(fā)布。 2000年年6月世界月世界Web3D協(xié)會發(fā)布了協(xié)會發(fā)布了VRML2000國際標準國際標準（草案），（草案），2000年年9月又發(fā)布了月又發(fā)布了VRML2000國際標準。國際標準。 2002年年7月月23日，日，Web3D聯(lián)盟發(fā)布了可擴展