虛擬現(xiàn)實基本概念2

虛擬現(xiàn)實原理VR基本概念VR軟件系統(tǒng)平臺VR引擎實例和演示VR應用模式“虛”與“實”昔者莊周夢為蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻適志與！不知周也。俄然覺，則蘧蘧然周也。不知周之夢為蝴蝶與，蝴蝶之夢為周與？

——《莊子·齊物論》“虛”與“實”柏拉圖：真正的世界只是存在于我們的想象中。笛卡爾：我思故我在！“IthinkthereforeIam”記憶裂痕虛擬偶像（SIMONE，又名虛擬情人、西蒙妮）逃出克隆島（TheIsland）時空悍將（Virtuosity）異次元駭客（TheThirteenthFloor，又名十三階梯、十三度空間）黑客帝國時間線盜夢空間描述虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）就是研究一種計算機技術，把人們想象中的東西轉化為一種虛擬境界和虛擬存在，而這種虛擬境界和虛擬存在對我們的感覺器官就象真的客觀存在一樣。VR終極目標《黑客帝國》距離這個目標還有相當?shù)木嚯x黑客帝國影片片段不同層次上的虛擬現(xiàn)實哲學意義上的虛擬現(xiàn)實虛擬實在與自然實在的對等性科學意義上的虛擬現(xiàn)實科學研究的三大手段：理論、建模、實驗驗證與模擬仿真人類夢想的場景在感知中的實現(xiàn)工程意義上的虛擬現(xiàn)實以計算技術為核心，生成感知上與真實環(huán)境高度近似，交互上直觀自然的數(shù)字化環(huán)境虛擬現(xiàn)實VirtualReality1989年由美國Jaron.Lanier發(fā)明出來的一個詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實怎樣理解解虛擬現(xiàn)現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)中中的“現(xiàn)現(xiàn)實”（（即所虛虛擬的環(huán)環(huán)境）大大致可分分為三種種情況：：第一種情情況是模模仿真實實世界中中的環(huán)境境。怎樣理解解虛擬現(xiàn)現(xiàn)實第二種情情況是人人類主觀觀構造的的環(huán)境。。例如，，用于影影視制作作或電子子游戲的的三維動動畫。環(huán)環(huán)境是虛虛構的，，幾何模模型和物物理模型型可以完完全虛構構。怎樣理解解虛擬現(xiàn)現(xiàn)實第三種情情況是模模仿真實實世界中中的人類類不可見見的環(huán)境境。例如如，分子子的結構構，空氣氣中速度度、溫度度、壓力力的分布布等。一個蛋白白質分子子的示例例虛擬現(xiàn)實實的概念虛擬現(xiàn)實實是計算算機生成成的給人人多種感官官刺激的虛擬環(huán)環(huán)境。用用戶應該該能夠以自然的的方式與與這個環(huán)環(huán)境交互互，從而產產生置身身于相應應的真實實環(huán)境中中的虛幻幻感，沉浸感，身臨其其境的感感覺1.多感知性性(Multi-Sensory)計算機生生成一個個給人多多種感官官刺激的的虛擬環(huán)環(huán)境：視視覺感知知、聽覺覺感知、、力覺感感知、觸觸覺感知知、運動動感知、、甚至包包括味覺覺感知、、嗅覺感感知等2.交互性(Interaction)指人能以以自然方方式與虛虛擬世界界進行交交互操作作專用交互互設備，，如數(shù)據(jù)據(jù)手套、、跟蹤器器、觸覺覺和力反反饋裝置置3.沉浸感（（Immersion,存在感、、臨場感感）它是指虛虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)對對介入者者的刺激激在物理理上和認認知上符符合人的的已有經(jīng)經(jīng)驗，從從而使介介入者感感到自己己作為主主角存在在于模擬擬環(huán)境中中的真實實程度虛擬現(xiàn)實實的特點虛擬現(xiàn)實實概念辨辨析虛擬現(xiàn)實實與三維維漫游虛擬現(xiàn)實實與景觀觀動畫虛擬現(xiàn)實實與三維維游戲虛擬現(xiàn)實實與計算算機圖形形學虛擬現(xiàn)實實概念的的變化虛擬現(xiàn)實實是計算算機生成成的給人人多種感感官刺激激的虛擬擬環(huán)境。。用戶應應該能夠夠以自然然的方式式與這個個環(huán)境交交互，從從而產生生置身于于相應的的真實環(huán)環(huán)境中的的虛幻感感，沉浸浸感，身身臨其境境的感覺覺應用需求求使VR的應用重重點進行行了多種種變化強調自然然交互產產生的應應用----如Kinect諸多應用用不再強調調沉浸感感，而強強調信息息提供----增強現(xiàn)實實虛擬現(xiàn)實實的發(fā)展展歷史與與演變萌芽與誕誕生（60年代-80年代末））軍事與航航天的推推動（70年代-80年代）漸入民間間---游戲、娛娛樂、模模擬應用用的刺激激（90年代）VR在Internet上的興衰衰（90年代中-21世紀）VR應用的大大眾化與與多元化化（21世紀）世博會、、春晚、、文化創(chuàng)創(chuàng)意產業(yè)業(yè)、3D電影人機交互互、增強強現(xiàn)實萌芽與誕誕生（60年代-80年代末））萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛飛行模擬擬器，使使乘坐者者的感覺覺和坐在在真的飛飛機上是是一樣的的。1956年，MortonHeileg開發(fā)了一一個叫做做Sensorama(傳感景院院）的摩摩托車仿仿真器。。1962年，MortonHeileg申請了專專利“全傳感仿仿真器”。該專利蘊蘊涵了虛虛擬現(xiàn)實實技術的的思想。。萌芽與誕誕生（60年代-80年代末））1962年，美國國電影攝攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電電影系統(tǒng)統(tǒng)萌芽與誕誕生（60年代-80年代末））1965年，IvanSutherland在名為““UltimateDisplay”(終極的顯顯示)的論文中中首次提提出了包包括具有有交互圖圖形顯示示、力反反饋設備備以及聲聲音提示示的虛擬擬現(xiàn)實系系統(tǒng)的基基本思想想。萌芽與與誕生生（60年代-80年代末末）1966年，美美國MIT林肯實實驗室室研制制出了了第一一個頭頭盔式式顯示示器(HelmetMountedDisplay即HMD)1968年，Sutherland在哈佛佛大學學的組組織下下開發(fā)發(fā)了頭頭盔式式立體體顯示示器及及一個個虛擬擬系統(tǒng)統(tǒng)，可可稱得得上是是第一一個虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實系系統(tǒng)。。萌芽與與誕生生（60年代-80年代末末）1987年，《科學的的美國國人》(““ScientificAmerican””)上發(fā)表表了一一篇題題為先先進的的計算算機界界面（（InterfacesforAdvancedComputing）一文文；該該雜志志還發(fā)發(fā)表了了一篇篇報導導數(shù)據(jù)據(jù)手套套的文文章基于從從60年代以以來所所取得得的一一系列列成就就，美美國的的JaronLanier在80年代正正式提提出了了“VirtualReality”一詞。。萌芽與與誕生生（60年代-80年代末末）軍事與與航天天的推推動（（70年代-80年代））70年代和和80年代早早期，，美國國軍方方開展展“飛飛行頭頭盔””和軍軍事現(xiàn)現(xiàn)代仿仿真器器的研研究1983年美國國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國國陸軍軍共同同為坦坦克編編隊作作戰(zhàn)訓訓練開開發(fā)了了一個個實用用的虛虛擬戰(zhàn)戰(zhàn)場系系統(tǒng)SIMNET。SIMNET萌芽與與誕生生（60年代-80年代末末）70年代和和80年代早早期，，美國國軍方方開展展“飛飛行頭頭盔””和軍軍事現(xiàn)現(xiàn)代仿仿真器器的研研究1983年美國國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國國陸軍軍共同同為坦坦克編編隊作作戰(zhàn)訓訓練開開發(fā)了了一個個實用用的虛虛擬戰(zhàn)戰(zhàn)場系系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國國宇航航局））研制制成功功具有有現(xiàn)代代虛擬擬現(xiàn)實實系統(tǒng)統(tǒng)雛形形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研究完完成VIEW系統(tǒng)NASA研制的的VIVED和VIEW系統(tǒng)漸入民民間---游戲、、娛樂樂、模模擬應應用的的刺激激（90年代））3D游戲主題公園、、游樂場飛行、航海海、醫(yī)學等等的模擬訓訓練1990年最早出現(xiàn)現(xiàn)的兩款3D游戲1995年的3D游戲毀滅戰(zhàn)士1&2（Doom1&2）2004年Doom3的效果2011年，Crysis2主題公園、、游樂場4D影院4D影院演示24D影院演示1虛擬高爾夫夫球場飛行、航海海駕駛模擬擬駕駛射擊模模擬醫(yī)學模擬、、仿真演示:medicien.mpg漸入民間---軟硬件技術術的發(fā)展顯卡的出現(xiàn)現(xiàn)與飛速發(fā)發(fā)展計算機圖形形基礎算法法的發(fā)展游戲引擎、、虛擬現(xiàn)實實平臺軟件件的研發(fā)VR在Internet上的興衰（（90年代中-21世紀）網(wǎng)絡上的虛虛擬世界/VR在Internet上的興衰（（90年代中-21世紀）2006-2007年隨secondlife的被報道而而繁榮國內出現(xiàn)很很多類似產產品局面遲遲無無法打開，，大都面臨臨破產原因分析技術問題無法找到盈盈利模式VR應用的大眾眾化與多元元化（21世紀）多媒體創(chuàng)意意展示奧運、世博博、春晚3D電影阿凡達清明上河圖圖---水晶石公司司制作多媒體創(chuàng)意意展示虛擬現(xiàn)實藝藝術虛擬現(xiàn)實與與數(shù)字媒體體、文化創(chuàng)創(chuàng)意緊密結結合起來VR應用的大眾眾化與多元元化（21世紀）適當放寬對對沉浸感的的追求，而而重視用戶戶體驗創(chuàng)意展示、、體驗人機交互----Kinect,iPhone增強現(xiàn)實增強現(xiàn)實增強現(xiàn)實——google智能眼鏡Google眼鏡演示虛擬現(xiàn)實概概念的進一一步總結有很深的哲哲學淵源是一種理念念新的應用模模式不斷產產生，應用用熱點在不不斷發(fā)生變變化是多學科的的融合虛擬現(xiàn)實及及其相關學學科虛擬現(xiàn)實計算機圖形形學自動化控制制計算機視覺覺模式識別科學計算可可視化數(shù)字圖像處處理人機交互生理學、心心理學等輸入/輸出設備人工智能計算機網(wǎng)絡絡虛擬現(xiàn)實科學意義上上的純粹的的概念：虛擬現(xiàn)實是是計算機生生成的給人人多種感官官刺激的虛虛擬環(huán)境。。用戶應該該能夠以自自然的方式式與這個環(huán)環(huán)境交互，，從而產生生置身于相相應的真實實環(huán)境中的的虛幻感，，沉浸感，，身臨其境境的感覺應用意義上上的概念利用計算機機及各種傳傳感設備構構造一種信信息環(huán)境，，人能夠高高效、自然然地對此信信息環(huán)境進進行感知、、交互，產產生沉浸感感或達到某某種信息傳傳達的目的的。對虛擬現(xiàn)實實概念的分分析應用意義上上的概念利用計算機機及各種傳傳感設備構構造一種信信息環(huán)境，，人能夠高高效、自然然地對此信信息環(huán)境進進行感知、、交互，產產生沉浸感感或達到某某種信息傳傳達的目的的。虛擬現(xiàn)實（（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實實虛擬化現(xiàn)實實虛擬與現(xiàn)實實與幾個概念念的辨析虛擬現(xiàn)實與與三維漫游游，景觀動動畫，三維維游戲，計計算機圖形形學虛擬現(xiàn)實與與媒體數(shù)字媒體，，新媒體創(chuàng)意媒體虛擬現(xiàn)實概概念的進一一步分析什么是虛擬擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的的終極目標標不同層次上上的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的的概念辨析析虛擬現(xiàn)實應應用目標的的變化虛擬現(xiàn)實的的發(fā)展歷史史與演變虛擬現(xiàn)實系系統(tǒng)的組成成虛擬現(xiàn)實系系統(tǒng)的一般般組成形式式虛擬現(xiàn)實系系統(tǒng)的組成成元素介入者（人人）虛擬世界生生成設備---VR的計算機系系統(tǒng)VR的人機接口口感知設備：：給介入者者提供感知知信號跟蹤設備：：探測（接接受）介入入者的反應應動作虛擬世界介入者（人）感知設備跟蹤設備人機接口感官刺激信號反應動作生成虛擬世世界的設備備硬件計算機軟件操作系統(tǒng)；；虛擬現(xiàn)實實引擎；建建模軟件……網(wǎng)絡分布式交互互仿真已經(jīng)經(jīng)成為現(xiàn)代代仿真技術術，特別是是軍事仿真真的潮流。。通訊網(wǎng)絡絡可以把VE轉換成共享享的分布式式計算環(huán)境境。這些設備的的主要功能能視覺通道信信號生成與與顯示（要求：實實時的幀速速率；高質質量的圖像像）聽覺通道信信號生成與與顯示觸覺和力覺覺通道信號號生成與顯顯示支持實時人人機交互操操作的功能能——三維空間定定位、碰撞撞檢測、語語音識別以以及人機實實時對話功功能系統(tǒng)組成框框圖虛擬世界介入者（人）感知設備跟蹤設備人機接口感官刺激信號反應動作虛擬現(xiàn)實的的人機接口口VR的人機接口口有兩個作作用：給人提供環(huán)環(huán)境感知信信息----感知設備機器人跟蹤、探測測人的動作作和響應----跟蹤設備機器人眼、耳、鼻鼻、舌、身身、意根據(jù)實驗心心理學家統(tǒng)統(tǒng)計，人類類獲取的信信息83%來自視覺，