虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 3

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念目錄分類應(yīng)用領(lǐng)域研究現(xiàn)狀特征發(fā)展史一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史1929年，EdwardLink設(shè)計(jì)出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器。1956年，MortonHeilig開發(fā)出多通道仿真體驗(yàn)系統(tǒng)Sensorama。一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史1965年，IvanSutherland發(fā)表論文“UltimateDisplay”（終極的顯示）1968年，IvanSutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（HeadMountedDisplay，HMD）一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史1972年，NolanBushnell開發(fā)出第一個(gè)交互式電子游戲Pong；1977年，DanSandin、TomDeFanti和RichSayre研制出第一個(gè)數(shù)據(jù)手套——SayreGlove；1984年，NASAAmes研究中心的M.McGreevy和J.Humphries開發(fā)出用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺顯示器；1987年，JimHumphries設(shè)計(jì)了雙目全方位監(jiān)視器（BOOM）的最早原型；一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史1990年，在美國(guó)達(dá)拉斯召開的Siggraph會(huì)議上，明確提出VR技術(shù)研究的主要內(nèi)容包括實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)和高分辨率顯示技術(shù)，為VR技術(shù)的發(fā)展確定了研究方向。從20世紀(jì)90年代開始，VR技術(shù)的研究熱潮也開始向民間的高科技企業(yè)轉(zhuǎn)移。著名的VPL公司開發(fā)出第一套傳感手套命名為“DataGloves”，第一套HMD命名為“EyePhones”。進(jìn)入21世紀(jì)，VR技術(shù)進(jìn)入軟件高速發(fā)展的時(shí)期，一些有代表性的VR軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷在發(fā)展完善。如MultiGenVega、OpenSceneGraph二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality）簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)是20世紀(jì)末逐漸興起的一門綜合性信息技術(shù)，融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、多媒體、傳感器、網(wǎng)絡(luò)以及并行處理等多個(gè)信息技術(shù)分支的最新發(fā)展成果。典型的VR系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)（包括VR軟件和VR環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)）和VR輸入、輸出設(shè)備等組成。二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征I3VR技術(shù)三角形交互性Interactivity沉浸感Immersion想象力Imagination3.1、VR技術(shù)的交互性指用戶對(duì)虛擬環(huán)境中對(duì)象的可操作程度和從虛擬環(huán)境中得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。主要借助于各種專用設(shè)備（如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等）產(chǎn)生，從而使用戶以自然方式如手勢(shì)、體勢(shì)、語(yǔ)言等技能，如同在真實(shí)世界中一樣操作虛擬環(huán)境中的對(duì)象。3.2、VR技術(shù)的沉浸感感又稱臨臨場(chǎng)感感，指指用戶戶感到到作為為主角角存在在于虛虛擬環(huán)環(huán)境中中的真真實(shí)程程度，，是VR技術(shù)最最主要要的特特征。。影響沉沉浸感感的主主要因因素包包括多多感知知性、、自主主性、、三維維圖像像中的的深度度信息息、畫畫面的的視野野、實(shí)實(shí)現(xiàn)跟跟蹤的的時(shí)間間或空空間響響應(yīng)及及交互互設(shè)備備的約約束程程度等等。。3.3、VR技術(shù)的想象力力指用戶戶在虛虛擬世世界中中根據(jù)據(jù)所獲獲取的的多種種信息息和自自身在在系統(tǒng)統(tǒng)中的的行為為，通通過邏邏輯判判斷、、推理理和聯(lián)聯(lián)想等等思維維過程程，隨隨著系系統(tǒng)的的運(yùn)行行狀態(tài)態(tài)變化化而對(duì)對(duì)其未未來進(jìn)進(jìn)展進(jìn)進(jìn)行想想象的的能力力。對(duì)適當(dāng)當(dāng)?shù)膽?yīng)應(yīng)用對(duì)對(duì)象加加上虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的創(chuàng)意意和想想象力力，可可以大大幅度度提高高生產(chǎn)產(chǎn)效率率、減減輕勞勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度、、提高高產(chǎn)品品開發(fā)發(fā)質(zhì)量量。分類四、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)的的分類類桌面式VR系統(tǒng)DesktopVR沉浸式VR系統(tǒng)ImmersiveVR增強(qiáng)式VR系統(tǒng)AugmentedVR分布式VR系統(tǒng)DistributedVR4.1、桌面面式VR系統(tǒng)使用個(gè)個(gè)人計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)和低低級(jí)工工作站站來產(chǎn)產(chǎn)生三三維空空間的的交互互場(chǎng)景景。用戶會(huì)會(huì)受到到周圍圍現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境境的干干擾而而不能能獲得得完全全的沉沉浸感感，但但由于于其成成本相相對(duì)較較低桌桌面式式VR系統(tǒng)仍仍然比比較普普及。。4.2、沉浸式式VR系統(tǒng)利用頭頭盔顯顯示器器、洞洞穴式式顯示示設(shè)備備和數(shù)數(shù)據(jù)手手套等等交互互設(shè)備備把用用戶的的視覺覺、聽聽覺和和其他他感覺覺封閉閉起來來，而而使用用戶真真正成成為VR系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部的的一個(gè)個(gè)參與與者，，產(chǎn)生生一種種身臨臨其境境、全全心投投入并并沉浸浸其中中的體體驗(yàn)。。與桌面面式VR系統(tǒng)相相比，，沉浸浸式VR系統(tǒng)的的主要要特點(diǎn)點(diǎn)在于于高度度的實(shí)實(shí)時(shí)性性和沉沉浸感感。4.3、增強(qiáng)式式VR系統(tǒng)允許用用戶對(duì)對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)世界界進(jìn)行行觀察察的同同時(shí)，，將虛虛擬圖圖像疊疊加在在真實(shí)實(shí)物理理對(duì)象象之上上。為用戶戶提供供與所所看到到的真真實(shí)環(huán)環(huán)境有有關(guān)的的、存存儲(chǔ)在在計(jì)算算機(jī)中中的信信息，，從而而增強(qiáng)強(qiáng)用戶戶對(duì)真真實(shí)環(huán)環(huán)境的的感受受，又又被稱稱為疊疊加式式或補(bǔ)補(bǔ)充現(xiàn)現(xiàn)實(shí)式式VR系統(tǒng)。。可以使使用光光學(xué)技技術(shù)或或視頻頻技術(shù)術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。4.4、分布式式VR系統(tǒng)指基于于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)構(gòu)建建的虛虛擬環(huán)環(huán)境，，將位位于不不同物物理位位置的的多個(gè)個(gè)用戶戶或多多個(gè)虛虛擬環(huán)環(huán)境通通過網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相相連接接并共共享信信息，，從而而使用用戶的的協(xié)同同工作作達(dá)到到一個(gè)個(gè)更高高的境境界。。主要被被應(yīng)用用于遠(yuǎn)遠(yuǎn)程虛虛擬會(huì)會(huì)議、、虛擬擬醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)診診、多多人網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)游游戲、、虛擬擬戰(zhàn)爭(zhēng)爭(zhēng)演習(xí)習(xí)等領(lǐng)領(lǐng)域。。五、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的的應(yīng)用用領(lǐng)域域教育與訓(xùn)練設(shè)計(jì)與規(guī)劃科學(xué)計(jì)算可視化商業(yè)領(lǐng)域藝術(shù)與娛樂VR技術(shù)被被逐步步應(yīng)用用于網(wǎng)網(wǎng)上銷銷售、、客戶戶服務(wù)務(wù)、電電傳會(huì)會(huì)議及及虛擬擬購(gòu)物物中心心等商商業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域。。它可可以使使客戶戶在購(gòu)購(gòu)買前前先看看到產(chǎn)產(chǎn)品的的外貌貌與內(nèi)內(nèi)在，，甚至至在虛虛擬世世界中中使用用它，，因此此對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品的的推廣廣和銷銷售都都很有有幫助助。5.1、商業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域科學(xué)可可視化化的功功能就就是將將大量量字母母、數(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成比原原始數(shù)數(shù)據(jù)更更容易易理解解的各各種圖圖像，，并允允許參參與者者借助助各種種虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)輸入入設(shè)備備檢查查這些些“可可見的的”數(shù)數(shù)據(jù)。。它通常常被用用于建建立分分子結(jié)結(jié)構(gòu)、、地震震以及及地球球環(huán)境境等模模型。。、5.2、科學(xué)計(jì)計(jì)算可可視化化5.3、教育與與訓(xùn)練練虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)能能使學(xué)學(xué)習(xí)者者能直直接、、自然然地與與虛擬擬對(duì)象象進(jìn)行行交互互，以以各種種形式式參與與事件件的發(fā)發(fā)展變變化過過程，，并獲獲得最最大的的控制制和操操作整整個(gè)環(huán)環(huán)境的的自由由度。。1、仿真真教學(xué)學(xué)與實(shí)實(shí)驗(yàn)2、特殊殊教育育3、多種種專業(yè)業(yè)訓(xùn)練練4、應(yīng)急急演練練和軍軍事演演習(xí)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)已已被看看作是是設(shè)計(jì)計(jì)領(lǐng)域域中唯唯一的的開發(fā)發(fā)工具具。它它可以以避免免傳統(tǒng)統(tǒng)方式式在原原型制制造、、設(shè)計(jì)計(jì)和生生產(chǎn)過過程中中的重重復(fù)工工作，，有效效的降降低成成本，，應(yīng)用用領(lǐng)域域包括括汽車車制造造業(yè)、、城市市規(guī)劃劃、建建筑設(shè)設(shè)計(jì)等等。5.4、設(shè)計(jì)計(jì)與規(guī)規(guī)劃VR技術(shù)所所具有有的身身臨其其境感感及實(shí)實(shí)時(shí)交交互性性還能能將靜靜態(tài)的的藝術(shù)術(shù)（如如油畫畫、雕雕刻等等）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為動(dòng)態(tài)態(tài)的形形式，，使觀觀賞者者更好好地欣欣賞作作者的的思想想藝術(shù)術(shù)，包包括虛虛擬畫畫廊、、虛擬擬音樂樂廳、、文物物保護(hù)護(hù)等方方面。。娛樂是是VR系統(tǒng)的的另一一個(gè)重重要應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域，，市場(chǎng)場(chǎng)上已已經(jīng)推推出了了多款款VR環(huán)境下下的電電腦游游戲，，帶給給游戲戲者強(qiáng)強(qiáng)烈的的感官官刺激激。5.5、藝術(shù)與與娛樂樂六、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的的研究究現(xiàn)狀狀國(guó)外的研究究現(xiàn)狀狀美國(guó)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)源地，有美國(guó)宇航局（NASA）、麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室、華盛頓大學(xué)人機(jī)界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（HITLab）等許多知名的研究機(jī)構(gòu)。美國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。英國(guó)主要有四個(gè)從事VR技術(shù)研究的中心，包括Windustries公司、BritishAerospace公司、DimensionInternational公司、DivisonLTD公司等。日本主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫(kù)和人機(jī)接口方面的研究項(xiàng)目上，在VR游戲方面的研究也處于領(lǐng)先地位。六、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的的研究究現(xiàn)狀狀我國(guó)從從20世紀(jì)紀(jì)80年代代起開開始研研究VR技技術(shù)。。雖然然起步步較晚晚，但但近年年來政政府有有關(guān)部部門非非常重重視，，制定定了開開展VR技技術(shù)的的研究究計(jì)劃劃，并并將其其列入入國(guó)家家重點(diǎn)點(diǎn)研究究項(xiàng)目目。國(guó)國(guó)內(nèi)的的一些些科學(xué)學(xué)家和和重點(diǎn)點(diǎn)院校校也已已積極極投入入了對(duì)對(duì)這一一領(lǐng)域域的研研究。。六、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的的研究究現(xiàn)狀狀北京航空航天大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR技術(shù)研究、最有權(quán)威的單位之一。于2000年8月成立虛擬現(xiàn)實(shí)新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)