虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展趨勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展虛擬地理環(huán)境分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)一、虛擬地理環(huán)境

地理學(xué)+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)GIS+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬地理環(huán)境數(shù)字城市+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬城市地理學(xué)+虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬GIS概念地理環(huán)境：包括作為主體的人類社會(huì)以及圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會(huì)文化環(huán)境等。虛擬地理環(huán)境虛擬地理環(huán)境包括作為主體的化身人類社會(huì)和圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境、虛擬圖形境象環(huán)境、虛擬經(jīng)濟(jì)環(huán)境、虛擬社會(huì)、政治文化環(huán)境。比較：人類社會(huì)——化身人類社會(huì)化身人：現(xiàn)實(shí)世界中的人與虛擬世界中的化身相結(jié)合后的集合整體；用戶在虛擬世界中的三維圖形表達(dá)。比較：環(huán)境自然環(huán)境經(jīng)濟(jì)環(huán)境社會(huì)、文化環(huán)境硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟(jì)環(huán)境虛擬社會(huì)、文化環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境三維世界虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境一樣，是人類可以生活、工作、生產(chǎn)和消費(fèi)的一個(gè)空間世界；是一個(gè)包含空間系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的開放的、復(fù)雜性巨系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟(jì)環(huán)境虛擬社會(huì)、文化環(huán)境實(shí)境虛境實(shí)境虛境計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)通信和傳感設(shè)備數(shù)據(jù)圖形實(shí)體或符號(hào)實(shí)境虛境三維虛擬世界虛擬社會(huì)世界虛擬地理環(huán)境現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境地理位置空間節(jié)點(diǎn)密度反映兩者之間的相互影響和相互作用強(qiáng)度和頻度2、內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)層面數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與感知數(shù)據(jù)打開圖形處理3、外表達(dá)境象層面內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)的外化、知覺化數(shù)據(jù)的三維圖形視覺表達(dá)山脈平原房屋樹、云化身……4、單主體感知認(rèn)知層面信息交互感知虛擬世界視覺聽覺力覺觸覺嗅覺味覺5、互主題社會(huì)層面化身人之間化身人類社會(huì)與軟硬件環(huán)境化身人類社會(huì)與虛擬社會(huì)圖形環(huán)境化身人=自然人+化身化身：化身人類在虛擬界中的身份，采用不同形態(tài)、性別的化身會(huì)影響化身人類在虛擬結(jié)合縣世界的心理狀態(tài)和社會(huì)行為。虛擬社群：VGE特點(diǎn)：虛擬地理環(huán)境強(qiáng)調(diào)“人”的作用化身人使‘虛擬’變得更為真實(shí)化身人使人們?cè)敢饧尤氲教摂M的地理環(huán)境中，親身體驗(yàn)虛擬環(huán)境帶來的多方面的感受；虛擬地理環(huán)境強(qiáng)調(diào)‘虛擬’而非‘?dāng)?shù)字’不僅僅是數(shù)據(jù)庫(kù)和幾何模型的建設(shè)，強(qiáng)調(diào)人的地位，強(qiáng)調(diào)許多地理信息與地理知識(shí)在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的意義。虛擬環(huán)境與仿真環(huán)境不同仿真是通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)仿真環(huán)境即運(yùn)用仿真技術(shù)描述現(xiàn)實(shí)環(huán)境；虛擬環(huán)境是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來描述真實(shí)環(huán)境，使人和計(jì)算機(jī)融為一體，帶來‘沉浸感，交互感和想象力’虛擬地理環(huán)境與其他模擬環(huán)境的本質(zhì)區(qū)別：建立模型的方式人-機(jī)關(guān)系VGE為公眾參與提供媒介VGE需要空間數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，需要支持交互探索分析的環(huán)境；VGE強(qiáng)調(diào)人/系統(tǒng)的（交互）融合，強(qiáng)調(diào)‘身臨其境’的感受；VGE的發(fā)展、演化虛擬群落虛擬村落虛擬城市概念的發(fā)展地理學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS虛擬地理環(huán)境的產(chǎn)生GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)GIS：三維可視化模塊，用于數(shù)字高程模型的三維可視呈現(xiàn)與分析；虛擬GIS把GIS中三維可視化模塊提高到了整個(gè)系統(tǒng)的核心地位把用戶與地學(xué)數(shù)據(jù)的三維視覺、聽覺等多感覺實(shí)時(shí)交互作為系統(tǒng)的存在基礎(chǔ)；把觀察者加入到GIS中，成為一個(gè)參與者和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重心虛擬地理環(huán)境：把人與人之間的交互與交流考慮進(jìn)來地理學(xué)語(yǔ)言虛擬地理學(xué)虛擬地理學(xué)研究虛擬地理環(huán)境的特征與規(guī)律，以及虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境相互關(guān)系的一門科學(xué)二、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)概念DVR：分布式虛擬現(xiàn)實(shí)可以看作是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是可供多用戶同時(shí)異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到同一個(gè)真實(shí)環(huán)境中，通過姿勢(shì)、聲音或文字等“在一起”進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或進(jìn)行同一任務(wù)的演練。VR系統(tǒng)：?jiǎn)斡脩籼摂M環(huán)境漫游、交互DVR系統(tǒng)：關(guān)聯(lián)局部虛擬環(huán)境—大虛擬環(huán)境不同地域用戶交互DVR研究的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：一、在Internet上可追溯到早期基于文本的多參與者游戲MUD，還有基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程虛擬購(gòu)物等。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言是一種可以發(fā)布3D網(wǎng)頁(yè)的跨平臺(tái)語(yǔ)言，可提供一種更自然的體驗(yàn)方式，包括交互性、動(dòng)態(tài)效果、延續(xù)性以及用戶的參與探索。

多個(gè)不同位置的用戶實(shí)時(shí)交互。二、在高速專用網(wǎng)上——如美國(guó)軍方國(guó)防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早的分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是1983年美國(guó)陸軍制定的虛擬環(huán)境研究計(jì)劃，這一計(jì)劃將分散在不同地點(diǎn)的地面坦克、車輛仿真器通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的訓(xùn)練和作戰(zhàn)演練。1994年開始，美國(guó)陸軍與美國(guó)大西洋司令部聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭(zhēng)綜合演練場(chǎng)的研究，建成了一個(gè)包括海陸空多兵種、有3700多個(gè)仿真實(shí)體參與的地域范圍覆蓋500公里×750公里的軍事演練環(huán)境。

DVR應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)是虛擬原型機(jī)的應(yīng)用典型實(shí)例，這是飛機(jī)設(shè)計(jì)史上第一次在設(shè)計(jì)過程中沒有采用實(shí)物模型。波音777由300萬個(gè)零件組成，所有的設(shè)計(jì)在一個(gè)由數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)工作站組成的虛擬環(huán)境中進(jìn)行。設(shè)計(jì)師們戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設(shè)計(jì)中的虛擬“飛機(jī)”，審視“飛機(jī)”的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。教育與娛樂領(lǐng)域：使學(xué)生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運(yùn)動(dòng)軌跡和體驗(yàn)愛因斯坦的相對(duì)論世界，從而更形象地獲取知識(shí)，激發(fā)思維。第一個(gè)大規(guī)模的VR娛樂系統(tǒng)“BattleTech"，將每個(gè)“座艙”仿真器連網(wǎng)進(jìn)行組之間的對(duì)抗，3D逼真視景、游戲桿、油門、剎車和受到打擊時(shí)的晃動(dòng)給用戶很強(qiáng)的感官刺激。高難度和危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)訓(xùn)練如醫(yī)療手術(shù)訓(xùn)練的VR系統(tǒng)，用我們已經(jīng)掌握的人體數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中重構(gòu)人體或某一器官的幾何模型，并賦予一定的物理特征（例如密度、韌度、組織比例等），通過機(jī)械手或數(shù)據(jù)手套等高精度的交互工具在計(jì)算機(jī)中模擬手術(shù)過程，以達(dá)到訓(xùn)練、研究的目的。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室集成的分布式虛擬環(huán)境；浙江大學(xué)心理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的虛擬故宮、CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出桌面虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)的VR：清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感方面進(jìn)行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動(dòng)、克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗(yàn)等方面都具有不少獨(dú)特的方法；西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所、上海交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)的VR：北航計(jì)算機(jī)系虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室與國(guó)防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所和解放軍測(cè)繪學(xué)院等單位一起建立了一個(gè)用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究和應(yīng)用的分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺(tái)，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個(gè)專用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及支持分布式虛擬環(huán)境研究與應(yīng)用的各種標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)工具和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)（如三維逼真地形）組成。

基于DVENET，一個(gè)分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境被成功開發(fā)出來。應(yīng)用DVENET，可以實(shí)現(xiàn)包含遠(yuǎn)程的數(shù)十個(gè)武器虛擬平臺(tái)在同一塊逼真地形下進(jìn)行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥?。參演人員（即用戶）可以通過不同的交互方式控制真實(shí)的或虛擬的武器仿真平臺(tái)在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行異地協(xié)同與對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)演練。

“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”給中國(guó)科學(xué)技術(shù)館研制的，用戶可以駕駛虛擬直升機(jī)飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體驗(yàn)VR的魅力；三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概念增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR，AugmentedReality）是指虛擬世界直接疊加在人感知的真實(shí)世界之上；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)優(yōu)點(diǎn)真實(shí)感強(qiáng)、以假亂真建模工作量小特性組合實(shí)際與虛擬環(huán)境真實(shí)的景物與虛擬的景物交互重疊實(shí)時(shí)交互定位在3D空間與虛擬現(xiàn)實(shí)區(qū)別場(chǎng)景生成器AR：數(shù)據(jù)量小、真實(shí)感要求不強(qiáng)VR：數(shù)據(jù)量大，真實(shí)感強(qiáng)與虛擬現(xiàn)實(shí)區(qū)別顯示設(shè)備AR：要求低，光學(xué)透視式HMDVR：全彩色、高分辨率、寬視場(chǎng)HMD與虛擬現(xiàn)實(shí)區(qū)別跟蹤和傳感設(shè)備AR：要求高與VRVR：發(fā)展1960年代——開始在哈佛大學(xué)及猶他大學(xué)任教的IvanSutherland，與兩所大學(xué)的學(xué)生共同開發(fā)出了第一套初期的AR系統(tǒng)。1970與80年代美國(guó)空軍的阿姆斯特朗實(shí)驗(yàn)室、航天總署艾密斯研究中心，以及北卡羅來納大學(xué)教堂山分校，有部份人員從事AR的相關(guān)研究。1990年初期波音公司的幾位科學(xué)家為了協(xié)助工人裝配管線設(shè)備，才創(chuàng)造出了「擴(kuò)增實(shí)境」（AugmentedReality）這一名詞。國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)：北京理工大學(xué)國(guó)防科技大學(xué)西安石油學(xué)院電子科技大學(xué)華中科技大學(xué)上海大學(xué)等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)：德國(guó)SIEMENSAG、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)、澳大利亞Vienna大學(xué)、日本Nara協(xié)會(huì)等與AR系統(tǒng)相關(guān)的國(guó)際專利108篇，1995年至今如德國(guó)專利DE10108064的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用視頻或音頻信息進(jìn)行綜合視覺跟蹤；系統(tǒng)包括：目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)；圖像記錄單元；注釋系統(tǒng)美國(guó)專利US2002191003涉及的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯