CG概論虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實

1虛擬現(xiàn)實的概念、特點和種類什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的特點虛擬現(xiàn)實的種類2虛擬現(xiàn)實是一門綜合技術以計算機技術為主綜合利用計算機圖形、圖像、可視化、人機交互、人工智能、計算機網(wǎng)絡、高性能計算等許多領域的技術，是一個復雜而龐大的系統(tǒng)生成一個逼真的三維視覺、觸覺以及嗅覺等感覺世界讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自身的功能和一些設備對所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察什么是虛擬現(xiàn)實3虛擬現(xiàn)實的特點虛擬現(xiàn)實有三大特點：浸沉感、交互性和構想性由于三者的英文名稱均以“I”打頭，又被稱為3“I”特性浸沉感指的是人浸沉在虛擬環(huán)境中，具有和在真實環(huán)境中一樣的感覺交互性指在虛擬環(huán)境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內(nèi)容構想性指虛擬的環(huán)境是人構想出來的，因而可用以實現(xiàn)一定目標的用途ImmersionInteractionImagination4虛擬現(xiàn)實的種類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能高低大體可分為四類：

一、桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機實現(xiàn)，所以成本較低，功能也最簡單，主要用于CAD、CAM、建筑設計、桌面游戲等領域二、沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)如各種用途的體驗器，使人有身臨其境的感覺，各種培訓、演示以及高級游戲等用途均可用這種系統(tǒng)5虛擬現(xiàn)實的種類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能高低大體可分為四類：

三、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)它在因特網(wǎng)環(huán)境下，充分利用分布于各地的資源，協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實應用。它通常是沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展，也就是把分布于不同地方的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，共同實現(xiàn)某種用途四、增強現(xiàn)實又稱混合現(xiàn)實系統(tǒng)它把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結合起來，既可減少構成復雜真實環(huán)境的開銷（虛擬環(huán)境取代部分真實環(huán)境），又可對實際物體進行操作（真實環(huán)境取代部分虛擬環(huán)境），達到了亦真亦幻的境界，是今后發(fā)展的方向6虛擬現(xiàn)實的軟硬件環(huán)境在硬件方面需要有以下幾種設備的支持：1.跟蹤系統(tǒng)：確定參與者的頭、手和身軀的位置

2.觸覺系統(tǒng)：提供力與壓力的反饋3.音頻系統(tǒng)：提供立體聲源和判定空間位置4.圖像生成和現(xiàn)實系統(tǒng)：產(chǎn)生視覺圖像和立體現(xiàn)實5.高性能計算處理系統(tǒng)：高處理速度、大容量、強聯(lián)網(wǎng)特性7虛擬現(xiàn)實的軟硬件環(huán)境在軟件方面，要一個虛擬環(huán)境工具集或虛擬環(huán)境“外殼”它至少應該具有以下功能：1.能夠接受各種高性能傳感器的信息，如頭盔的跟蹤信息

2.能生成立體的現(xiàn)實圖形3.能把各種數(shù)據(jù)庫（如地形地貌數(shù)據(jù)庫、物體形象數(shù)據(jù)庫等）、各種CAD軟件進行調用和互聯(lián)的集成環(huán)境8虛擬現(xiàn)實的關鍵技術大規(guī)模數(shù)據(jù)的場景建模技術動態(tài)實時的立體視覺、聽覺等生成技術三維定位、方向跟蹤、觸覺反饋等傳感技術和設備符合人類認知心理的三維自然交互技術三維交互軟件及系統(tǒng)集成技術等9虛擬現(xiàn)實技術的最新進展1）使用基于圖像的繪制技術或與圖形繪制相結合，以提高圖形生成的速度；2）各種新的交互設備譬如三維力反饋設備，美國SensableTech公司的PHANTOM系統(tǒng)等3）增強現(xiàn)實（AugmentedReality）也稱混合現(xiàn)實，它是將真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象結合起來的一種技術，既可減少生成復雜環(huán)境的開銷，又便于對實際物體的操作10虛擬現(xiàn)實技術的最新進展4）分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，充分利用各地的資源優(yōu)勢，協(xié)同開發(fā)虛擬現(xiàn)實的應用，如美國大型軍用交互仿真系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)上的多人游戲等5）多通道人機交互技術采用人體多種自然交互手段向系統(tǒng)輸入，如手勢、語音、身體動作等11互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡絡上上的的虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實技技術術互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)/網(wǎng)網(wǎng)絡絡的的基基礎礎上上，，把把各各種種信信息息變變?yōu)闉樘撎摂M擬現(xiàn)現(xiàn)實實的的所所有有技技術術在已已經(jīng)經(jīng)普普及及的的文文字字、、圖圖像像以以及及動動畫畫為為主主的的互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)環(huán)環(huán)境境中中，，引引入入三三維維技技術術當前前，，以以網(wǎng)網(wǎng)絡絡/互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)為為基基礎礎的的虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實技技術術，，大大約約有有20余余種種又可可劃劃分分為為幾幾個個范范疇疇一個個是是以以圖圖像像為為基基礎礎的的Panorama技術QuicktimeVR就是這種種技術一個是以以3D網(wǎng)格為基基礎的Web3D技術像Cult3D，Virtools，VRML，X3D等都屬于于這個范范疇12虛擬建筑筑場景漫漫游技術術及其應應用1.真實實建筑場場景的虛虛擬漫游游這種虛擬擬漫游的的最大特特點是：：被漫游游的對象象是客觀觀真實存存在的，，只不過過是異地地虛擬漫漫游形式式而已，，同時，，漫游對對象制作作是基于于對象的的真實數(shù)數(shù)據(jù)2.虛擬擬建筑場場景的虛虛擬漫游游虛擬建筑筑是指客客觀上并并不存在在是完全全虛構的的，或者者雖有設設計數(shù)據(jù)據(jù)但尚未未建造的的建筑物物。虛擬擬建筑場場景漫游游是一種種應用越越來越廣廣泛、前前景十分分看好的的技術領領域。在在建筑設設計、城城鄉(xiāng)規(guī)劃劃、室內(nèi)內(nèi)裝潢等等建筑行行業(yè)，在在虛擬戰(zhàn)戰(zhàn)爭演練練場和作作戰(zhàn)指揮揮模擬訓訓練方面面，在游游戲設計計與娛樂樂行業(yè)，，乃至在在促進未未來新藝藝術形式式誕生等等方面，，它都大大有用武武之地，，而且代代表著這這些行業(yè)業(yè)的新技技術和新新水平（1）建建筑設計計、城鄉(xiāng)鄉(xiāng)規(guī)劃中中和新型型房地產(chǎn)產(chǎn)虛擬廣廣告（2）電電腦游戲戲（3）虛虛擬戰(zhàn)爭爭演練場場和作戰(zhàn)戰(zhàn)指揮模模擬訓練練13真實名勝勝景觀的的虛擬觀觀光旅游游這種虛擬擬漫游可可以使游游客足不不出戶地地游歷世世界各地地名勝和和風光異地漫游游的對象象，除久久負盛名名的名勝勝和宏偉偉建筑群群等景物物景點以以外，還還包括被被進行虛虛擬漫游游式檢查查的管道道縱橫的的復雜車車間和廠廠房因此，制制作虛擬擬漫游對對象時，，對真實實數(shù)據(jù)的的測量精精確度要要求很高高在名勝景景點虛擬擬漫游系系統(tǒng)的開開發(fā)方面面，我國國制作的的敦煌莫莫高窟博博物館參參觀系統(tǒng)統(tǒng)、中國國的故宮宮以及西西湖風光光虛擬游游覽系統(tǒng)統(tǒng)都具有有一定代代表性14真實名勝勝景觀的的虛擬觀觀光旅游游值得一提提的是于于2003年完完成的故故宮VR《紫禁城··天子的的宮殿》》項目安裝在故故宮博物物院的SGIRealityCenter是一個沉沉浸式劇劇場，可可容納54位觀觀賞者，，高分辨辨率的圖圖像投射射在50英英尺寬、、14英英尺高高的弧形形屏幕上上，三臺臺BarcoGalaxyWARP立體DLP投影機以以一個三三管道的的Onyx3800InfiniteReality4系統(tǒng)和千千兆專用用紋理庫庫為驅動動，將高高分辨率率的圖像像逼真地地投射在在屏幕上上。參觀觀者能夠夠在虛擬擬的紫禁禁城中自自由翱翔翔——借借助操控控器可以以漫游于于康乾盛盛世的紫紫禁城，，最近距距離地觀觀看太和和殿的全全景15真實地形形地景虛虛擬漫游游廣義地說說，真實實地形地地景虛擬擬漫游和和真實景景點虛擬擬觀光漫漫游一樣樣都屬于基基于真實實數(shù)據(jù)的的而且已已經(jīng)存在在著的真真實場景景虛擬漫漫游兩者區(qū)別別在于獲獲取真實實景物數(shù)數(shù)據(jù)的方方式和傳傳感器不不大相同同而已這種虛擬擬漫游在在軍事上上很有用用處它的3I效果是傳傳統(tǒng)軍用用沙盤或或電子沙沙盤無法法達到的的目前多為為特定作作戰(zhàn)或重重點保護護區(qū)域的的視景形形式的漫漫游這種視景景的制作作是真實實地景、、地物的的再現(xiàn)16真實地形形地景虛虛擬漫游游制作過程程一般為為兩步：：第一步根根據(jù)衛(wèi)星星或航空空拍照中中的高程程數(shù)據(jù)制制作某一一戰(zhàn)區(qū)的的地形視視景，局局部可精精確到山山脈、河河流、機機場、橋橋梁、房房屋的顯顯現(xiàn)；第二步根根據(jù)航拍拍素材為為上述地地形貼上上一層紋紋理，從從而大大大增強地地形、地地景的視視覺真實實感。如如果場面面很大，，場景還還要進行行無縫拼拼接17虛擬建筑筑場景的的虛擬漫漫游（1）建建筑設計計、城鄉(xiāng)鄉(xiāng)規(guī)劃中中和新型型房地產(chǎn)產(chǎn)虛擬廣廣告建筑師或或規(guī)劃師師可將其其設計、、規(guī)劃方方案或其其理念三三維地呈呈現(xiàn)出來來，讓投投資方或或審查者者“身臨臨其境””地在漫漫游中進進行多角角度體驗驗性觀察察，找出出不理想想之處并并當即加加以改進進，以免免交付后后特別是是施工后后再去更更改設計計。18虛擬建建筑場場景的的虛擬擬漫游游（2））電腦腦游戲戲高尚的的電腦腦游戲戲活動動，不不僅可可達到到勞逸逸交替替、消消除疲疲勞的的目的的，還還有陶陶冶情情操和和啟發(fā)發(fā)想象象的益益智作作用。。電腦腦游戲戲節(jié)目目主要要是腳腳本編編排下下的虛虛擬人人在人人造場場景中中的行行為變變化。。因此此虛擬擬建筑筑場景景漫游游技術術在該該領域域的應應用和和影響響舉足足輕重重。最初的的三角角洲游游戲運運用了了大量量的室室內(nèi)外外建筑筑場景景，比比如營營房、、地道道、碉碉堡、、指揮揮塔、、軍火火庫、、望塔塔等。。后來來流行行的Quake、VR特警等等運用用了地地鐵、、火車車及輪輪船內(nèi)內(nèi)部建建筑場場景的的即時時戰(zhàn)略略游戲戲已較較普遍遍。當當今網(wǎng)網(wǎng)絡對對抗游游戲CS的場景景更是是由三三維室室內(nèi)外外建筑筑物組組成。。就連連體育育類游游戲如如極品品飛車車、FIFA，，其中體體育場場、大大橋、、隧道道等建建筑物物場景景也是是不可可或缺缺的。。19（3））虛虛擬戰(zhàn)戰(zhàn)爭演演練場場和作作戰(zhàn)指指揮模模擬訓訓練戰(zhàn)場虛虛擬仿仿真和和指揮揮模擬擬訓練練具有有虛擬擬仿真真技術術的各各種優(yōu)優(yōu)點例如安安全性性、可可重復復性、、經(jīng)濟濟性、、戰(zhàn)場場環(huán)境境難度度可調調性、、方便便對抗抗模擬擬、容容易實實現(xiàn)各各種戰(zhàn)戰(zhàn)術設設定等等等其中建建筑或或廣義義建筑筑場景景根據(jù)據(jù)訓練練等級級和程程度的的不同同需要要可簡簡可繁繁可側重重于高高山峻峻嶺或或丘陵陵，可可側重重于江江河湖湖海或或沼澤澤，也也可側側重于于沙漠漠荒原原或草草地；；可附設設機場場、公公鐵路路、橋橋隧或或導彈彈發(fā)射射場，，可附附設大大廈、、兵營營或交交通樞樞紐，，也可可附設設岸炮炮基地地或山山頭雷雷達站站等等等由于上上述虛虛擬建建筑場場景的的側重重或復復雜度度要視視模擬擬訓練練的層層次不不同而而調整整，所所以不不強求求地形形、地地景建建筑場場景數(shù)數(shù)據(jù)的的真實實性虛擬建建筑場場景的的虛擬擬漫游游20增強現(xiàn)現(xiàn)實技技術(AR)新興的的研究究領域域不是把把使用用者與與真實實世界界隔離離開，，而是是將計計算機機生成成的虛虛擬物物體或或其它它信息息疊加加到真真實場場景中中，從從而實實現(xiàn)對對現(xiàn)實實的“增強”在虛擬擬環(huán)境境與真真實世世界之之間的的溝壑壑間架架起了了一座座橋梁梁在軍軍事、、工業(yè)業(yè)、醫(yī)醫(yī)療、、教育育