虛擬現(xiàn)實(shí)1-概念

梁延研黃靜虛擬現(xiàn)實(shí)與建模VirtualRealityContents:1虛擬現(xiàn)實(shí)2虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用3建模技術(shù)發(fā)展前景5存在的問(wèn)題4虛擬現(xiàn)實(shí)與建模計(jì)算機(jī)屏幕只是一個(gè)窗口,但通過(guò)這個(gè)窗口,我們可以看見(jiàn)一個(gè)虛擬的世界。我們面臨的挑戰(zhàn)是如何使這個(gè)世界看起來(lái)真實(shí)、動(dòng)起來(lái)真實(shí)、聽(tīng)起來(lái)真實(shí)、摸起來(lái)真實(shí)！——伊萬(wàn)·薩瑟蘭虛擬現(xiàn)實(shí)基本含義、發(fā)展歷史、特征、關(guān)鍵技術(shù)、硬件基礎(chǔ)、VR系統(tǒng)14虛擬現(xiàn)實(shí)1.地理信息學(xué)：存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯環(huán)境，通過(guò)輸出設(shè)備模擬顯示現(xiàn)實(shí)世界中的三維物體和它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和方式。資源信息學(xué)：利用計(jì)算機(jī)發(fā)展中的高科技手段構(gòu)造的，使參與者獲得與現(xiàn)實(shí)一樣的感覺(jué)的一個(gè)虛擬的境界。通信科技學(xué)：一種模擬三維環(huán)境的技術(shù)，用戶可以如在現(xiàn)實(shí)世界一樣地體驗(yàn)和操縱這個(gè)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)在不同學(xué)科中有不同定義：5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能等技術(shù)，制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效地模擬人在自然環(huán)境中的各種感知的高級(jí)的人機(jī)交互技術(shù)。1.1

詳細(xì)定義人機(jī)交互的飛躍61.1

理解定義可以簡(jiǎn)單地理解為：虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)生成的能給人多種感官刺激的人機(jī)交互系統(tǒng)。反應(yīng)動(dòng)作感官刺激虛擬環(huán)境感知系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)兩個(gè)方面的理解：計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境必須能提供多種感官刺激，讓人有沉浸的感覺(jué)。一種高級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)，人機(jī)交互是核心。計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力

—如何讓計(jì)算機(jī)更容易被人使用操作人員可以以更為自然的方式使用計(jì)算機(jī)將結(jié)果以更易被操作人員接受的方式盡快地表現(xiàn)出來(lái)計(jì)算機(jī)能夠更準(zhǔn)確地理解人的意圖從60年代末起

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)各種計(jì)算提出“可視”的要求在計(jì)算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上要解釋數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)，把計(jì)算得到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為直觀的、用視頻或聲頻信息表示的、隨時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或模擬的物理現(xiàn)象先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算將能洞察到傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算所不可能看見(jiàn)的結(jié)果（Toseetheunseen），可視化是把某些不可見(jiàn)對(duì)象或抽象事物轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的、可感知的結(jié)果“Thepurposeofcomputingisinsight,notnumber”---RichardHamming人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求在觀察計(jì)算所得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，能感受計(jì)算所得的形象結(jié)果和全局觀念研究人員甚至還希望能沉浸在計(jì)算所得、計(jì)算所創(chuàng)建的三維空間中，能交互地控制、駕馭和修改所“看見(jiàn)和感受到”的計(jì)算結(jié)果自90年代初起

在高性能計(jì)算的支持下要求實(shí)現(xiàn)沉浸式的可視計(jì)算解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本成熟，基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)資源共享基于統(tǒng)一的開(kāi)放體系框架結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序接口和面向?qū)ο蟮闹虚g件，已能實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”、“即插即用”的協(xié)同式的可視化計(jì)算自90年代中旬以來(lái)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的支持下要求實(shí)現(xiàn)協(xié)同式的可視化計(jì)算總之：沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算促進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展,高性能計(jì)算機(jī)為沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算提供基礎(chǔ)

關(guān)鍵技術(shù)高性能計(jì)算機(jī)和高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大量的、快速的、分布的、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值計(jì)算開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、中間件、人機(jī)接口和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕褦?shù)據(jù)映射成可視化的、具有某種物理屬性的對(duì)象（虛物實(shí)化）把實(shí)物轉(zhuǎn)化為可融入虛擬環(huán)境的虛擬對(duì)象（實(shí)物虛化）美國(guó)各個(gè)國(guó)家計(jì)算中心和有關(guān)部門(mén)都提出迎接21世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的相應(yīng)規(guī)劃，如：DOE2000和NSF的PACI等121.2技術(shù)基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，從自然信源獲取信息，并進(jìn)行處理和識(shí)別。通過(guò)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話。虛擬現(xiàn)實(shí)的奠基石，用數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)圖形在計(jì)算機(jī)中的顯示。模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人工智能傳感器技術(shù)人工交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)131.3

發(fā)展歷史Sutherland在TheUltimateDisplay的論文中首次提出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想。出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD（頭盔顯示器）系統(tǒng)。JaronLanier提出了"VirtualReality"一詞，美國(guó)的一系列研究成果，引起了人們的廣泛關(guān)注。迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，促進(jìn)了人機(jī)交互系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展。各學(xué)科交叉融合共同發(fā)展，新技術(shù)雨后春筍般出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，不斷改變著我們的生活。1990s1980s1970s1960sNowFuture？？？……141.4

基本特征沉浸感(Immersion)：指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。交互性(Interaction)：指參與者對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。構(gòu)想性(Imagination)：指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求解答，形成新的概念。ImaginationInteractionImmersion3I151.5

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件組成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感知設(shè)備虛擬環(huán)境生成設(shè)備跟蹤設(shè)備交互設(shè)備161.6

硬件基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的主要交互設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取、移動(dòng)、裝配、操縱、控制。數(shù)據(jù)手套用于六自由度虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬交互，可從不同角度和方位對(duì)三維物體觀察、瀏覽、操縱。三維空間交互球名稱應(yīng)用17用于空間跟蹤定位的裝置，使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，不局限于固定的空間位置。位置跟蹤器不需要任何立體眼鏡設(shè)備，用肉眼即可觀察到突出的立體顯示效果。3D顯示器能使參與者實(shí)現(xiàn)除視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)之外的第三感覺(jué)——觸覺(jué)，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性和真實(shí)感。力反饋裝置1.6

硬件基礎(chǔ)名稱應(yīng)用

快速響應(yīng)的工作平臺(tái)洞穴狀的投影屏幕（CAVE）

安裝在浙江大學(xué)的CAVECAVE示意圖

圓柱型的投影屏幕

由矩形塊拼接構(gòu)成的投影屏幕全景圖可支持多用戶協(xié)作的投影屏幕可支持多用戶協(xié)作的投影屏幕的改進(jìn)力反饋設(shè)備：數(shù)據(jù)手套(cyberglove)：三維鼠標(biāo)三維聲音系統(tǒng)聲音在VR中的作用：1）增強(qiáng)空間信息，尤其是當(dāng)空間超出了視域范圍。2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的聲音能傳遞對(duì)象的屬性信息。3）聲音是用戶和虛擬環(huán)境的另一種交互方法。三維掃描儀(來(lái)自cyberware公司）有多個(gè)攝像頭的三維實(shí)時(shí)重構(gòu)

基于圖片的三維重建基于圖片的三維重建361.7

關(guān)鍵技術(shù)1）環(huán)境建模技術(shù)即獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型的技術(shù)。2）立體聲合成和立體顯示技術(shù)消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性，并在復(fù)雜的場(chǎng)景中實(shí)時(shí)生成立體圖形。373）觸覺(jué)反饋技術(shù)用戶能夠直接操作虛擬物體并感覺(jué)到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。1.7關(guān)鍵技術(shù)4）交互技術(shù)利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音輸入技術(shù)成為重要的人機(jī)交互手段。385）三維跟蹤技術(shù)用于空間跟蹤定位，實(shí)時(shí)記錄參與者的相關(guān)動(dòng)作軌跡等。1.7關(guān)鍵技術(shù)6）系統(tǒng)集成技術(shù)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與處理，方便智能控制和增強(qiáng)交互性。39虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)實(shí)質(zhì)在于提供一種高級(jí)的人機(jī)接口和人性化的虛擬信息空間，改變了人與計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的交互現(xiàn)狀。1.8技術(shù)優(yōu)點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，使人們從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中解放出來(lái)，提供了一個(gè)嶄新的信息交流平臺(tái)，乃至一個(gè)全新的世界。401.9虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類按交互和浸入程度的不同：分布式虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)411.9虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類<1>桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（DesktopVR）：利用PC機(jī)或中低檔工作站作虛擬環(huán)境產(chǎn)生器；計(jì)算機(jī)屏幕或投影屏幕作為觀察窗口；參與者僅使用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和力矩球等簡(jiǎn)單外部設(shè)備。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基本上是一套基于普通PC平臺(tái)的小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的參與者是不完全沉浸的，他要求參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的顯示器和立體顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)手套和六個(gè)自由度的三維空間鼠標(biāo)器，戴上立體眼鏡坐在監(jiān)視器前，在一些專業(yè)軟件的幫助下，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬境界。

43<2>增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（AugmentedVR）：真實(shí)世界和虛擬對(duì)象疊加在一起；部分真實(shí)環(huán)境由虛擬環(huán)境取代，減少構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的開(kāi)銷；1.9虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象，這種系統(tǒng)既可減少對(duì)構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

45<3>沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（ImmersiveVR）：各種高檔工作站、高性能圖形加速卡和交互設(shè)備。是一種高級(jí)的、較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，參與者置身于虛擬環(huán)境之中，能得到完全沉浸的體驗(yàn)。1.9虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。它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)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。

47<4>分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（DistributedVR）：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物；以沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，多個(gè)用戶或虛擬世界通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連接；多個(gè)用戶同時(shí)參與到同一個(gè)虛擬空間，共享信息，協(xié)同工作達(dá)到一個(gè)更高的境界。1.9虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來(lái)，多個(gè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用提升到了一個(gè)更高的境界。

49AugmentedVR穿透型頭戴式顯示器配合其他交互設(shè)備增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受成本較高維修、醫(yī)學(xué)檢查、培訓(xùn)等所需硬件實(shí)現(xiàn)效果成本&應(yīng)用完全的沉浸感，多用戶共享信息成本高軍事仿真、娛樂(lè)、多用戶環(huán)境、電子商務(wù)等Distributed

VR沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)&互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)1.10四種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的對(duì)比DesktopVR沉浸感不夠好，受現(xiàn)實(shí)世界影響大成本低應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)一般的虛擬現(xiàn)實(shí)PC機(jī)、中低檔工作站配合立體眼鏡、3D控制器或者鼠標(biāo)，追蹤球，力矩球頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等各種交互設(shè)備Immersive

VR成本高應(yīng)用廣泛，如虛擬社區(qū)等完全的沉浸感，真實(shí)性好，多感覺(jué)性（視、聽(tīng)、觸）基本含義、特點(diǎn)、分類、各層次建模技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)論哪種VR系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成都可以劃分為以下6個(gè)功能模塊：檢測(cè)反饋傳感器控制3D模型建模模塊用戶虛擬世界現(xiàn)實(shí)世界檢測(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)模塊接受來(lái)自傳感器模塊的信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。反饋模塊一方面接受來(lái)自用戶的操作命令，將其作用于虛擬環(huán)境，另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以相應(yīng)的反饋形式提供給用戶傳感器模塊對(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?？刂颇K現(xiàn)實(shí)世界各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。3D模型庫(kù)獲取現(xiàn)實(shí)世界各組成部分的三維數(shù)據(jù)，并建立它們的三維模型。建模模塊虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實(shí)建模2.虛擬現(xiàn)實(shí)建模是為了建立虛擬現(xiàn)實(shí)所需要的數(shù)字模型，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最重要的技術(shù)領(lǐng)域。從數(shù)學(xué)上定義基本過(guò)程,并配備已有的硬件資源。1開(kāi)發(fā)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化模型,建立對(duì)象的形狀、外表、行為、限制模型，并映射到虛擬世界。2步驟如下：54虛擬現(xiàn)實(shí)建模與其他圖形建模系統(tǒng)相比，有自己獨(dú)特的特點(diǎn):虛擬現(xiàn)實(shí)中有非常廣泛的物體,往往需要構(gòu)造大量完全不同類型的物體。虛擬現(xiàn)實(shí)中有些物體必須有其自己的行為,即多是動(dòng)態(tài)的物體。虛擬現(xiàn)實(shí)中的物體必須能夠?qū)τ^察者作出反應(yīng)，即具有交互性。2.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)特點(diǎn)552.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)分類虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)基于幾何繪制基于圖像幾何與圖像混合設(shè)定控制參數(shù)，獲取觀察者的位置信息，輸出實(shí)時(shí)渲染繪制視景畫(huà)面。3建立光照模型，并借助紋理映射技術(shù)來(lái)提升真實(shí)感；2對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化描述，構(gòu)造模型結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)定材質(zhì)信息；1561.基于幾何繪制的虛擬場(chǎng)景建模技術(shù)：以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)意義上的曲線、曲面、多邊形等數(shù)學(xué)模型預(yù)先構(gòu)建好虛擬場(chǎng)景的幾何輪廓，并建立光照和材質(zhì)模型。2.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)572.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)2.基于圖像的虛擬場(chǎng)景建模技術(shù)：選擇合適的空間模型把多幅全景圖組織為虛擬場(chǎng)景空間3通過(guò)圖象處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和整理，生成逼真的場(chǎng)景平面全景圖；2利用外部設(shè)備采集真實(shí)模型的離散圖象數(shù)據(jù)或連續(xù)圖象視頻數(shù)據(jù)；1582.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)3.幾何與圖像混合的虛擬場(chǎng)景建模技術(shù)：-------對(duì)場(chǎng)景中的不同環(huán)節(jié)采用不同的處理方式。系統(tǒng)總體的全景視覺(jué)效果基于圖像的建模技術(shù)利用反映真實(shí)場(chǎng)景的高質(zhì)量的圖象，在無(wú)須復(fù)雜建模的情況下取得最真實(shí)的感官效果。系統(tǒng)的用戶交互部分基于幾何模型的方法對(duì)虛擬環(huán)境中用戶要與之交互的對(duì)象進(jìn)行模型建構(gòu)，以克服圖像交互性不強(qiáng)的問(wèn)題。59缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)2.2三種虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)對(duì)比基于幾何繪制幾何模型參數(shù)精確，整個(gè)場(chǎng)景細(xì)膩真實(shí)，碰撞檢測(cè)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)較成熟，產(chǎn)品很多復(fù)雜場(chǎng)景模型的構(gòu)建工作量大，成本較高；三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染繪制對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件要求較高基于圖像能生成高質(zhì)量的圖象環(huán)境，漫游效果及處理時(shí)間與場(chǎng)景內(nèi)容的復(fù)雜度無(wú)關(guān)，不需要專業(yè)的圖形加速設(shè)備必須有真實(shí)場(chǎng)景存在，二維對(duì)象難以實(shí)現(xiàn)交互，獲得實(shí)景圖象需要高性能攝影裝備幾何與圖像混合無(wú)須復(fù)雜建模取得最真實(shí)的感官效果，克服圖像交互性不強(qiáng)的問(wèn)題實(shí)體對(duì)象與虛擬對(duì)象坐標(biāo)位置、亮度、陰影強(qiáng)度等要精確匹配；實(shí)時(shí)交互的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜60認(rèn)知建模行為建模感知建模物理建模圖像建模幾何建模逼真感內(nèi)在逼真感外在逼真感2.3虛擬現(xiàn)實(shí)建模的層次智能建模虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工程、軍事、航空航天、醫(yī)療、科學(xué)研究、教育娛樂(lè)、其他3虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的具體應(yīng)用

虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境

虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)訓(xùn)基地

虛擬仿真校園

虛擬遠(yuǎn)程教育

虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事領(lǐng)域的具體應(yīng)用虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境

單兵模擬訓(xùn)練與評(píng)判

諸軍種聯(lián)合虛擬演習(xí)

進(jìn)行指揮員訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)在礦業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用模擬礦井開(kāi)采

礦業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)

礦井設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)和制造

事故模擬與調(diào)查分析

虛擬現(xiàn)實(shí)在商業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用物品外觀展示物品特性展示物品的功能參數(shù)物品的價(jià)格虛擬現(xiàn)實(shí)在房地產(chǎn)領(lǐng)域的具體應(yīng)用最直觀的交流方式

最快捷的審批平臺(tái)

最方便的設(shè)計(jì)工具

最先進(jìn)的營(yíng)銷手段

幾個(gè)已實(shí)現(xiàn)的例子：1、日本松下公司用來(lái)招攬買主的“廚房世界”2、杭州大學(xué)開(kāi)發(fā)的虛擬故官游玩系統(tǒng)3、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出虛擬動(dòng)物園的大猩猩系統(tǒng)4、日本的一家公司設(shè)計(jì)制造出一個(gè)虛擬世界中的歌手5、賓夕法尼亞大學(xué)研究制成虛擬現(xiàn)實(shí)人杰克68虛擬樣機(jī)虛擬工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬裝配3.1工程應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)功效(飛機(jī)，空間站等)奧迪效果圖和線框圖71虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境可以用來(lái)訓(xùn)練軍事人員，同時(shí)又可以來(lái)檢查和評(píng)估武器系統(tǒng)的性能。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，研究人員即使不進(jìn)行核試驗(yàn)，也能不斷改進(jìn)核武器。3.2軍事應(yīng)用用于核彈B-61-x的虛擬組裝系統(tǒng)73某型軍艦航空母艦?zāi)Ｐ?.2軍事應(yīng)用北京郵電大學(xué)仿真訓(xùn)練中國(guó)海警某型主力艇虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)用VirtualRealitysystems

totrainaircraftpilotsandtankcommanders北京郵電大學(xué)協(xié)同工作環(huán)境的仿真783.3航空航天飛行員模擬操作訓(xùn)練飛機(jī)飛行狀態(tài)模擬793.3航空航天虛擬太空環(huán)境訓(xùn)練虛擬衛(wèi)星運(yùn)行環(huán)境航天員操作訓(xùn)練最為成功的例子就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的修復(fù)和維護(hù)”。經(jīng)過(guò)這個(gè)虛擬系統(tǒng)的訓(xùn)練，宇航員于1993年12月，成功地完成了從航天飛機(jī)上取出備件更換哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上損壞的MRI這一復(fù)雜而又費(fèi)時(shí)的任務(wù)?？臻g技術(shù)VR813.4醫(yī)療應(yīng)用虛擬手術(shù)虛擬人體模型823.5科學(xué)研究計(jì)算數(shù)據(jù)可視化參數(shù)化模型分析833.6教育娛樂(lè)虛擬課堂虛擬實(shí)驗(yàn)843.7其他應(yīng)用室內(nèi)設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)問(wèn)題軟硬件問(wèn)題、自身問(wèn)題4虛擬現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題4.硬件問(wèn)題軟件問(wèn)題VR自身技術(shù)問(wèn)題數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的速度、容量不足，顯示設(shè)備的造價(jià)昂貴而且清晰度不夠。硬件問(wèn)題限制了軟件的開(kāi)發(fā)，費(fèi)用驚人，實(shí)現(xiàn)的效果受時(shí)間和空間影響很大。874.1

自身技術(shù)問(wèn)題VR自身技術(shù)問(wèn)題虛擬環(huán)境感知信息合成的真實(shí)性環(huán)境表示的準(zhǔn)確性人與虛擬環(huán)境交互的自然性實(shí)時(shí)顯示的問(wèn)題

智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)圖形生成的問(wèn)題虛物實(shí)化如何根據(jù)虛擬環(huán)境生成人可直接感受到的真實(shí)信號(hào)（聲、光、電）。是一個(gè)顯示（輸出）問(wèn)題。實(shí)物虛化如何將真實(shí)世界中的物（特別是人）與事件（特別是人的動(dòng)作）傳入虛擬環(huán)境中。是一個(gè)感知的問(wèn)題。主要研究方向之一：

感知技術(shù)的研究研究如何