虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)課件

第五章虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)第五章虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)目錄5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.5虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備與產(chǎn)品5.6虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用目錄5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展5.15.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型返回5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義5.5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

VirtualReality（VR）

(J.Lanier,1989)譯為:虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境、幻真...定義：

1讓使用者在人工合成的環(huán)境里獲得“進(jìn)入角色”的體驗(yàn)。

這涉及到三維立體顯示跟蹤頭盔、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套等

2是計(jì)算機(jī)生成的一種模擬環(huán)境（如飛機(jī)駕駛艙、分子結(jié)構(gòu)世界等），通過(guò)多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。

－“模擬環(huán)境”：計(jì)算機(jī)生成的有立體感的圖形；－“傳感設(shè)備”：穿戴在用戶身上的裝置，如立體頭盔、數(shù)據(jù)手套；－“投入”：用戶有身臨其境的感覺(jué)；－“自然交互”：指日常使用的方式對(duì)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行操作。

5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義 VirtualReality涉及 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、圖像處理與模式識(shí)別、多傳感器技術(shù)、語(yǔ)音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能技術(shù)…...需要 計(jì)算機(jī)專家、人類工程學(xué)(Ergonomics)

專家、心理學(xué)專家等共同開發(fā)研究。虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合技術(shù)涉及需要虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合技術(shù)5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征沉浸感（Immersion）:能給人們以真實(shí)世界的感覺(jué)，讓人感覺(jué)全方位地沉浸在這個(gè)虛幻的世界中，難以分辨真假。交互性（Interaction）:虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是可以對(duì)使用者的輸入作出反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過(guò)控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響。想象（Imagination）:它的應(yīng)用能解決在工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的一些問(wèn)題,這些應(yīng)用是ＶＲ與設(shè)計(jì)者并行操作,為發(fā)揮它們的創(chuàng)造性而設(shè)計(jì)的,這極大地依賴于人類的想象力。5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征沉浸感（Immersion）:虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型(1)桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)：成本低，應(yīng)用面比較廣，但缺乏完全投入

基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：將連續(xù)拍攝的圖像和視頻在計(jì)算機(jī)中拼接以建立的實(shí)景化虛擬空間。VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言）：采用描述性的文本語(yǔ)言描述基本的三維物體的造型，通過(guò)一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場(chǎng)景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時(shí)，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場(chǎng)景。

5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型(1)桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)：成本低，應(yīng)（2）投入的虛擬現(xiàn)實(shí)：完全投入，利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺(jué)空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。常用的有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)：模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，例如,戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器。（4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)：多個(gè)用戶同時(shí)參與一個(gè)虛擬空間。（2）投入的虛擬現(xiàn)實(shí)：完全投入，利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造的一個(gè)真實(shí)世界的模擬，地理上分布的用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享該環(huán)境，并與周圍的環(huán)境以及在相互之間進(jìn)行交互。共享虛擬環(huán)境涉及到虛擬現(xiàn)實(shí)、分布對(duì)象、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、智能代理等領(lǐng)域。（DistributedVirtualEnvironment)其他同義詞包括:NetworkedVE(VR),SharedVE(VR),Multi-UserVE,etc.其實(shí)質(zhì)是一種人機(jī)交互界面分布式虛擬現(xiàn)實(shí)利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造的一個(gè)真實(shí)世界的模擬，地理上分布的用戶可以通過(guò)因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用:Internet已經(jīng)成為娛樂(lè)、商業(yè)等的重要媒體硬件基礎(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高（寬帶網(wǎng)的逐漸普及），個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形處理能力的增強(qiáng)軟件基礎(chǔ)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)使得原來(lái)的界面不能滿足需要，人們希望更加直觀的表達(dá)信息，使用更加自然的方式進(jìn)行人機(jī)交互以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人與人之間實(shí)時(shí)、形象的交流分布式虛擬環(huán)境發(fā)展的原動(dòng)力因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用:Internet已經(jīng)成為娛樂(lè)、商業(yè)各用戶具有共享的虛擬工作空間；偽實(shí)體的行為真實(shí)感；支持實(shí)時(shí)交互，共享時(shí)鐘；多個(gè)用戶可以各自不同的方式相互通信；資源信息共享以及允許用戶自然操縱虛擬世界中的對(duì)象。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)各用戶具有共享的虛擬工作空間；分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)軍事訓(xùn)練

美國(guó)SIMNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議與遠(yuǎn)程協(xié)作

Sony公司基于DIVE的一個(gè)系統(tǒng)娛樂(lè)和虛擬社區(qū)

Cybertown(使用Blaxxun）電子商務(wù)

VRcommerceofIBM分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用軍事訓(xùn)練美國(guó)SIMN基于Web和VRML的分布式虛擬環(huán)境基于Web和VRML的分布式虛擬環(huán)境軍隊(duì)被布置在與實(shí)際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個(gè)有山、樹、云彩、硝煙、道路、建筑以及由其他部隊(duì)操縱的車輛的模擬現(xiàn)場(chǎng)。這些由實(shí)際人員操縱的車輛可以相互射擊，系統(tǒng)利用無(wú)線電通訊和聲音效果來(lái)加強(qiáng)真實(shí)感。系統(tǒng)的每個(gè)用戶可以通過(guò)環(huán)境視點(diǎn)來(lái)觀察別人的舉動(dòng)。炮火的顯示極為逼真，用戶可以看到被攻擊部隊(duì)被炸毀的情況。從直升機(jī)上看到的場(chǎng)景也非常逼真。SIMNET系統(tǒng)可將多大1000個(gè)部隊(duì)用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，因此可以訓(xùn)練作戰(zhàn)部隊(duì)的戰(zhàn)斗以及試驗(yàn)新的戰(zhàn)術(shù)思想。SIMNET被稱為第一個(gè)廉價(jià)而又實(shí)用的模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以用來(lái)訓(xùn)練坦克、直升機(jī)以及戰(zhàn)斗演習(xí)，并訓(xùn)練部隊(duì)之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。美國(guó)SIMNET軍事訓(xùn)練系統(tǒng)

——減小軍費(fèi)開支軍隊(duì)被布置在與實(shí)際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個(gè)

虛擬現(xiàn)實(shí)和其他技術(shù)一樣，也是在前人大量工作的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的：

(1).立體電影，立體聲技術(shù)

(2).飛行模擬器，最早實(shí)際使用的仿真技術(shù)

(3).“星際旅行”,“宇宙飛船”的演示

(4).機(jī)械手、機(jī)器人危險(xiǎn)場(chǎng)合進(jìn)行各類

“遙控操作”

(5).游戲,駕駛汽車、潛艇航行5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展 虛擬現(xiàn)實(shí)和其他技術(shù)一樣，也是在前人大量5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的1962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制出一套稱為Sensorama的立體電影系統(tǒng)。這套系統(tǒng)供一個(gè)人觀看，具有多種感官刺激的立體顯示設(shè)備。1965年，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的奠基人美國(guó)科學(xué)家IvanSutherland首次提出了一種全新的、富有挑戰(zhàn)性的圖形顯示技術(shù)，即能不通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕這個(gè)窗口來(lái)觀看虛擬世界，而是觀察者可以直接沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中。隨著觀察者隨意地轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或身體，他所看到的場(chǎng)景就會(huì)隨之發(fā)生變化。同時(shí)，觀察者還可以用手、腳等部位以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，虛擬世界會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，從而使觀察者有一種身臨其境的感覺(jué)。因此，也稱IvanSutherland為“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”之父。重要事件1962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制出一1968年，IvanSutherland在麻省理工學(xué)院研制出了第一個(gè)頭盔式顯示器，并發(fā)表了“AHead-Mounted3DDisplay”的論文，對(duì)頭盔式顯示器裝置的設(shè)計(jì)要求、構(gòu)造原理進(jìn)行了深入的分析，并描繪出這個(gè)裝置的設(shè)計(jì)原型，成為三維立體顯示技術(shù)的奠基性成果。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)的VPL公司的創(chuàng)始人JaronLanier正式提出了“VirtualReality”一詞。1985年，Krueger正式發(fā)表無(wú)障礙的人工現(xiàn)實(shí)。1984年，美國(guó)宇航局Ames研究中心虛擬行星探測(cè)實(shí)驗(yàn)室的M.McGreevy和J.Humphries組織開發(fā)了用于火星探測(cè)的虛擬世界視覺(jué)顯示器，將火星探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬世界。在隨后的虛擬交互世界工作站（VIEW）項(xiàng)目中，他們又開發(fā)了通用多傳感器和遙控設(shè)備。1968年，IvanSutherland在麻省理工學(xué)院研制1993年11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的訓(xùn)練成功地完成了從航天飛機(jī)的運(yùn)輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作。1996年10月31日，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)博覽會(huì)在倫敦開幕。1996年12月，世界上第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)在英國(guó)投入運(yùn)行。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究在中國(guó)開始迅速發(fā)展，在國(guó)家高科技“八六三”計(jì)劃的支持下，有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究取得了巨大的成就，開始在不同領(lǐng)域得到了應(yīng)用。1993年11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的訓(xùn)練成功地完成了從5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)5.3.3觸覺(jué)技術(shù)返回5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)5.3.2大規(guī)模數(shù)據(jù)的場(chǎng)景建模技術(shù)；動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的立體視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等生成技術(shù);三維定位、方向跟蹤、觸覺(jué)反饋等傳感技術(shù)和設(shè)備；符合人類認(rèn)知心理的三維自然交互技術(shù);三維交互軟件及系統(tǒng)集成技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模數(shù)據(jù)的場(chǎng)景建模技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)影響（沉浸感）立體視覺(jué)因素寬視野（１８０Ｘ１５０）立體顯示彩色高分辨率頭部跟蹤5.3.1視覺(jué)技術(shù)影響（沉浸感）立體視覺(jué)因素紅藍(lán)濾色眼鏡液晶開關(guān)的體視眼鏡三維頭盔顯示器（HMD）雙筒全方位監(jiān)視器（BOOM）墻式顯示屏自動(dòng)聲象虛擬環(huán)境（CAVE）類型：透明/不透明；佩戴/不佩戴；液晶/CRT/LED/投影視覺(jué)設(shè)備紅藍(lán)濾色眼鏡視覺(jué)設(shè)備5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)聽(tīng)覺(jué)：3D&Stereo聲源定位：強(qiáng)度（高頻）和時(shí)差（低頻）問(wèn)題：聲音從頭里發(fā)出，隨強(qiáng)度差而偏左或偏右原因：與耳朵形狀有關(guān)解決：Convolvotron($15,000)耳內(nèi)錄音+計(jì)算5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)聽(tīng)覺(jué)：3D&Stereo5.3.3觸覺(jué)技術(shù)觸覺(jué)（Haptic)Haptic:機(jī)械感受器（壓力與紋理）與本體感受器(proprioceptor)（重量、形狀、大小）機(jī)械臂，空氣囊，記憶金屬，小馬達(dá)，小探針。Sandpaper(Minsky,1990)將小馬達(dá)連到游戲桿；攪動(dòng)5.3.3觸覺(jué)技術(shù)觸覺(jué)（Haptic)三維操縱棍,力反饋原理圖三維操縱棍,力反饋原理圖

適當(dāng)?shù)模ê?jiǎn)單的）觸覺(jué)和/或聽(tīng)覺(jué)提示與反饋能極大地改善人機(jī)交互質(zhì)量 兩個(gè)基本的性能指標(biāo):

幀頻>16fps，響應(yīng)時(shí)間<0.1s適當(dāng)?shù)模ê?jiǎn)單的）觸覺(jué)和/或聽(tīng)覺(jué)提示與反饋能極5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具返回5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法第一步是選擇世界的外表、聲音和感覺(jué)，建立模型；第二步是使用軟件工具制作虛擬現(xiàn)實(shí)的表達(dá)；第三步是將軟件系統(tǒng)與硬件（虛擬現(xiàn)實(shí)的各種裝置）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)最終的虛擬世界。5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法第一步是選擇世界的外表、聲音和感5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具VirtualRealityModelingLanguage(VRML)WorldToolKit(WTK)Java3D5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具VirtualRealityVirtualRealityModelingLanguage(VRML)

這是一種用于描述三維造型與交互環(huán)境的簡(jiǎn)單的文本語(yǔ)言,是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)。它的優(yōu)點(diǎn)是：與平臺(tái)無(wú)關(guān)：無(wú)論你的平臺(tái)是PC還是SGI，都可以瀏覽VRML世界基于Web，能夠建立三維可視化服務(wù)器大量的可用資源：越來(lái)越多的Internet站點(diǎn)含有與VRML有關(guān)的內(nèi)容它的缺點(diǎn)是：渲染速度較慢沒(méi)有底層控制有限的界面VirtualRealityModelingLanguWorldToolKit(WTK)WTK是在20世紀(jì)90年代初開發(fā)的，是用來(lái)創(chuàng)建虛擬世界的工具包。它是一個(gè)用于開發(fā)可實(shí)時(shí)交互的三維圖形程序的，跨平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境，包括1000多個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)的函數(shù)庫(kù)，用函數(shù)庫(kù)中的這些函數(shù)我們可以方便的創(chuàng)建虛擬世界。由于它支持大多數(shù)商業(yè)I/O商業(yè)（例如跟蹤器、立體眼鏡、傳感手套等），具有多平臺(tái)的可移植性（從運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)，到運(yùn)行某種版本Unix的SGI，HP和Sun平臺(tái)），包含豐富的代碼實(shí)例，可以很方便地建立一個(gè)新仿真程序，因此在虛擬現(xiàn)實(shí)非常普及。盡管許多早期的工具包都已經(jīng)消失了，但是WTK無(wú)論從功能還是大小都得到了很大發(fā)展。（從1994年的400個(gè)函數(shù)發(fā)展到最新版本的1000多個(gè)函數(shù)）。WTK函數(shù)使用面向?qū)ο蟮拿麘T例，并且被組織成類。WorldToolKit(WTK)Java3D

Java是由SunMicrosystems公司在20世紀(jì)90年代中期開發(fā)的，目前已成為一種開發(fā)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的分布式應(yīng)用程序的編程環(huán)境。Java3D是JavaAPI中的一種，用于開發(fā)面向?qū)ο蟮慕换ナ饺S圖形應(yīng)用程序。與WTK類似，Java3D在實(shí)現(xiàn)中也使用了OpenGL和Direct3D底層圖形庫(kù)函數(shù)以及圖形加速卡。但是，與WTK不同的是，Java3D1.3可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載。Java3D5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品返回5.5虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備與產(chǎn)品5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備數(shù)據(jù)手套VPL公司采用三維定位裝置Polhemus的數(shù)據(jù)手套5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備數(shù)據(jù)手套最早數(shù)據(jù)手套由美國(guó)VPL公司開發(fā)，看來(lái)簡(jiǎn)單，但制作技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。手套由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。這個(gè)系統(tǒng)包括位置、方向傳感器和沿著每個(gè)手指背部安裝的一組有保護(hù)套的光導(dǎo)纖維，他們用于檢測(cè)手指和手的運(yùn)動(dòng)。作為傳感器的光纖可測(cè)量每個(gè)手指的彎曲和伸展。每條光纖從控制器的線路板引出，經(jīng)過(guò)一段由柔韌織物構(gòu)成的管子，到達(dá)手套上的腕部固定器。光纖從這里延伸到手上，經(jīng)過(guò)手指關(guān)節(jié)，然后回到腕部固定器和控制器。最早數(shù)據(jù)手套由美國(guó)VPL公司開發(fā)，看來(lái)簡(jiǎn)單，但制作技術(shù)相當(dāng)復(fù)在控制器內(nèi)部，每根光纖的一端配備一只發(fā)光二極管，另一斷連接一個(gè)光電傳感器，將接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)你戴了手套，彎曲手指時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光纖彎曲部分時(shí)，會(huì)發(fā)生光的彎曲損耗（泄漏），關(guān)節(jié)越是彎曲，光損耗越多，達(dá)到光電傳感器的光越少。光的多少就反映了手指的彎曲程度。計(jì)算機(jī)根據(jù)光電信號(hào)數(shù)據(jù)算出哪個(gè)手指和關(guān)節(jié)在彎曲以及它們彎曲的程度怎樣。每個(gè)手指最少有兩條光纖，一條檢測(cè)指前部的關(guān)節(jié)，一條檢測(cè)中間關(guān)節(jié)。為了增加準(zhǔn)確性，也可在多加幾條光纖。在控制器內(nèi)部，每根光纖的一端配備一只發(fā)光二極管，另一斷連接一位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套中的光纖傳感器只能測(cè)量手指所做的活動(dòng)。而絕對(duì)的位置（X、Y、Z坐標(biāo)）和三個(gè)轉(zhuǎn)角方向（轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、搖擺）需要用另外的一種測(cè)量?jī)x器來(lái)實(shí)現(xiàn)。——Polhemus磁跟蹤器位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套中的光纖傳感器只能測(cè)量手指所做的活動(dòng)。而絕位置和方向磁跟蹤器工作原理：交流電流通過(guò)線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，如果把一個(gè)線圈放在這個(gè)磁場(chǎng)中，線圈會(huì)產(chǎn)生感生電流，感生電流的強(qiáng)弱將由這兩個(gè)線圈的距離以及他們之間的角度來(lái)確定。在磁跟蹤器中，三個(gè)互相垂直的線圈組成了發(fā)射器（藍(lán)色）。另外三個(gè)相互垂直的線圈組成接收器（紅色）。通過(guò)計(jì)算機(jī)比較接收器三個(gè)線圈中的電流，可以確定接收器與發(fā)射器之間的相對(duì)位置和方向。位置和方向磁跟蹤器工作原理：在磁跟蹤器中，三個(gè)互相垂直的線圈InterTrax三維跟蹤器InterTrax三維跟蹤器動(dòng)力手套（PowerGlove）成本比數(shù)據(jù)收到低，最早用于游戲機(jī)系統(tǒng)作為控制器。依靠超聲波測(cè)距原理來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。動(dòng)力手套（PowerGlove）成本比數(shù)據(jù)收到低，最早用于游手勢(shì)傳感裝置這種傳感器的精度很高，遠(yuǎn)比數(shù)據(jù)手套和動(dòng)力手套高。采用機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置測(cè)量手指關(guān)節(jié)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。裝在每個(gè)指關(guān)節(jié)處的裝置為霍爾效應(yīng)傳感器。這種傳感器的高精度對(duì)于控制機(jī)器人的手指極為有用。對(duì)于需要準(zhǔn)確控制的應(yīng)用場(chǎng)合，比如訓(xùn)練機(jī)器人的手去拾取和安裝某物，或準(zhǔn)確地與虛擬物體相互作用。手勢(shì)傳感裝置這種傳感器的精度很高，遠(yuǎn)比數(shù)據(jù)手套和動(dòng)力手套高。頭盔式顯示器頭盔式顯示器三維觸覺(jué)系統(tǒng)三維觸覺(jué)系統(tǒng)多倫多大學(xué)設(shè)計(jì)的變形帶自由彎曲的帶有彈性的帶子每隔6厘米共分布了32個(gè)傳感器帶子(實(shí)物)和自由曲線(虛擬對(duì)象)的連接,帶子的形狀直接映射為曲線的形狀

多倫多大學(xué)設(shè)計(jì)的變形帶自由彎曲的帶有彈性的帶子日本ATR實(shí)驗(yàn)室：虛擬筷子數(shù)據(jù)手套跟蹤手部運(yùn)動(dòng)精確操作日本ATR實(shí)驗(yàn)室：虛擬筷子數(shù)據(jù)手套跟蹤手部運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品：（硬件）液晶開關(guān)的體視眼鏡

SEGALCDGlasses, StereoGraphicsCrystalEyes, Toshiba3DScopeLCDGlasses三維頭盔顯示器（HMD）

LEEPSystemsCyberface2/3 PolhemusLaboratoriesLookingGlass RPIHMSI(Head-MountedSensoryInterface) VirtualRealityGroupHMD VirtualResearchFlightHelmet5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品：（硬件）5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品控制和接口設(shè)備:

VPLDataGlove（數(shù)據(jù)手套）

MattelPowerGlove（動(dòng)力手套）

Global3Dcontroller(三維定位器）

Logitech3DMouseandHeadTracker（三維鼠標(biāo)、頭部跟蹤器）

ISCANHead-MountedEyeImagingSystem（視線跟蹤器）

SENSibleTechnologiesPHANToM（觸覺(jué)反饋設(shè)備）控制和接口設(shè)備:SGI公司 虛擬現(xiàn)實(shí)中心(RealityCenter) CAVE 仿真工作室(RealityStudio) Onyx2(8CPU) 仿真工作站(RealityStation) Onyx2 桌上型仿真工作站(RealityDesktop) Octane320NT工作站SGIIRISPerformer

仿真開發(fā)環(huán)境SGIOpenGLOptimizer(OpenInventor)仿真開發(fā)環(huán)境(中、低檔）SGIFahrenheit(沸點(diǎn)）三維圖形接口庫(kù)(forWindowsNT)MultiGen,Paradigm/Vega三維應(yīng)用建模軟件SGI公司AnoteAB公司專利技術(shù)瑞典AnoteAB公司在９０年代末開發(fā)出了使用數(shù)碼筆的電腦輸入專利技術(shù)「Anote數(shù)碼紙」和「Anote數(shù)碼筆」。AnoteAB公司專利技術(shù)Anote

數(shù)碼紙

(一般紙)紙上印刷了Anote專利的核心技術(shù)Anote微細(xì)點(diǎn)狀形坐標(biāo)。Anote數(shù)碼筆(普通的圓珠筆)微型攝相頭：讀入筆尖高速書寫的筆跡和Anote數(shù)碼紙的微點(diǎn)坐標(biāo)；微處理器：分析處理后通過(guò)蘭牙無(wú)線或USB等方法轉(zhuǎn)送到電腦或攜帶手機(jī)之中。Anote技術(shù)必將帶來(lái)新世紀(jì)的ＩＴ革命人們只需用「Anote數(shù)碼筆」在「Anote數(shù)碼紙」上與平常一樣書寫與記錄、就可以將信息簡(jiǎn)便的輸入電腦。這將給辦公室自動(dòng)化及ＩＴ信息產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新一輪的革命。Anote數(shù)碼紙(一般紙)軍事航空航天計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)返回科學(xué)研究和計(jì)算的可視化遠(yuǎn)程控制在醫(yī)療上的應(yīng)用教育、藝術(shù)以及娛樂(lè)5.6虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用軍事航空航天計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)返回科學(xué)研究和在軍事上，由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的軍事仿真已經(jīng)成為軍事訓(xùn)練的主要手段，正如美國(guó)國(guó)防部和軍方所認(rèn)為的那樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在武器系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)、武器操縱訓(xùn)練及指揮大規(guī)模軍事演習(xí)三方面發(fā)揮重大作用。為此，世界上許多國(guó)家制定有戰(zhàn)爭(zhēng)綜合演示計(jì)劃、防務(wù)仿真交互網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃、綜合戰(zhàn)役橋計(jì)劃、及虛擬座艙、衛(wèi)星塑造者等應(yīng)用環(huán)境，并在核武器試驗(yàn)及許多局部戰(zhàn)爭(zhēng)中進(jìn)行了應(yīng)用，不僅節(jié)省了大量的軍事費(fèi)用，更重要的是提高了現(xiàn)代化作戰(zhàn)指揮方面能力。如果更加具體的講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于單兵訓(xùn)練、指揮員的訓(xùn)練、艦船、飛機(jī)、坦克等大型武器的操作訓(xùn)練等。軍事在軍事上，由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的軍事仿真已經(jīng)成為軍事訓(xùn)練的主要在航空航天方面，美國(guó)宇航局是研究虛擬現(xiàn)實(shí)最早的單位和應(yīng)用者。宇宙飛船及各類航空器是需耗費(fèi)巨資的現(xiàn)代化工具，而進(jìn)入宇宙有大量未知、危險(xiǎn)的因素，因而模擬各種航空器可能遇到的環(huán)境，不僅可節(jié)省大量費(fèi)用，而且是十分必要的。虛擬風(fēng)洞就是一例。另外，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以進(jìn)行宇航員的各種訓(xùn)練，不僅可以提高訓(xùn)練水平，而且節(jié)省了大量經(jīng)費(fèi)。航空航天在航空航天方面，美國(guó)宇航局是研究虛擬現(xiàn)實(shí)最早的單位和應(yīng)用者。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的重要手段之一。例如，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以設(shè)計(jì)出虛擬樣機(jī)、虛擬建筑物等，更加直觀有效地幫助修改和提供設(shè)計(jì)方案。在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，往往需要反復(fù)構(gòu)思和設(shè)計(jì)，但用戶如果仍不滿意，可否在設(shè)計(jì)早期就給用戶一個(gè)逼真的產(chǎn)品樣機(jī)？例如，對(duì)于汽車設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，裝配質(zhì)量是至關(guān)重要的。那么在實(shí)際裝配之前，人們可以在虛擬汽車上先進(jìn)行各種試驗(yàn)和訓(xùn)練，從而保證裝配質(zhì)量。美國(guó)波音公司為了提高飛機(jī)的設(shè)計(jì)水平，曾由Butler設(shè)計(jì)了一個(gè)稱為VS-X的虛擬飛機(jī)，它可使設(shè)計(jì)人員有身臨其境觀察飛機(jī)外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局的效果。另外，建筑設(shè)計(jì)師可在蓋樓前通過(guò)虛擬建筑物，讓用戶自己來(lái)觀察外形和內(nèi)部房間部位，也便于設(shè)計(jì)師修改設(shè)計(jì)，從而代替以前單純依靠圖紙或花費(fèi)大量資金進(jìn)行實(shí)物仿真工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的重要手段之一。例如，利用虛擬現(xiàn)在醫(yī)學(xué)上，外科醫(yī)生的培訓(xùn)是一項(xiàng)投資大、時(shí)間長(zhǎng)的工作，這是因?yàn)椴荒茈S便讓實(shí)習(xí)醫(yī)生在病人身上動(dòng)手術(shù)?？墒遣挥H自動(dòng)手，又如何學(xué)會(huì)手術(shù)呢？虛擬手術(shù)臺(tái)已能部分模仿外科醫(yī)生的現(xiàn)場(chǎng)。同樣，提供模擬的人體器官，可讓學(xué)生逼真地觀察器官內(nèi)部的構(gòu)造和病灶，具有極高的實(shí)驗(yàn)價(jià)值。另外，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以幫助醫(yī)生學(xué)習(xí)病人鑒別分類和診斷、應(yīng)對(duì)緊急情況下的病人救治。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還直接應(yīng)用到一些疾病的治療上，如前列腺觸診、內(nèi)窺鏡檢查、靜脈注射、開放性手術(shù)、微創(chuàng)外科以及一些康復(fù)性治療。在醫(yī)療上的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，外科醫(yī)生的培訓(xùn)是一項(xiàng)投資大、時(shí)間長(zhǎng)的工作，這是因?yàn)楦鞣N分子結(jié)構(gòu)模型、大壩應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果、地震石油勘探數(shù)據(jù)處理等，均十分需要三維（甚至多維）圖形可視化的顯示和交互瀏覽，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為科學(xué)研究探索微觀形態(tài)等提供了形象直觀的工具。用戶控制輸入設(shè)備，如跟蹤器、傳感手套等，指定要看的可視化數(shù)據(jù)和區(qū)域。這些輸入被送去進(jìn)行數(shù)據(jù)提取處理。數(shù)據(jù)提取處理把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖形，并發(fā)送到繪制硬件渲染著色，最后以可視的形式呈現(xiàn)給用戶。總之，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可視化，為科學(xué)研究和計(jì)算提供了巨大的便利條件。科學(xué)研究和計(jì)算的可視化各種分子結(jié)構(gòu)模型、大壩應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果、地震石油勘探數(shù)據(jù)處理等虛擬現(xiàn)實(shí)可采用遙控手段，通過(guò)機(jī)械手、機(jī)器人對(duì)危險(xiǎn)或有毒環(huán)境進(jìn)行操作。當(dāng)遠(yuǎn)程控制一個(gè)機(jī)器人時(shí)，操作員在主臂上下達(dá)各種指令（位置、速度和力量）。這些命令被傳送到機(jī)器人，由機(jī)器人來(lái)完成操作并把信息反饋給操作員。如果這些指令可以實(shí)時(shí)傳輸，被機(jī)器人忠實(shí)地執(zhí)行，而且把來(lái)自遠(yuǎn)程任務(wù)的反饋信息正確地傳回給使用者，這個(gè)遙操作是透明的。一個(gè)具有豐富反饋信息（視頻反饋、聲音反饋和力反饋）的透明系統(tǒng)，可以讓用戶感覺(jué)似乎沉浸在遠(yuǎn)方的真實(shí)環(huán)境中，就像沉浸于虛擬環(huán)境中的感覺(jué)一樣。這也就是遠(yuǎn)程控制的重要作用。遠(yuǎn)程控制虛擬現(xiàn)實(shí)可采用遙控手段，通過(guò)機(jī)械手、機(jī)器人對(duì)危險(xiǎn)或有毒環(huán)境進(jìn)這是向人們、尤其是青少年提供生動(dòng)的課堂和娛樂(lè)手段的好方法。它具有三維聲象效果、能進(jìn)行交互操作的功能，因而已為商家們看好，紛紛開發(fā)低檔虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。在教育上，人們?cè)O(shè)計(jì)出虛擬教室、虛擬校園等。在藝術(shù)上，人們建造出虛擬博物館，使觀眾可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在家中就可以參觀博物館。另外，為了保護(hù)古代文化遺產(chǎn)，人們創(chuàng)建了虛擬文化遺產(chǎn)，用于文物的保護(hù)和研究。在娛樂(lè)行業(yè)中，人們利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了大量的計(jì)算機(jī)游戲和主題公園，使娛樂(lè)方式更加逼真，更加吸引人。教育、藝術(shù)以及娛樂(lè)這是向人們、尤其是青少年提供生動(dòng)的課堂和娛樂(lè)手段的好方法。它總結(jié)在虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，人們主要考慮虛擬現(xiàn)實(shí)如下的適用特點(diǎn)：需要高成本制造的設(shè)備，如航天器，軍用設(shè)備等。對(duì)人有危險(xiǎn)的環(huán)境，如核試驗(yàn)、飛行訓(xùn)練等。受時(shí)間、空間的限制，人類直接操縱比較困難，如顯微外科手術(shù)、遠(yuǎn)程教育等。目前尚未出現(xiàn)的環(huán)境，如建筑物、天體物理等。總結(jié)在虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，人們主要考慮虛擬現(xiàn)實(shí)本章總結(jié)本章重點(diǎn)介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷史、關(guān)鍵技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法、虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備和產(chǎn)品以及虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用等，從而對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有一個(gè)全面的了解，為今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。本章所概述的內(nèi)容將在后續(xù)章節(jié)中將詳細(xì)講解有關(guān)內(nèi)容。本章總結(jié)本章重點(diǎn)介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念第五章虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)第五章虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)目錄5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.5虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備與產(chǎn)品5.6虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用目錄5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展5.15.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型返回5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義5.5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

VirtualReality（VR）

(J.Lanier,1989)譯為:虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境、幻真...定義：

1讓使用者在人工合成的環(huán)境里獲得“進(jìn)入角色”的體驗(yàn)。

這涉及到三維立體顯示跟蹤頭盔、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套等

2是計(jì)算機(jī)生成的一種模擬環(huán)境（如飛機(jī)駕駛艙、分子結(jié)構(gòu)世界等），通過(guò)多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。

－“模擬環(huán)境”：計(jì)算機(jī)生成的有立體感的圖形；－“傳感設(shè)備”：穿戴在用戶身上的裝置，如立體頭盔、數(shù)據(jù)手套；－“投入”：用戶有身臨其境的感覺(jué)；－“自然交互”：指日常使用的方式對(duì)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行操作。

5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的定義 VirtualReality涉及 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、圖像處理與模式識(shí)別、多傳感器技術(shù)、語(yǔ)音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能技術(shù)…...需要 計(jì)算機(jī)專家、人類工程學(xué)(Ergonomics)

專家、心理學(xué)專家等共同開發(fā)研究。虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合技術(shù)涉及需要虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合技術(shù)5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征沉浸感（Immersion）:能給人們以真實(shí)世界的感覺(jué)，讓人感覺(jué)全方位地沉浸在這個(gè)虛幻的世界中，難以分辨真假。交互性（Interaction）:虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是可以對(duì)使用者的輸入作出反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過(guò)控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響。想象（Imagination）:它的應(yīng)用能解決在工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的一些問(wèn)題,這些應(yīng)用是ＶＲ與設(shè)計(jì)者并行操作,為發(fā)揮它們的創(chuàng)造性而設(shè)計(jì)的,這極大地依賴于人類的想象力。5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征沉浸感（Immersion）:虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型(1)桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)：成本低，應(yīng)用面比較廣，但缺乏完全投入

基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：將連續(xù)拍攝的圖像和視頻在計(jì)算機(jī)中拼接以建立的實(shí)景化虛擬空間。VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言）：采用描述性的文本語(yǔ)言描述基本的三維物體的造型，通過(guò)一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場(chǎng)景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時(shí)，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場(chǎng)景。

5.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的類型(1)桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)：成本低，應(yīng)（2）投入的虛擬現(xiàn)實(shí)：完全投入，利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺(jué)空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。常用的有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)：模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，例如,戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器。（4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)：多個(gè)用戶同時(shí)參與一個(gè)虛擬空間。（2）投入的虛擬現(xiàn)實(shí)：完全投入，利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造的一個(gè)真實(shí)世界的模擬，地理上分布的用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享該環(huán)境，并與周圍的環(huán)境以及在相互之間進(jìn)行交互。共享虛擬環(huán)境涉及到虛擬現(xiàn)實(shí)、分布對(duì)象、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、智能代理等領(lǐng)域。（DistributedVirtualEnvironment)其他同義詞包括:NetworkedVE(VR),SharedVE(VR),Multi-UserVE,etc.其實(shí)質(zhì)是一種人機(jī)交互界面分布式虛擬現(xiàn)實(shí)利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造的一個(gè)真實(shí)世界的模擬，地理上分布的用戶可以通過(guò)因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用:Internet已經(jīng)成為娛樂(lè)、商業(yè)等的重要媒體硬件基礎(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高（寬帶網(wǎng)的逐漸普及），個(gè)人計(jì)算機(jī)圖形處理能力的增強(qiáng)軟件基礎(chǔ)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)使得原來(lái)的界面不能滿足需要，人們希望更加直觀的表達(dá)信息，使用更加自然的方式進(jìn)行人機(jī)交互以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人與人之間實(shí)時(shí)、形象的交流分布式虛擬環(huán)境發(fā)展的原動(dòng)力因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用:Internet已經(jīng)成為娛樂(lè)、商業(yè)各用戶具有共享的虛擬工作空間；偽實(shí)體的行為真實(shí)感；支持實(shí)時(shí)交互，共享時(shí)鐘；多個(gè)用戶可以各自不同的方式相互通信；資源信息共享以及允許用戶自然操縱虛擬世界中的對(duì)象。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)各用戶具有共享的虛擬工作空間；分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)軍事訓(xùn)練

美國(guó)SIMNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議與遠(yuǎn)程協(xié)作

Sony公司基于DIVE的一個(gè)系統(tǒng)娛樂(lè)和虛擬社區(qū)

Cybertown(使用Blaxxun）電子商務(wù)

VRcommerceofIBM分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用軍事訓(xùn)練美國(guó)SIMN基于Web和VRML的分布式虛擬環(huán)境基于Web和VRML的分布式虛擬環(huán)境軍隊(duì)被布置在與實(shí)際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個(gè)有山、樹、云彩、硝煙、道路、建筑以及由其他部隊(duì)操縱的車輛的模擬現(xiàn)場(chǎng)。這些由實(shí)際人員操縱的車輛可以相互射擊，系統(tǒng)利用無(wú)線電通訊和聲音效果來(lái)加強(qiáng)真實(shí)感。系統(tǒng)的每個(gè)用戶可以通過(guò)環(huán)境視點(diǎn)來(lái)觀察別人的舉動(dòng)。炮火的顯示極為逼真，用戶可以看到被攻擊部隊(duì)被炸毀的情況。從直升機(jī)上看到的場(chǎng)景也非常逼真。SIMNET系統(tǒng)可將多大1000個(gè)部隊(duì)用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，因此可以訓(xùn)練作戰(zhàn)部隊(duì)的戰(zhàn)斗以及試驗(yàn)新的戰(zhàn)術(shù)思想。SIMNET被稱為第一個(gè)廉價(jià)而又實(shí)用的模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以用來(lái)訓(xùn)練坦克、直升機(jī)以及戰(zhàn)斗演習(xí)，并訓(xùn)練部隊(duì)之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。美國(guó)SIMNET軍事訓(xùn)練系統(tǒng)

——減小軍費(fèi)開支軍隊(duì)被布置在與實(shí)際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個(gè)

虛擬現(xiàn)實(shí)和其他技術(shù)一樣，也是在前人大量工作的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的：

(1).立體電影，立體聲技術(shù)

(2).飛行模擬器，最早實(shí)際使用的仿真技術(shù)

(3).“星際旅行”,“宇宙飛船”的演示

(4).機(jī)械手、機(jī)器人危險(xiǎn)場(chǎng)合進(jìn)行各類

“遙控操作”

(5).游戲,駕駛汽車、潛艇航行5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展 虛擬現(xiàn)實(shí)和其他技術(shù)一樣，也是在前人大量5.2虛擬現(xiàn)實(shí)的1962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制出一套稱為Sensorama的立體電影系統(tǒng)。這套系統(tǒng)供一個(gè)人觀看，具有多種感官刺激的立體顯示設(shè)備。1965年，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的奠基人美國(guó)科學(xué)家IvanSutherland首次提出了一種全新的、富有挑戰(zhàn)性的圖形顯示技術(shù)，即能不通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕這個(gè)窗口來(lái)觀看虛擬世界，而是觀察者可以直接沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中。隨著觀察者隨意地轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或身體，他所看到的場(chǎng)景就會(huì)隨之發(fā)生變化。同時(shí)，觀察者還可以用手、腳等部位以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，虛擬世界會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，從而使觀察者有一種身臨其境的感覺(jué)。因此，也稱IvanSutherland為“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”之父。重要事件1962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制出一1968年，IvanSutherland在麻省理工學(xué)院研制出了第一個(gè)頭盔式顯示器，并發(fā)表了“AHead-Mounted3DDisplay”的論文，對(duì)頭盔式顯示器裝置的設(shè)計(jì)要求、構(gòu)造原理進(jìn)行了深入的分析，并描繪出這個(gè)裝置的設(shè)計(jì)原型，成為三維立體顯示技術(shù)的奠基性成果。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)的VPL公司的創(chuàng)始人JaronLanier正式提出了“VirtualReality”一詞。1985年，Krueger正式發(fā)表無(wú)障礙的人工現(xiàn)實(shí)。1984年，美國(guó)宇航局Ames研究中心虛擬行星探測(cè)實(shí)驗(yàn)室的M.McGreevy和J.Humphries組織開發(fā)了用于火星探測(cè)的虛擬世界視覺(jué)顯示器，將火星探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬世界。在隨后的虛擬交互世界工作站（VIEW）項(xiàng)目中，他們又開發(fā)了通用多傳感器和遙控設(shè)備。1968年，IvanSutherland在麻省理工學(xué)院研制1993年11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的訓(xùn)練成功地完成了從航天飛機(jī)的運(yùn)輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作。1996年10月31日，世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)博覽會(huì)在倫敦開幕。1996年12月，世界上第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng)在英國(guó)投入運(yùn)行。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究在中國(guó)開始迅速發(fā)展，在國(guó)家高科技“八六三”計(jì)劃的支持下，有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究取得了巨大的成就，開始在不同領(lǐng)域得到了應(yīng)用。1993年11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的訓(xùn)練成功地完成了從5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)5.3.3觸覺(jué)技術(shù)返回5.3虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)5.3.2大規(guī)模數(shù)據(jù)的場(chǎng)景建模技術(shù)；動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的立體視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等生成技術(shù);三維定位、方向跟蹤、觸覺(jué)反饋等傳感技術(shù)和設(shè)備；符合人類認(rèn)知心理的三維自然交互技術(shù);三維交互軟件及系統(tǒng)集成技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模數(shù)據(jù)的場(chǎng)景建模技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)5.3.1視覺(jué)技術(shù)影響（沉浸感）立體視覺(jué)因素寬視野（１８０Ｘ１５０）立體顯示彩色高分辨率頭部跟蹤5.3.1視覺(jué)技術(shù)影響（沉浸感）立體視覺(jué)因素紅藍(lán)濾色眼鏡液晶開關(guān)的體視眼鏡三維頭盔顯示器（HMD）雙筒全方位監(jiān)視器（BOOM）墻式顯示屏自動(dòng)聲象虛擬環(huán)境（CAVE）類型：透明/不透明；佩戴/不佩戴；液晶/CRT/LED/投影視覺(jué)設(shè)備紅藍(lán)濾色眼鏡視覺(jué)設(shè)備5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)聽(tīng)覺(jué)：3D&Stereo聲源定位：強(qiáng)度（高頻）和時(shí)差（低頻）問(wèn)題：聲音從頭里發(fā)出，隨強(qiáng)度差而偏左或偏右原因：與耳朵形狀有關(guān)解決：Convolvotron($15,000)耳內(nèi)錄音+計(jì)算5.3.2聽(tīng)覺(jué)技術(shù)聽(tīng)覺(jué)：3D&Stereo5.3.3觸覺(jué)技術(shù)觸覺(jué)（Haptic)Haptic:機(jī)械感受器（壓力與紋理）與本體感受器(proprioceptor)（重量、形狀、大?。C(jī)械臂，空氣囊，記憶金屬，小馬達(dá)，小探針。Sandpaper(Minsky,1990)將小馬達(dá)連到游戲桿；攪動(dòng)5.3.3觸覺(jué)技術(shù)觸覺(jué)（Haptic)三維操縱棍,力反饋原理圖三維操縱棍,力反饋原理圖

適當(dāng)?shù)模ê?jiǎn)單的）觸覺(jué)和/或聽(tīng)覺(jué)提示與反饋能極大地改善人機(jī)交互質(zhì)量 兩個(gè)基本的性能指標(biāo):

幀頻>16fps，響應(yīng)時(shí)間<0.1s適當(dāng)?shù)模ê?jiǎn)單的）觸覺(jué)和/或聽(tīng)覺(jué)提示與反饋能極5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具返回5.4虛擬現(xiàn)實(shí)的制作與應(yīng)用5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法第一步是選擇世界的外表、聲音和感覺(jué)，建立模型；第二步是使用軟件工具制作虛擬現(xiàn)實(shí)的表達(dá)；第三步是將軟件系統(tǒng)與硬件（虛擬現(xiàn)實(shí)的各種裝置）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)最終的虛擬世界。5.4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的制作方法第一步是選擇世界的外表、聲音和感5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具VirtualRealityModelingLanguage(VRML)WorldToolKit(WTK)Java3D5.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)的制作工具VirtualRealityVirtualRealityModelingLanguage(VRML)

這是一種用于描述三維造型與交互環(huán)境的簡(jiǎn)單的文本語(yǔ)言,是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)。它的優(yōu)點(diǎn)是：與平臺(tái)無(wú)關(guān)：無(wú)論你的平臺(tái)是PC還是SGI，都可以瀏覽VRML世界基于Web，能夠建立三維可視化服務(wù)器大量的可用資源：越來(lái)越多的Internet站點(diǎn)含有與VRML有關(guān)的內(nèi)容它的缺點(diǎn)是：渲染速度較慢沒(méi)有底層控制有限的界面VirtualRealityModelingLanguWorldToolKit(WTK)WTK是在20世紀(jì)90年代初開發(fā)的，是用來(lái)創(chuàng)建虛擬世界的工具包。它是一個(gè)用于開發(fā)可實(shí)時(shí)交互的三維圖形程序的，跨平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境，包括1000多個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)的函數(shù)庫(kù)，用函數(shù)庫(kù)中的這些函數(shù)我們可以方便的創(chuàng)建虛擬世界。由于它支持大多數(shù)商業(yè)I/O商業(yè)（例如跟蹤器、立體眼鏡、傳感手套等），具有多平臺(tái)的可移植性（從運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)，到運(yùn)行某種版本Unix的SGI，HP和Sun平臺(tái)），包含豐富的代碼實(shí)例，可以很方便地建立一個(gè)新仿真程序，因此在虛擬現(xiàn)實(shí)非常普及。盡管許多早期的工具包都已經(jīng)消失了，但是WTK無(wú)論從功能還是大小都得到了很大發(fā)展。（從1994年的400個(gè)函數(shù)發(fā)展到最新版本的1000多個(gè)函數(shù)）。WTK函數(shù)使用面向?qū)ο蟮拿麘T例，并且被組織成類。WorldToolKit(WTK)Java3D

Java是由SunMicrosystems公司在20世紀(jì)90年代中期開發(fā)的，目前已成為一種開發(fā)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的分布式應(yīng)用程序的編程環(huán)境。Java3D是JavaAPI中的一種，用于開發(fā)面向?qū)ο蟮慕换ナ饺S圖形應(yīng)用程序。與WTK類似，Java3D在實(shí)現(xiàn)中也使用了OpenGL和Direct3D底層圖形庫(kù)函數(shù)以及圖形加速卡。但是，與WTK不同的是，Java3D1.3可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載。Java3D5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品返回5.5虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備與產(chǎn)品5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備數(shù)據(jù)手套VPL公司采用三維定位裝置Polhemus的數(shù)據(jù)手套5.5.1虛擬現(xiàn)實(shí)的主要設(shè)備數(shù)據(jù)手套最早數(shù)據(jù)手套由美國(guó)VPL公司開發(fā)，看來(lái)簡(jiǎn)單，但制作技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。手套由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。這個(gè)系統(tǒng)包括位置、方向傳感器和沿著每個(gè)手指背部安裝的一組有保護(hù)套的光導(dǎo)纖維，他們用于檢測(cè)手指和手的運(yùn)動(dòng)。作為傳感器的光纖可測(cè)量每個(gè)手指的彎曲和伸展。每條光纖從控制器的線路板引出，經(jīng)過(guò)一段由柔韌織物構(gòu)成的管子，到達(dá)手套上的腕部固定器。光纖從這里延伸到手上，經(jīng)過(guò)手指關(guān)節(jié)，然后回到腕部固定器和控制器。最早數(shù)據(jù)手套由美國(guó)VPL公司開發(fā)，看來(lái)簡(jiǎn)單，但制作技術(shù)相當(dāng)復(fù)在控制器內(nèi)部，每根光纖的一端配備一只發(fā)光二極管，另一斷連接一個(gè)光電傳感器，將接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)你戴了手套，彎曲手指時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光纖彎曲部分時(shí)，會(huì)發(fā)生光的彎曲損耗（泄漏），關(guān)節(jié)越是彎曲，光損耗越多，達(dá)到光電傳感器的光越少。光的多少就反映了手指的彎曲程度。計(jì)算機(jī)根據(jù)光電信號(hào)數(shù)據(jù)算出哪個(gè)手指和關(guān)節(jié)在彎曲以及它們彎曲的程度怎樣。每個(gè)手指最少有兩條光纖，一條檢測(cè)指前部的關(guān)節(jié)，一條檢測(cè)中間關(guān)節(jié)。為了增加準(zhǔn)確性，也可在多加幾條光纖。在控制器內(nèi)部，每根光纖的一端配備一只發(fā)光二極管，另一斷連接一位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套中的光纖傳感器只能測(cè)量手指所做的活動(dòng)。而絕對(duì)的位置（X、Y、Z坐標(biāo)）和三個(gè)轉(zhuǎn)角方向（轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、搖擺）需要用另外的一種測(cè)量?jī)x器來(lái)實(shí)現(xiàn)。——Polhemus磁跟蹤器位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套中的光纖傳感器只能測(cè)量手指所做的活動(dòng)。而絕位置和方向磁跟蹤器工作原理：交流電流通過(guò)線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，如果把一個(gè)線圈放在這個(gè)磁場(chǎng)中，線圈會(huì)產(chǎn)生感生電流，感生電流的強(qiáng)弱將由這兩個(gè)線圈的距離以及他們之間的角度來(lái)確定。在磁跟蹤器中，三個(gè)互相垂直的線圈組成了發(fā)射器（藍(lán)色）。另外三個(gè)相互垂直的線圈組成接收器（紅色）。通過(guò)計(jì)算機(jī)比較接收器三個(gè)線圈中的電流，可以確定接收器與發(fā)射器之間的相對(duì)位置和方向。位置和方向磁跟蹤器工作原理：在磁跟蹤器中，三個(gè)互相垂直的線圈InterTrax三維跟蹤器InterTrax三維跟蹤器動(dòng)力手套（PowerGlove）成本比數(shù)據(jù)收到低，最早用于游戲機(jī)系統(tǒng)作為控制器。依靠超聲波測(cè)距原理來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。動(dòng)力手套（PowerGlove）成本比數(shù)據(jù)收到低，最早用于游手勢(shì)傳感裝置這種傳感器的精度很高，遠(yuǎn)比數(shù)據(jù)手套和動(dòng)力手套高。采用機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置測(cè)量手指關(guān)節(jié)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。裝在每個(gè)指關(guān)節(jié)處的裝置為霍爾效應(yīng)傳感器。這種傳感器的高精度對(duì)于控制機(jī)器人的手指極為有用。對(duì)于需要準(zhǔn)確控制的應(yīng)用場(chǎng)合，比如訓(xùn)練機(jī)器人的手去拾取和安裝某物，或準(zhǔn)確地與虛擬物體相互作用。手勢(shì)傳感裝置這種傳感器的精度很高，遠(yuǎn)比數(shù)據(jù)手套和動(dòng)力手套高。頭盔式顯示器頭盔式顯示器三維觸覺(jué)系統(tǒng)三維觸覺(jué)系統(tǒng)多倫多大學(xué)設(shè)計(jì)的變形帶自由彎曲的帶有彈性的帶子每隔6厘米共分布了32個(gè)傳感器帶子(實(shí)物)和自由曲線(虛擬對(duì)象)的連接,帶子的形狀直接映射為曲線的形狀

多倫多大學(xué)設(shè)計(jì)的變形帶自由彎曲的帶有彈性的帶子日本ATR實(shí)驗(yàn)室：虛擬筷子數(shù)據(jù)手套跟蹤手部運(yùn)動(dòng)精確操作日本ATR實(shí)驗(yàn)室：虛擬筷子數(shù)據(jù)手套跟蹤手部運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品：（硬件）液晶開關(guān)的體視眼鏡

SEGALCDGlasses, StereoGraphicsCrystalEyes, Toshiba3DScopeLCDGlasses三維頭盔顯示器（HMD）

LEEPSystemsCyberface2/3 PolhemusLaboratoriesLookingGlass RPIHMSI(Head-MountedSensoryInterface) VirtualRealityGroupHMD VirtualResearchFlightHelmet5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品：（硬件）5.5.2主要的市場(chǎng)產(chǎn)品控制和接口設(shè)備:

VPLDataGlove（數(shù)據(jù)手套）

MattelPowerGlove（動(dòng)力手套）

Global3Dcontroller(三維定位器）

Logitech3DMouseandHeadTracker（三維鼠標(biāo)、頭部跟蹤器）

ISCANHead-MountedEyeImagingSystem（視線跟蹤器）

SENSibleTechnologiesPHANToM（觸覺(jué)反饋設(shè)備）控制和接口設(shè)備:SGI公司 虛擬現(xiàn)實(shí)中心(RealityCenter) CAVE 仿真工作室(RealityStudio) Onyx2(8CPU) 仿真工作站(RealityStation) Onyx2 桌上型仿真工作站(RealityDesktop) Octane320NT工作站SGIIRISPerformer

仿真開發(fā)環(huán)境SGIOpenGLOptimizer(OpenInventor)仿真開發(fā)環(huán)境(中、低檔）SGIFahrenheit(沸點(diǎn)）三維圖形接口庫(kù)(forWindowsNT)MultiGen,Paradigm/Vega三維應(yīng)用建模軟件SGI公司AnoteAB公司專利技術(shù)瑞典AnoteAB公司在９０年代末開發(fā)出了使用數(shù)碼筆的電腦輸入專利技術(shù)「Anote數(shù)碼紙」和「Anote數(shù)碼筆」。AnoteAB公司專利技術(shù)Anote

數(shù)碼紙

(一般紙)紙上印刷了Anote專利的核心技術(shù)Anote微細(xì)點(diǎn)狀形坐標(biāo)。Anote數(shù)碼筆(普通的圓珠筆)微型攝相頭：讀入筆尖高速書寫的筆跡和Anote數(shù)碼紙的微點(diǎn)坐標(biāo)；微處理器：分析處理后通過(guò)蘭牙無(wú)線或USB等方法轉(zhuǎn)送到電腦或攜帶手機(jī)之中。Anote技術(shù)必將帶來(lái)新世紀(jì)的ＩＴ革命人們只需用「Anote數(shù)碼筆」在「Anote數(shù)碼紙」上與平常一樣書寫與記錄、就可以將信息簡(jiǎn)便的輸入電腦。這將給辦公室自動(dòng)化及ＩＴ信息產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新一輪的革命。Anote數(shù)碼紙(一般紙)軍事航空航天計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)返回科學(xué)研究和計(jì)算的可視化遠(yuǎn)程控制在醫(yī)療上的應(yīng)用教育、藝術(shù)以及娛樂(lè)5.6虛擬現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用軍事航空航天計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)