虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子課件

第十一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子政務(wù)中的應(yīng)用一、虛擬現(xiàn)實(shí)的定義和特征二、虛擬現(xiàn)實(shí)涉及的關(guān)鍵技術(shù)三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與電子政務(wù)四、本章問(wèn)題一、虛擬現(xiàn)實(shí)的定義和特征（一）虛擬現(xiàn)實(shí)的定義1、定義

VR（VirtualReality）技術(shù)就是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一種人們可以通過(guò)視聽(tīng)觸嗅等手段所感受到的虛擬幻境，故VR技術(shù)又稱幻境或靈境技術(shù)。

2、定義的含義

（1）模擬環(huán)境就是由計(jì)算機(jī)生成的具有雙視點(diǎn)的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像。逼真就是要達(dá)到三維視覺(jué)，甚至包括三維聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)及嗅覺(jué)等的逼真，而模擬環(huán)境可以是某一特定現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)實(shí)現(xiàn)，也可以是虛擬構(gòu)想的世界。（2）感知是指理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還包括嗅覺(jué)和味覺(jué)等，也稱為多感知(MultiSensation)。返回

下一頁(yè)（3）自然技能

是指人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼睛、手勢(shì)或其他人體行為動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)來(lái)處理與參與者的動(dòng)作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶的輸入(手勢(shì)、口頭命令等)作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官，使用戶有身臨其境的感覺(jué)，并成為該模擬環(huán)境中的一內(nèi)部參與者，還可以和在該環(huán)境中的其他參與者打交道。

（4）傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。常用的有立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣等穿戴于用戶身上的裝置和設(shè)置于現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的傳感裝置，如攝像機(jī)、地板壓力傳感器等。VR并不是真實(shí)的世界，也不是現(xiàn)實(shí)，而是一種可交替更迭的環(huán)境。從技術(shù)上看，VR與各相關(guān)技術(shù)有著或多或少的相似之處(計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能等)，但在思想方法上，VR已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。VR是一門(mén)系統(tǒng)性技術(shù)，它需要將所有組成部分作為一個(gè)整體去追求系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)。脫離不同的應(yīng)用背景看，VR技術(shù)是把抽象、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)空間表示為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術(shù)實(shí)質(zhì)在于提供了一種高級(jí)的人與計(jì)算機(jī)交互的接口。上一頁(yè)

下一頁(yè)（三）基本硬件

1、圖像生成器圖像生成是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最耗費(fèi)時(shí)間的一項(xiàng)任務(wù)。2、3D鼠標(biāo)與虛擬世界交互的關(guān)鍵之一是跟蹤真實(shí)物體的位置。3、數(shù)據(jù)手套(DataGlove)這種手套的手指裝有傳感器，整個(gè)手套裝有位置/方向跟蹤器。4、頭盔是和虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)系極其密切的一種硬件裝置，看起來(lái)象頭盔或風(fēng)鏡。頭盔在使用者眼睛的前面裝有小型視頻顯示器，利用特殊的光學(xué)系統(tǒng)聚焦和拓展使用者視野。5、聲音發(fā)生器：虛擬境界中要求的聲音系統(tǒng)為三維聲音，即真實(shí)境界中的聽(tīng)覺(jué)方式。上一頁(yè)

下一頁(yè)（四）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、效果產(chǎn)生器、應(yīng)用系統(tǒng)和幾何造型系統(tǒng)等。

1、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器虛擬環(huán)境產(chǎn)生器是VR系統(tǒng)的核心部件，它由計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，軟件開(kāi)發(fā)工具及配套硬件組成。它實(shí)質(zhì)是一個(gè)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和產(chǎn)生立體圖像的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其主要功能有：對(duì)虛擬環(huán)境中物體對(duì)象及其運(yùn)動(dòng)、行為、碰撞作用等特性進(jìn)行描述；生成左、右眼視圖合成三維立體圖像；為聲音系統(tǒng)實(shí)時(shí)地提供參與者頭部的位置和方向信號(hào)；處理輸入、輸出數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)融合在虛擬環(huán)境中。

2、效果產(chǎn)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括能產(chǎn)生沉浸感的各類輸出裝置，例如頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)等。

3、應(yīng)用系統(tǒng)是面向具體問(wèn)題的軟件部分，描述仿真的具體內(nèi)容，包括仿真的動(dòng)態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)以及仿真對(duì)象之間和仿真對(duì)象與用戶之間的交互關(guān)系，它的內(nèi)容直接取決于VR系統(tǒng)的應(yīng)用目的。上一頁(yè)

下一頁(yè)（五）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

1、概念的提出1965年，Sutherland在篇名為<<終極的顯示>>的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想。1966年，美國(guó)MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始了頭盔式顯示器的研制工作。樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺(jué)的力反饋裝置加入到這個(gè)系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的系統(tǒng)。在80年代初，美國(guó)正式提出了“VirtualReality”一詞。

2、80年代和90年代實(shí)際進(jìn)展

1984年，NASAAmes研究中心虛擬行星探測(cè)實(shí)驗(yàn)室組織開(kāi)發(fā)了用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺(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環(huán)境。90年代，迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)制作成為可能。例如1993年的11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)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，波音777涉及獲得成功，等等。上一頁(yè)

下一頁(yè)（七）虛擬現(xiàn)實(shí)在Internet上的應(yīng)用1、遠(yuǎn)程醫(yī)療2、商業(yè)應(yīng)用3、娛樂(lè)4、其他應(yīng)用（1）軍事（2）文物展示、復(fù)員和保護(hù)（3）過(guò)程應(yīng)用上一頁(yè)

返回二、虛擬現(xiàn)實(shí)涉及的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。

1、實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不太難。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當(dāng)重要，同時(shí)對(duì)圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問(wèn)題就變得相當(dāng)困難。

2、廣角（寬視野）的立體顯示

用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的視差就產(chǎn)生了立體感。用戶（頭、眼）的跟蹤：看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定的。跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來(lái)。用戶不僅可以通過(guò)雙目立體視覺(jué)去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過(guò)頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。返回

下一頁(yè)3、立體聲

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來(lái)確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。常見(jiàn)的立體聲效果就是靠左右耳聽(tīng)到在不同位置錄制的不同聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感?，F(xiàn)實(shí)生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的聲音的方向就會(huì)改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

4、觸覺(jué)與力覺(jué)反饋在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒(méi)有真正接觸杯子的感覺(jué)，并有可能穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問(wèn)題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來(lái)模擬觸覺(jué)。

5、語(yǔ)音輸入輸出在VR系統(tǒng)中，要求虛擬環(huán)境能聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，并能與人實(shí)時(shí)交互。。使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前有兩個(gè)問(wèn)題，首先是效率問(wèn)題，為便于計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)相當(dāng)羅嗦。其次是正確性問(wèn)題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，而沒(méi)有人的智能。上一頁(yè)

返回（二）用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)三維電子政務(wù)系統(tǒng)

三維電子政務(wù)系統(tǒng)，就是利用先進(jìn)的三維信息平臺(tái)，結(jié)合完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，整合OA、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，建立“電子政府”，面向公眾提供政府部門(mén)的各種服務(wù)。三維電子政務(wù)系統(tǒng)將空間分析、自動(dòng)導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)與視頻、聲音、圖像等媒體信息有機(jī)地結(jié)合在一起，將城市、園區(qū)現(xiàn)狀與規(guī)劃情況、基礎(chǔ)設(shè)施、招商、辦公流程等重要信息形象、直觀、有條不紊地展示給用戶，使社會(huì)公眾可以形象直觀地以仿真方式來(lái)進(jìn)行場(chǎng)景瀏覽、部門(mén)展示、辦公引導(dǎo)和實(shí)時(shí)探訪，并能夠簡(jiǎn)潔生動(dòng)地查詢政府各部門(mén)機(jī)構(gòu)職能、辦事程序、政策法規(guī)等信息。三維電子政務(wù)實(shí)現(xiàn)了政府管理和服務(wù)的四個(gè)“可視”，即流程可視、過(guò)程可視、狀態(tài)可視和對(duì)象可視，