虛擬現(xiàn)實(shí)概述

1、1教師：陸艷洪教師：陸艷洪 聯(lián)系方式：聯(lián)系方式： TEL:TEL: 88493458 88493458 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)921921 EMAIL:EMAIL: 辦公室：辦公室：實(shí)驗(yàn)大樓實(shí)驗(yàn)大樓A913A9132現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 章節(jié)安排章節(jié)安排第一章第一章 概述概述第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章第三章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真第四章第四章 離散事件系統(tǒng)仿真離散事件系統(tǒng)仿真第六章第六章 分布式交互仿真分布式交互仿真第七章第七章 可視化、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真可視化、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真3n 背景知識(shí)背景知識(shí)包括：包括： 計(jì)算機(jī)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)

2、絡(luò)，軟件工程，程序計(jì)算機(jī)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，軟件工程，程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，電子學(xué)，圖形學(xué)與設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，電子學(xué)，圖形學(xué)與CAD，系統(tǒng)分析，人工智能等。，系統(tǒng)分析，人工智能等。n 內(nèi)容內(nèi)容包括虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念和術(shù)語(yǔ)，虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)包括虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念和術(shù)語(yǔ)，虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)方法，虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素，虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備仿真的基礎(chǔ)方法，虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素，虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)的世界建模技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。和計(jì)算機(jī)設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)的世界建模技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛

3、擬現(xiàn)實(shí)4 知識(shí)結(jié)構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛擬現(xiàn)實(shí)5重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)l 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念l 人的視覺(jué)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)顯示技術(shù)人的視覺(jué)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)顯示技術(shù)l 各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)l 力覺(jué)和觸覺(jué)反饋技術(shù)力覺(jué)和觸覺(jué)反饋技術(shù)l 虛擬現(xiàn)實(shí)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l 虛擬現(xiàn)實(shí)的工具軟件系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)的工具軟件系統(tǒng)l 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛擬現(xiàn)實(shí)6要求要求l 首先要求掌握虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念和術(shù)語(yǔ)，以及虛首先要求掌握

4、虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念和術(shù)語(yǔ)，以及虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素，明確虛擬對(duì)現(xiàn)實(shí)要求。擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素，明確虛擬對(duì)現(xiàn)實(shí)要求。l 其次要求掌握虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)方法，虛擬現(xiàn)實(shí)的接其次要求掌握虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)方法，虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)的世界建模技術(shù)，了解實(shí)現(xiàn)要口設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)的世界建模技術(shù)，了解實(shí)現(xiàn)要求的技術(shù)。求的技術(shù)。l 最后要求掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。最后要求掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛擬現(xiàn)實(shí)7參考資料參考資料1.虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真 韋有雙；國(guó)防工業(yè)出版社；韋有雙；國(guó)防工業(yè)出版社

5、；2004年年2.虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用曾建超，俞志和；清華大學(xué)出版社；曾建超，俞志和；清華大學(xué)出版社；19963.靈境（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的理論，實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用靈境（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的理論，實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用汪成為，高文，王行仁；清華大學(xué)出版社，廣西科學(xué)技術(shù)出版社；汪成為，高文，王行仁；清華大學(xué)出版社，廣西科學(xué)技術(shù)出版社；19964.Virtual Reality TechnologyGrigore Burdea，Phillippe Coiffet；John Wiley & Sons,INC.；19945.Virtual Reality SystemsJohn Vince；Add

6、ison-Wesley Pnblishing Company；1995 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛擬現(xiàn)實(shí)8l 虛擬現(xiàn)實(shí)概述虛擬現(xiàn)實(shí)概述l 虛擬現(xiàn)實(shí)的接口技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的接口技術(shù) l 虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)l 虛擬現(xiàn)實(shí)的建模和仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的建模和仿真技術(shù) l 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)l 系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合機(jī)制系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合機(jī)制l 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第七章虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容內(nèi)容9l課前思考課前思考l學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) l難重點(diǎn)難重點(diǎn) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技

7、術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述1什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？2虛擬現(xiàn)實(shí)與人有什麼關(guān)系？虛擬現(xiàn)實(shí)與人有什麼關(guān)系？1注意理解幾個(gè)概念。注意理解幾個(gè)概念。2注意理解幾個(gè)特點(diǎn)。注意理解幾個(gè)特點(diǎn)。3注意理解注意理解VR設(shè)計(jì)中考慮的視覺(jué)問(wèn)題。設(shè)計(jì)中考慮的視覺(jué)問(wèn)題。 1了解了解VR的概念和特點(diǎn)。的概念和特點(diǎn)。2了解了解VR有關(guān)的人的因素。有關(guān)的人的因素。 101、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)部分是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)部分是 。2、 遙操作系統(tǒng)的三個(gè)部分是遙操作系統(tǒng)的三個(gè)部分是 。3、 增強(qiáng)顯示系統(tǒng)是增強(qiáng)顯示系統(tǒng)是 。4、 合成顯示系統(tǒng)是合成顯示系統(tǒng)是 。5、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)特點(diǎn)

8、是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)特點(diǎn)是 。6、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)I是是 。7、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域 。8、 確定電影和電視的幀頻應(yīng)該考慮人眼的確定電影和電視的幀頻應(yīng)該考慮人眼的 現(xiàn)象。現(xiàn)象。 9、 人耳的人耳的HRTF的中文名稱是的中文名稱是 。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述11l 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 本章主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念和有關(guān)人的概念。本章主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念和有關(guān)人的概念。 虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部而非現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的存在

9、于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部而非現(xiàn)實(shí)世界中的一種環(huán)境。該環(huán)境包括：環(huán)境的人類操作者、人機(jī)接口和世界中的一種環(huán)境。該環(huán)境包括：環(huán)境的人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)，人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)問(wèn)題，都是和虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素。計(jì)算機(jī)，人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)問(wèn)題，都是和虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素。l 本章內(nèi)容包括：本章內(nèi)容包括： 1 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念 2 虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn) 3 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域 4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介 5 虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述12第一章的知

10、識(shí)點(diǎn)第一章的知識(shí)點(diǎn) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述13虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展史虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展史1) 1) 19651965年，年，SutherlandSutherland在篇名為在篇名為的論文中首次提出了的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想，從此，人們正式開(kāi)始了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究探索歷的基本思想，從此，人們正式開(kāi)始了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究探索歷程。程。2) 2) 19661966年，美國(guó)年，美國(guó)MITMIT的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始了頭盔式顯

11、示器的研制工作。的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始了頭盔式顯示器的研制工作。3) 3) 19891989年，美國(guó)年，美國(guó)VPL Research VPL Research 公司創(chuàng)始人公司創(chuàng)始人Jaron Lanier Jaron Lanier 提出了提出了“Virtual Reality”Virtual Reality”（虛擬現(xiàn)實(shí)）的概念。（虛擬現(xiàn)實(shí)）的概念。4) 4) 19941994年，美國(guó)年，美國(guó)SGISGI公司和比利時(shí)的公司和比利時(shí)的BARCOBARCO投影機(jī)制造公司，在英國(guó)建投影機(jī)制造公司，在英國(guó)建設(shè)了世界上第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。設(shè)了世界上第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用

12、第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述14基本概念基本概念 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述l “Reality”Reality”的含義是現(xiàn)實(shí)的世界或現(xiàn)實(shí)的環(huán)境。所以，的含義是現(xiàn)實(shí)的世界或現(xiàn)實(shí)的環(huán)境。所以，“Virtual Reality”Virtual Reality”（虛擬現(xiàn)實(shí)）的另一個(gè)名稱是（虛擬現(xiàn)實(shí)）的另一個(gè)名稱是“Virtual Virtual Environment”Environment”（虛擬環(huán)境）。（虛擬環(huán)境）。l “Virtual”Virtual”說(shuō)明這個(gè)世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實(shí)的，是人說(shuō)明這個(gè)世界

13、或環(huán)境是虛擬的，不是真實(shí)的，是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的，用戶應(yīng)該能夠工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的，用戶應(yīng)該能夠“進(jìn)入進(jìn)入”這個(gè)虛這個(gè)虛擬的環(huán)境中。擬的環(huán)境中。 l 所謂所謂“進(jìn)入進(jìn)入”這個(gè)虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個(gè)這個(gè)虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺(jué)。真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺(jué)。 15l “Virtual Reality”(“Virtual Reality”(虛擬現(xiàn)實(shí)）虛擬現(xiàn)實(shí)）或或“Virtual

14、 Environment”Virtual Environment”（虛擬環(huán)境）（虛擬環(huán)境）是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。境。l 用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感受，身臨其境的感覺(jué)。感，沉浸感受，身臨其境的感覺(jué)。l 虛擬環(huán)境（虛擬環(huán)境（Virtual Environment ,VEVirtual Environment ,VE）系統(tǒng)系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)（或虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual

15、Reality , Virtual Reality , VRVR）系統(tǒng)包括人類操作者、人機(jī)接口和）系統(tǒng)包括人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述基本概念基本概念 161 1）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用最多的專用設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用最多的專用設(shè)備是頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套。于是，有人以使用這些專用設(shè)備為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)志，這種觀點(diǎn)是不于是，有人以使用這些專用設(shè)備為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)志，這種觀點(diǎn)是不準(zhǔn)確的，它們只是當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一部分虛擬現(xiàn)實(shí)接口設(shè)備。準(zhǔn)確的，它們只是當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一部分虛

16、擬現(xiàn)實(shí)接口設(shè)備。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述基本概念基本概念 17 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述基本概念基本概念 2 2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人機(jī)交互方面開(kāi)創(chuàng)的全新的學(xué)科虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人機(jī)交互方面開(kāi)創(chuàng)的全新的學(xué)科領(lǐng)域。這個(gè)新領(lǐng)域的發(fā)展，還有很多困難，有很多技術(shù)難點(diǎn)有待解決，領(lǐng)域。這個(gè)新領(lǐng)域的發(fā)展，還有很多困難，有很多技術(shù)難點(diǎn)有待解決，當(dāng)前，這一領(lǐng)域還只是走出了第一步。當(dāng)前，這一領(lǐng)域還只是走出了第一步。3 3）以接口設(shè)備為例，頭盔式立體顯示器和數(shù)

17、據(jù)手套等設(shè)備很不完善。以接口設(shè)備為例，頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備很不完善。例如，頭盔的視場(chǎng)，分辨率，造成眩暈等問(wèn)題還有待解決。聽(tīng)覺(jué)接口和例如，頭盔的視場(chǎng)，分辨率，造成眩暈等問(wèn)題還有待解決。聽(tīng)覺(jué)接口和力覺(jué)接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺(jué)，嗅覺(jué)，運(yùn)動(dòng)覺(jué)等技術(shù)，力覺(jué)接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺(jué)，嗅覺(jué)，運(yùn)動(dòng)覺(jué)等技術(shù)，還缺乏研究。還缺乏研究。18虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述l檢測(cè)模塊：檢測(cè)模塊：檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬

18、環(huán)境。 l反饋模塊：反饋模塊：接受來(lái)自傳感器模塊信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。接受來(lái)自傳感器模塊信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。 l傳感器模塊：傳感器模塊：一方面接受來(lái)自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一一方面接受來(lái)自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面方面 將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。l控制模塊：控制模塊：對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。 l建模模塊：建模模塊：獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分

19、的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。 構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的五大模塊構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的五大模塊19一、模仿真實(shí)世界中的環(huán)境一、模仿真實(shí)世界中的環(huán)境：建筑物，武器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境：建筑物，武器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境l特點(diǎn)與功能：特點(diǎn)與功能：這種真實(shí)環(huán)境，可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒(méi)有建成這種真實(shí)環(huán)境，可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒(méi)有建成的，這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能實(shí)際上是系統(tǒng)仿真。的，這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能實(shí)際上是系統(tǒng)仿真。l要求：要求：為了逼真地模仿真實(shí)世界中的環(huán)境，逼真地建立幾何模型和物理模型，環(huán)境的為了逼真地模仿真實(shí)世界中的環(huán)境，逼真地建立幾何模型和物理模型，環(huán)境的動(dòng)態(tài)

20、應(yīng)符合物理規(guī)律。動(dòng)態(tài)應(yīng)符合物理規(guī)律。二、人類主觀構(gòu)造的環(huán)境：二、人類主觀構(gòu)造的環(huán)境：用于影視制作或電子游戲的三維動(dòng)畫(huà)。用于影視制作或電子游戲的三維動(dòng)畫(huà)。l特點(diǎn)特點(diǎn)：環(huán)境是虛構(gòu)的，幾何模型和物理模型就可以完全虛構(gòu)。：環(huán)境是虛構(gòu)的，幾何模型和物理模型就可以完全虛構(gòu)。l實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)：常用插值方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)技術(shù)：常用插值方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)技術(shù)三、模仿真實(shí)世界中的人類不可見(jiàn)的環(huán)境：三、模仿真實(shí)世界中的人類不可見(jiàn)的環(huán)境：分子的結(jié)構(gòu)，空氣中的速度、溫度、壓力的分分子的結(jié)構(gòu)，空氣中的速度、溫度、壓力的分布等。布等。l特點(diǎn)與功能特點(diǎn)與功能：這種真實(shí)環(huán)境，是客觀存在的，但是人類的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)不能感覺(jué)到。其：這種

21、真實(shí)環(huán)境，是客觀存在的，但是人類的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)不能感覺(jué)到。其功能，實(shí)際是科學(xué)可視化。功能，實(shí)際是科學(xué)可視化。l實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：對(duì)于分子結(jié)構(gòu)這類微觀環(huán)境，進(jìn)行放大尺度的模仿，使人能看到。對(duì)于空氣中對(duì)于分子結(jié)構(gòu)這類微觀環(huán)境，進(jìn)行放大尺度的模仿，使人能看到。對(duì)于空氣中的速度這類不可見(jiàn)的物理量，可以用流線顯示速度（流線方向表示速度方向，流線密的速度這類不可見(jiàn)的物理量，可以用流線顯示速度（流線方向表示速度方向，流線密度表示速度大?。６缺硎舅俣却笮。Ｌ摂M現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境分類虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境分類 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述電影動(dòng)畫(huà)的例子電影動(dòng)畫(huà)的

22、例子居室環(huán)境的仿真和漫游例子居室環(huán)境的仿真和漫游例子 由此可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于由此可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于系統(tǒng)系統(tǒng)仿真、科學(xué)可視化、三維動(dòng)畫(huà)仿真、科學(xué)可視化、三維動(dòng)畫(huà)等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。 20與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有關(guān)的幾個(gè)系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)以及合成現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有關(guān)的幾個(gè)系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)以及合成現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。l 遙操作遙操作(Tele operator)(Tele operator)系統(tǒng)系統(tǒng)由人類操作者、人機(jī)接口和遙機(jī)器人組成。由人類操作者、人機(jī)接口和遙機(jī)器人組成。l 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented RealityAugmented Reality）系統(tǒng)）

23、系統(tǒng)是將虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境組合在一起。是將虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境組合在一起。l 合成環(huán)境（合成環(huán)境（Synthetic Environment, SESynthetic Environment, SE）系統(tǒng)）系統(tǒng)，是遙操作系統(tǒng)，虛擬環(huán)境系，是遙操作系統(tǒng)，虛擬環(huán)境系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等的總稱。統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等的總稱。其他相關(guān)系統(tǒng)概念其他相關(guān)系統(tǒng)概念 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境(Virtual Environment(Virtual Environment，VE)VE)系統(tǒng)或系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Real

24、ity(Virtual Reality，VR)VR)系統(tǒng)系統(tǒng)由人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)組成。由人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)組成。21l對(duì)于對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實(shí)際是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。，與用戶交互的環(huán)境實(shí)際是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。l對(duì)于對(duì)于遙操作系統(tǒng)遙操作系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實(shí)際是在，與用戶交互的環(huán)境實(shí)際是在遠(yuǎn)地的一個(gè)真實(shí)的機(jī)器人工作環(huán)境遠(yuǎn)地的一個(gè)真實(shí)的機(jī)器人工作環(huán)境。l增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是虛擬環(huán)境，是虛擬環(huán)境(VE)與真實(shí)環(huán)境與真實(shí)環(huán)境(RE)的組合，與人類交互的既有的組合，與人類交互的既有VE也有也有RE。如虛擬演播室，

25、背景是如虛擬演播室，背景是VE，前景是真實(shí)的人，前景是真實(shí)的人其他相關(guān)系統(tǒng)概念其他相關(guān)系統(tǒng)概念 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之間的區(qū)別在于與之間的區(qū)別在于與用戶交互的環(huán)境不同。用戶交互的環(huán)境不同。遙控機(jī)器人代替了計(jì)算機(jī)，環(huán)境實(shí)際上是遠(yuǎn)離操作者或操作者無(wú)法到達(dá)的遠(yuǎn)程真實(shí)環(huán)境遙控機(jī)器人代替了計(jì)算機(jī)，環(huán)境實(shí)際上是遠(yuǎn)離操作者或操作者無(wú)法到達(dá)的遠(yuǎn)程真實(shí)環(huán)境（如深海、深空、核爆環(huán)境等），用戶通過(guò)類似虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)接口，操作或感受（如深海、深空、核爆環(huán)境等），用戶通

26、過(guò)類似虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)接口，操作或感受遠(yuǎn)處的真實(shí)環(huán)境。也就是看到真實(shí)環(huán)境的場(chǎng)景，聽(tīng)到真實(shí)環(huán)境的聲音，感到與環(huán)境中物遠(yuǎn)處的真實(shí)環(huán)境。也就是看到真實(shí)環(huán)境的場(chǎng)景，聽(tīng)到真實(shí)環(huán)境的聲音，感到與環(huán)境中物體的接觸。體的接觸。22 1）全景（）全景（Panorama） 2）物體（）物體（Object） 3）場(chǎng)景（）場(chǎng)景（Scenes）虛擬現(xiàn)實(shí)的三種表現(xiàn)方式虛擬現(xiàn)實(shí)的三種表現(xiàn)方式 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述 在全景（在全景（Panorama）模式下，物體是相對(duì)固定而鏡頭位置是相對(duì)移動(dòng)）模式下，物體是相對(duì)固定而鏡頭位置是相對(duì)移動(dòng)（原地（原地360度

27、轉(zhuǎn)動(dòng)）的，例如在建筑的頂樓平臺(tái)環(huán)顧四周度轉(zhuǎn)動(dòng)）的，例如在建筑的頂樓平臺(tái)環(huán)顧四周360度的景觀。度的景觀。 在場(chǎng)景（在場(chǎng)景（Scenes）模式下，物體和鏡頭都可以運(yùn)動(dòng)，比如客戶在看房時(shí)，）模式下，物體和鏡頭都可以運(yùn)動(dòng)，比如客戶在看房時(shí)，從一個(gè)房間走到另外一個(gè)房間。這時(shí)，鏡頭（眼睛）在運(yùn)動(dòng)，從一從一個(gè)房間走到另外一個(gè)房間。這時(shí)，鏡頭（眼睛）在運(yùn)動(dòng)，從一 個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn)（房間一）移動(dòng)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)（房間二）。簡(jiǎn)單的說(shuō)，這是全景和物體模（房間一）移動(dòng)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)（房間二）。簡(jiǎn)單的說(shuō)，這是全景和物體模式的綜合。式的綜合。 在物體（在物體（Object）模式下，物體運(yùn)動(dòng)而鏡頭相對(duì)固定，比如玩手機(jī)時(shí)，）模式

28、下，物體運(yùn)動(dòng)而鏡頭相對(duì)固定，比如玩手機(jī)時(shí)，物體（手機(jī)）運(yùn)動(dòng)，而鏡頭（眼睛）固定。物體（手機(jī)）運(yùn)動(dòng)，而鏡頭（眼睛）固定。 23虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)提供計(jì)算機(jī)提供“環(huán)境環(huán)境”，不是，不是“數(shù)據(jù)，信息數(shù)據(jù)，信息” 操作者由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)感知環(huán)境，由自然的動(dòng)作操作環(huán)境，不是由屏幕、鍵操作者由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)感知環(huán)境，由自然的動(dòng)作操作環(huán)境，不是由屏幕、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互盤(pán)、鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互;逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué); 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述 該特點(diǎn)該

29、特點(diǎn)改變了人機(jī)接口的內(nèi)容，改變了人機(jī)接口的內(nèi)容，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新方向。應(yīng)用的新方向。以以環(huán)境為環(huán)境為計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象和人機(jī)交互的內(nèi)容計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象和人機(jī)交互的內(nèi)容。 l 該特點(diǎn)改變了該特點(diǎn)改變了人機(jī)接口的形式，人機(jī)接口的形式，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)人機(jī)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新方向。接口的新方向。l 一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)接口都是一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)接口都是面向機(jī)器的面向機(jī)器的，終端，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，打印機(jī)等接口設(shè)備。，終端，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，打印機(jī)等接口設(shè)備。它們能很好地完成了各類數(shù)據(jù)和多媒體信息的交互。它們能很好地完成了各類數(shù)據(jù)和多媒體信息的交互。l 虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)接口，則是虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)接

30、口，則是面向用戶的面向用戶的。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶以。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶以自然的方式自然的方式與虛擬與虛擬環(huán)境交互。環(huán)境交互。l該特點(diǎn)改變了該特點(diǎn)改變了人機(jī)接口的效果人機(jī)接口的效果，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新要求人機(jī)接口的新要求。l 用戶通過(guò)人機(jī)接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用戶產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。用戶通過(guò)人機(jī)接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用戶產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。虛擬現(xiàn)實(shí)的概念中有虛擬現(xiàn)實(shí)的概念中有三個(gè)三個(gè)I：（1 1）Immersion(Immersion(沉浸沉浸) )，是指逼真的，身臨其境的感覺(jué)。，是指逼真的，身臨其境的感覺(jué)。（2 2）Interacti

31、on(Interaction(交互交互) )，是指用戶感知與操作環(huán)境。，是指用戶感知與操作環(huán)境。（3 3）Imagination(Imagination(想象想象) )，是指創(chuàng)造性。，是指創(chuàng)造性。 24虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域l 娛樂(lè)娛樂(lè)l 國(guó)防國(guó)防l 設(shè)計(jì)、制造和銷售設(shè)計(jì)、制造和銷售l 醫(yī)療和健康醫(yī)療和健康l 危險(xiǎn)操作危險(xiǎn)操作l 訓(xùn)練訓(xùn)練l 教育教育l 信息可視化信息可視化l 遠(yuǎn)程交往與遠(yuǎn)程游歷遠(yuǎn)程交往與遠(yuǎn)程游歷 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述25 把分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)把分布

32、式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)更加逼真，大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的顯示等領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)更加逼真，大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果十分顯著。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果十分顯著。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展，系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對(duì)話方式，學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展，系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對(duì)話方式， 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部

33、分概述l教育應(yīng)用教育應(yīng)用 l工程應(yīng)用工程應(yīng)用 當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產(chǎn)品，目當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產(chǎn)品，目前，前，CAD/CAMCAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用將使工程人員能通過(guò)全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)系統(tǒng)的應(yīng)用將使工程人員能通過(guò)全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)、交流和發(fā)布，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本。計(jì)、交流和發(fā)布，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本。 26 對(duì)于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系

34、的公司，尤其是那些在他們的主對(duì)于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司，尤其是那些在他們的主頁(yè)上向客戶發(fā)送電子廣告的公司，頁(yè)上向客戶發(fā)送電子廣告的公司，Internet具有特別的吸引力。分布具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購(gòu)買(mǎi)商品的經(jīng)歷。例如，顧式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購(gòu)買(mǎi)商品的經(jīng)歷。例如，顧客可以訪問(wèn)虛擬世界中的商店，在那里挑選商品，然后通過(guò)客可以訪問(wèn)虛擬世界中的商店，在那里挑選商品，然后通過(guò)Internet辦理付款手續(xù)，商店則及時(shí)把商品送到顧客手中。辦理付款手續(xù)，商店則及時(shí)把商品送到顧客手中。 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真

35、技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述l商業(yè)應(yīng)用商業(yè)應(yīng)用 l娛樂(lè)應(yīng)用娛樂(lè)應(yīng)用 娛樂(lè)領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用娛樂(lè)領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境，從而使領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境，從而使人們能夠享受其中的樂(lè)趣，帶來(lái)更好的娛樂(lè)感人們能夠享受其中的樂(lè)趣，帶來(lái)更好的娛樂(lè)感覺(jué)。覺(jué)。 27虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介1VR的人機(jī)接口的人機(jī)接口2VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3VR的建模和仿真的建模和仿真 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述l 給人類操作者提供環(huán)境

36、信息；包括位置跟蹤和反饋、視覺(jué)通道、聽(tīng)覺(jué)通給人類操作者提供環(huán)境信息；包括位置跟蹤和反饋、視覺(jué)通道、聽(tīng)覺(jué)通道、觸覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)接口和其他接口。道、觸覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)接口和其他接口。l 感覺(jué)人類操作者的動(dòng)作和響應(yīng)；包括位置跟蹤和映射，語(yǔ)音識(shí)別等。感覺(jué)人類操作者的動(dòng)作和響應(yīng)；包括位置跟蹤和映射，語(yǔ)音識(shí)別等?，F(xiàn)有的虛擬系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道。聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道還處于研現(xiàn)有的虛擬系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道。聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道還處于研究階段。所以，究階段。所以，VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道的要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道的要求。l 建模包括幾何建模和物理建模。建模包括幾何建模和物理建模。l 仿真包括圖形繪制、三維

37、動(dòng)畫(huà)仿真包括圖形繪制、三維動(dòng)畫(huà)28虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備l位姿傳感器位姿傳感器 l視覺(jué)通道視覺(jué)通道l聽(tīng)覺(jué)通道聽(tīng)覺(jué)通道l觸覺(jué)通道觸覺(jué)通道l運(yùn)動(dòng)接口運(yùn)動(dòng)接口 l其他類型接口其他類型接口VRVR的人機(jī)接口的人機(jī)接口 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述29位姿傳感器位姿傳感器VRVR的人機(jī)接口的人機(jī)接口 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述l位置跟蹤和映射：位置跟蹤和映射：用于測(cè)量人體各部位的位用于測(cè)量人體各部位的位置和姿態(tài)，分析判斷人面部的表情。它的目置和姿態(tài)，分析判斷人面部的

38、表情。它的目的是了解人的身體行為。的是了解人的身體行為。l 這是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互所必需的系統(tǒng)功能，這是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互所必需的系統(tǒng)功能，VR系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當(dāng)系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，實(shí)現(xiàn)交互。的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)交互。l常用技術(shù)：常用技術(shù)：機(jī)械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、機(jī)械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器。光傳感器和慣性傳感器。l 基本目標(biāo)基本目標(biāo)：精確完成位置和姿態(tài)的測(cè)量。：精確完成位置和姿態(tài)的測(cè)量。l 三個(gè)主要的要求三個(gè)主要的要求：大范圍的線性響應(yīng)，高帶：大范圍的線性響應(yīng)，高帶寬（寬（1kHz），以及允許頭和身體的運(yùn)動(dòng)。），以及允許頭和身體的運(yùn)動(dòng)。3

39、0各種位姿跟蹤器的比較各種位姿跟蹤器的比較 發(fā)射源發(fā)射源 便攜便攜 精度精度 價(jià)格價(jià)格 刷新率刷新率 延遲延遲 范圍范圍 干擾源干擾源 機(jī)械式機(jī)械式 無(wú)無(wú)差差很高很高較高較高高高很小很小很小很小無(wú)無(wú) 磁場(chǎng)式磁場(chǎng)式 有有好好較高較高較低較低較高較高較大較大單傳感器小單傳感器小多傳感器大多傳感器大 金屬及磁場(chǎng)金屬及磁場(chǎng) 超聲式超聲式 有有較好較好時(shí)間法低時(shí)間法低相位法高相位法高 很低很低時(shí)間法低時(shí)間法低相位法高相位法高 小小較大較大空氣流動(dòng)，空氣流動(dòng)，超聲噪聲超聲噪聲 光學(xué)式光學(xué)式 有有較好較好較高較高昂貴昂貴高高小小大大光反射，光反射，紅外光源紅外光源 慣性式慣性式 無(wú)無(wú)好好較低較低昂貴昂貴很高

40、很高隨時(shí)間和隨時(shí)間和溫度漂移溫度漂移 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述31給人的視覺(jué)系統(tǒng)提供圖形顯示。給人的視覺(jué)系統(tǒng)提供圖形顯示。要求要求：a) 顯示的像素應(yīng)該足夠小，使人不至感覺(jué)顯示的像素應(yīng)該足夠小，使人不至感覺(jué)到像素的不連續(xù)；到像素的不連續(xù)；b) 顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至感覺(jué)顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至感覺(jué)到畫(huà)面的不連續(xù)；到畫(huà)面的不連續(xù)；c) 給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成立體視覺(jué)；立體視覺(jué)；d) 應(yīng)該具有足夠大的視場(chǎng)，理想情況是顯應(yīng)該具有足夠大的視場(chǎng)，理想情況是顯示畫(huà)面充滿整個(gè)視場(chǎng)。示

41、畫(huà)面充滿整個(gè)視場(chǎng)。VRVR的人機(jī)接口的人機(jī)接口 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述視覺(jué)接口通道視覺(jué)接口通道32l給人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)提供聲音顯示。給人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)提供聲音顯示。l要求：要求：能識(shí)別聲音的類型和強(qiáng)度，能判定聲源的位置。能識(shí)別聲音的類型和強(qiáng)度，能判定聲源的位置。l關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)：由接口提供的虛擬聲音信號(hào)合成，聲音在虛擬空間定位問(wèn)題，以及發(fā)聲設(shè)備由接口提供的虛擬聲音信號(hào)合成，聲音在虛擬空間定位問(wèn)題，以及發(fā)聲設(shè)備VRVR的人機(jī)接口的人機(jī)接口 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述聽(tīng)覺(jué)

42、通道聽(tīng)覺(jué)通道觸覺(jué)通道觸覺(jué)通道l觸覺(jué)通道：觸覺(jué)通道：給人體表面提供觸覺(jué)和力覺(jué)。當(dāng)人體在虛擬空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果接觸到虛擬給人體表面提供觸覺(jué)和力覺(jué)。當(dāng)人體在虛擬空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果接觸到虛擬物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該給人提供這種觸覺(jué)和力覺(jué)。物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該給人提供這種觸覺(jué)和力覺(jué)。l內(nèi)容：內(nèi)容：涉及操作以及感覺(jué)，包括觸覺(jué)反饋和力覺(jué)反饋。涉及操作以及感覺(jué)，包括觸覺(jué)反饋和力覺(jué)反饋。l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：包括安在身體上的和安在地面上的設(shè)備。包括安在身體上的和安在地面上的設(shè)備。l人體在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)包括：人體在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)包括：身體的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)（被動(dòng)移動(dòng)，如在車(chē)上的運(yùn)動(dòng)），身體主動(dòng)身體的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)（被動(dòng)移動(dòng)，如在車(chē)上的運(yùn)動(dòng)

43、），身體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)（漫游，如散步）。人體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)器官可以感知運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)（漫游，如散步）。人體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)器官可以感知運(yùn)動(dòng)信息。l感知運(yùn)動(dòng)信息的器官包含：感知運(yùn)動(dòng)信息的器官包含：前庭系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、本體感受、動(dòng)覺(jué)和觸前庭系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、本體感受、動(dòng)覺(jué)和觸覺(jué)。覺(jué)。l 運(yùn)動(dòng)接口的作用即為這些器官提供運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)接口的作用即為這些器官提供運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)接口運(yùn)動(dòng)接口33 現(xiàn)有的虛擬系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道。聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道還處于研究階段。所以，現(xiàn)有的虛擬系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道。聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道還處于研究階段。所以，VRVR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道的要求的計(jì)算機(jī)系

44、統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道的要求。VRVR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述 一、硬件一、硬件 視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求：視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求：l 首先是要求維持足夠的圖形幀速率l 其次要求在指定的時(shí)間內(nèi)（約為0.1秒）計(jì)算出兩眼的兩幅圖像l 同時(shí)要求提供足夠好質(zhì)量的圖像，體現(xiàn)在圖像中顯示的多邊形或三角形的數(shù)量上。 要滿足以上要求，往往需要專用硬件。圖形要滿足以上要求，往往需要專用硬件。圖形硬件能提供快速幾何變換、截取、消隱、硬件能提供快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和表面紋理。多邊形填充和表面紋理。二、軟件

45、二、軟件 VRVR系統(tǒng)中的軟件主要包括：系統(tǒng)中的軟件主要包括：交互軟件交互軟件-利用人機(jī)控制設(shè)備的輸出去修改利用人機(jī)控制設(shè)備的輸出去修改VEVE；視覺(jué)漫游軟件視覺(jué)漫游軟件-控制用戶在控制用戶在VEVE中運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的場(chǎng)景。中運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的場(chǎng)景。建模軟件建模軟件-定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)-支持支持VEVE的實(shí)時(shí)多模態(tài)要求。的實(shí)時(shí)多模態(tài)要求。 三、網(wǎng)絡(luò)三、網(wǎng)絡(luò)l 分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。l 通訊網(wǎng)絡(luò)可以把通訊網(wǎng)絡(luò)可以把VEVE轉(zhuǎn)換成共享的轉(zhuǎn)換成共享

46、的分布式計(jì)算環(huán)境。分布式計(jì)算環(huán)境。34 一、建模一、建模 包括包括：幾何建模和物理建模。幾何建模和物理建模。 幾何建模方法幾何建模方法：a)a)一般的一般的VRVR工具軟件；工具軟件；b)b)利用現(xiàn)有的利用現(xiàn)有的CADCAD建模工具；建模工具；c) c) 對(duì)實(shí)際物體的建模，采用激光掃描等專用設(shè)備；對(duì)實(shí)際物體的建模，采用激光掃描等專用設(shè)備；d)d)購(gòu)買(mǎi)市場(chǎng)上已有的購(gòu)買(mǎi)市場(chǎng)上已有的商業(yè)模型庫(kù)。幾何建模技術(shù)在圖形學(xué)和商業(yè)模型庫(kù)。幾何建模技術(shù)在圖形學(xué)和CADCAD領(lǐng)域，已有成熟的成果。領(lǐng)域，已有成熟的成果。 物理建模物理建模：基于物理方程的建?；谖锢矸匠痰慕?剛體建模、鏈接物體的建模及非剛體建模、

47、鏈接物體的建模及非剛體建模。剛體建模。VRVR的建模和仿真的建模和仿真 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述35VRVR的建模和仿真的建模和仿真 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述二、仿真二、仿真 包括包括：圖形繪制、三維動(dòng)畫(huà)。圖形繪制、三維動(dòng)畫(huà)。 圖形繪制圖形繪制：把三維環(huán)境，相對(duì)于虛擬攝像機(jī)（虛擬視點(diǎn)）投影，形成圖像的過(guò)程。把三維環(huán)境，相對(duì)于虛擬攝像機(jī)（虛擬視點(diǎn)）投影，形成圖像的過(guò)程。 要求要求： 1 1）為了提供連續(xù)運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)，幀速率須大于每秒）為了提供連續(xù)運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)，幀速率須大

48、于每秒8 8到到1010幀；幀； 2 2）為保持瞬間交互控制的錯(cuò)覺(jué)，響應(yīng)時(shí)間的延遲須小于）為保持瞬間交互控制的錯(cuò)覺(jué)，響應(yīng)時(shí)間的延遲須小于0.10.1秒；秒； 3 3）為繪制可分辨的所有細(xì)節(jié)，要求有至少）為繪制可分辨的所有細(xì)節(jié)，要求有至少8 8千萬(wàn)個(gè)多邊形。千萬(wàn)個(gè)多邊形。 然而，用今天的硬件，每個(gè)畫(huà)面然而，用今天的硬件，每個(gè)畫(huà)面8 8千萬(wàn)多邊形的系統(tǒng)千萬(wàn)多邊形的系統(tǒng) 對(duì)真正的實(shí)時(shí)交互是太慢對(duì)真正的實(shí)時(shí)交互是太慢了，于是存在真實(shí)圖像與實(shí)時(shí)交互間的折衷。某些應(yīng)用（如建筑和藝術(shù)）可能要了，于是存在真實(shí)圖像與實(shí)時(shí)交互間的折衷。某些應(yīng)用（如建筑和藝術(shù)）可能要求照片一樣真實(shí)的繪制。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次

49、的實(shí)時(shí)交互。求照片一樣真實(shí)的繪制。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次的實(shí)時(shí)交互。三維動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)途徑：三維動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)途徑：1 1）基于物理模型的數(shù)值計(jì)算基于物理模型的數(shù)值計(jì)算-軍事和工業(yè)等應(yīng)用，往往要求這種滿足物理規(guī)律的軍事和工業(yè)等應(yīng)用，往往要求這種滿足物理規(guī)律的仿真技術(shù)；仿真技術(shù)；2 2）數(shù)學(xué)插值數(shù)學(xué)插值-三維動(dòng)畫(huà)電影等。三維動(dòng)畫(huà)電影等。36虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的框圖虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的框圖 用戶通過(guò)輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件用戶通過(guò)輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件交互。交互。l 輸入軟件通過(guò)形狀編輯器完成幾何建模，輸入軟件通過(guò)形狀編輯器完成幾何建模，通過(guò)聲音編輯器完成虛擬聲音系統(tǒng)建模。通過(guò)聲音編輯器完成虛擬聲音

50、系統(tǒng)建模。在世界編輯器完成虛擬環(huán)境的建模。其中在世界編輯器完成虛擬環(huán)境的建模。其中的虛擬剪切器，用于模型的剪切。的虛擬剪切器，用于模型的剪切。l 建立的模型，保存在虛擬世界中。建立的模型，保存在虛擬世界中。l 整個(gè)工作在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中完成。整個(gè)工作在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中完成。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述37小結(jié)小結(jié)l 虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。l 用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境

51、并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺(jué)。境的感覺(jué)。l 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述1 1計(jì)算機(jī)提供計(jì)算機(jī)提供“環(huán)境環(huán)境”, , 不是不是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), , 信息信息”。2 2操作者由視覺(jué)操作者由視覺(jué), ,聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué), ,力覺(jué)感知環(huán)境力覺(jué)感知環(huán)境, , 由自然的動(dòng)作操作環(huán)境。由自然的動(dòng)作操作環(huán)境。3 3逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)

52、。逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。 虛擬現(xiàn)實(shí)有下列三個(gè)特點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)有下列三個(gè)特點(diǎn)：38虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素 計(jì)算機(jī)，接口和用戶是計(jì)算機(jī)，接口和用戶是VRVR系統(tǒng)中的三個(gè)組成部分。接口設(shè)計(jì)必系統(tǒng)中的三個(gè)組成部分。接口設(shè)計(jì)必須考慮人的因素，人的因素與須考慮人的因素，人的因素與VRVR系統(tǒng)性能直接相關(guān)。下面介紹與系統(tǒng)性能直接相關(guān)。下面介紹與VRVR系統(tǒng)直接相關(guān)的人的因素問(wèn)題，包括：系統(tǒng)直接相關(guān)的人的因素問(wèn)題，包括：l 人眼人眼l 人耳人耳l 身體感覺(jué)身體感覺(jué) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述39o視覺(jué)

53、生理結(jié)構(gòu)視覺(jué)生理結(jié)構(gòu)o立體視覺(jué)立體視覺(jué)o屈光度屈光度o瞳孔瞳孔o(hù)分辨力分辨力o明暗適應(yīng)明暗適應(yīng)o周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)o視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留o視場(chǎng)視場(chǎng) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人眼人眼現(xiàn)有的現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：立體視覺(jué)，分辨立體視覺(jué)，分辨力，視覺(jué)暫留，力，視覺(jué)暫留，以及以及視場(chǎng)。視場(chǎng)。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。 視網(wǎng)膜解剖圖視網(wǎng)膜解剖圖光感受器解剖圖光感受器解剖圖40l 圖中鉛筆的反射光線通過(guò)眼睛晶狀圖中

54、鉛筆的反射光線通過(guò)眼睛晶狀體的透鏡。于是，鉛筆的倒置圖像體的透鏡。于是，鉛筆的倒置圖像直接投影在視網(wǎng)膜上。直接投影在視網(wǎng)膜上。l 視網(wǎng)膜的桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞負(fù)責(zé)視網(wǎng)膜的桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞負(fù)責(zé)通過(guò)視神經(jīng)把信號(hào)傳給大腦。通過(guò)視神經(jīng)把信號(hào)傳給大腦。視覺(jué)系統(tǒng)的生理結(jié)構(gòu)圖視覺(jué)系統(tǒng)的生理結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人眼人眼41立體視覺(jué)立體視覺(jué)人類立體視覺(jué)的原理圖人類立體視覺(jué)的原理圖 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素

55、虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人眼人眼 視覺(jué)的另一個(gè)重要因素是立體視覺(jué)能力。提供視覺(jué)的另一個(gè)重要因素是立體視覺(jué)能力。提供給人類視覺(jué)的圖像，必須使人感覺(jué)是立體的，能使給人類視覺(jué)的圖像，必須使人感覺(jué)是立體的，能使觀看者的視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算出被看物體的遠(yuǎn)近。觀看者的視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算出被看物體的遠(yuǎn)近。 對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景，兩眼得到稍有差別的視圖。對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景，兩眼得到稍有差別的視圖。l 左視區(qū)的信息，送到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。左視區(qū)的信息，送到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。l 在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)纖維交叉到大在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不交叉，腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不交叉，直接到大腦

56、的左半球。直接到大腦的左半球。l 這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有信息，都送這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有信息，都送到右半球。到右半球。 42l分辨力是人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，限于分辨力是人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，限于10m10m距離上約距離上約1.5-2mm1.5-2mm。l人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，在人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，在2m2m距離上約距離上約0.4mm0.4mm。則寬度。則寬度400mm400mm上應(yīng)該由上應(yīng)該由10001000個(gè)個(gè)0.4mm0.4mm大小的像素。大小的像素。l計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和高清晰度電視機(jī)，都達(dá)到了這樣的分辨率。計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和高清晰度電視機(jī)，都達(dá)到了這樣的分辨率。分辨力分辨力 現(xiàn)代仿

57、真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人眼人眼43l 視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留是視網(wǎng)膜的是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺(jué)的反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時(shí)，造成視覺(jué)的反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時(shí)，視桿細(xì)胞得到約視桿細(xì)胞得到約0.25s 0.25s 的峰，視錐細(xì)胞快的峰，視錐細(xì)胞快4 4倍，得到約倍，得到約0.04s0.04s的峰。這種現(xiàn)象造成的峰。這種現(xiàn)象造成視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留 。l 臨界熔合頻率（臨界熔合頻率（Critical Fusion Frequency, CFFCritical Fusion Fre

58、quency, CFF）效果）效果會(huì)產(chǎn)生把離散圖像序會(huì)產(chǎn)生把離散圖像序列組合成連續(xù)視覺(jué)的能力，列組合成連續(xù)視覺(jué)的能力，CFFCFF最低最低20Hz20Hz，并取決于圖像尺寸和亮度。英國(guó)電視，并取決于圖像尺寸和亮度。英國(guó)電視幀頻幀頻25Hz25Hz，美國(guó)電視幀頻，美國(guó)電視幀頻30Hz30Hz。電影幀頻。電影幀頻24Hz24Hz。眼對(duì)閃爍的敏感正比于亮度，所。眼對(duì)閃爍的敏感正比于亮度，所以若白天的圖像更新率為以若白天的圖像更新率為60Hz60Hz，則夜間只要，則夜間只要30Hz30Hz。視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬

59、現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人眼人眼視場(chǎng)視場(chǎng)雙目的視場(chǎng)約為水平雙目的視場(chǎng)約為水平10001000，垂直，垂直600600，而水平的雙目重疊視場(chǎng)，而水平的雙目重疊視場(chǎng)12001200。實(shí)際。實(shí)際的全景顯示可能產(chǎn)生水平的全景顯示可能產(chǎn)生水平10001000，垂直，垂直300300視場(chǎng)，這已經(jīng)有強(qiáng)的沉浸感。視場(chǎng)，這已經(jīng)有強(qiáng)的沉浸感。44l 聲音聲音l 聲音感覺(jué)聲音感覺(jué)l 頻率范圍頻率范圍l 聲強(qiáng)聲強(qiáng)l 聲音方向聲音方向l 聲音舞臺(tái)聲音舞臺(tái)l 頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù) 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用 第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述第七章虛擬現(xiàn)實(shí)第一部分概述虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因

60、素虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)人的因素人耳人耳現(xiàn)有的現(xiàn)有的VRVR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺(tái)，系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺(tái)，以及頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。以及頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。 45l音速在空氣中，音速在空氣中，00時(shí)時(shí)331m/s331m/s，2020時(shí)時(shí)344m/s344m/s。在海水中，。在海水中，11時(shí)音速時(shí)音速1453m/s1453m/s。在鑄鐵棒中，音速。在鑄鐵棒中，音速3500m/s3500m/s。 耳聽(tīng)到的頻率范圍約耳聽(tīng)到的頻率范圍約20Hz20Hz到到20kHz20kHz。隨年歲增加，頻率范圍縮小，。隨年歲增加