人機(jī)交互變革時(shí)代：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

及其應(yīng)用研究

岳廣鵬著

◎

新華出版社

圖書(shū)在版編目()數(shù)據(jù)

CIP

人機(jī)交互變革時(shí)代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

:/

岳廣鵬著北京新華出版社

.--:,2021.5

ISBN978-7-5166-5855-0

人岳虛擬現(xiàn)實(shí)

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①Ⅳ.

①TP391.98

中國(guó)版本圖書(shū)館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2021)095792

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

作者:岳廣鵬

責(zé)任編輯:徐光封面設(shè)計(jì):王斌

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、

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ISBN978-7-5166-5855-0

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前言

隨著信息處理技術(shù)和光電子技術(shù)的高速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

已經(jīng)從小規(guī)模、小范圍的技術(shù)探索和應(yīng)用進(jìn)入了更加寬廣的領(lǐng)

域。在未來(lái)幾年,隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及各國(guó)政府的政策支

持、資本投入的聚焦,虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)將以前所未有的速度快速發(fā)

展。虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)業(yè)務(wù)形態(tài)豐富多樣,蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)?/p>

力,能夠帶來(lái)顯著的社會(huì)效益,虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合將會(huì)

給人們的生產(chǎn)和生活方式帶來(lái)革命性的變革。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在

加速向各個(gè)領(lǐng)域滲透和融合,并且給這些領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的變

革。當(dāng)前,對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究及其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)

用,已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

本書(shū)主要分為六章內(nèi)容,第一章是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論,依次

介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的定義、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源與發(fā)展、虛擬現(xiàn)實(shí)

技術(shù)的深刻變革。第二章重點(diǎn)討論虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)

實(shí)的現(xiàn)狀分析。第三章主要圍繞虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)論述,

詳盡介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲、娛樂(lè)、藝術(shù)、教育、醫(yī)療保健

等行業(yè)中的應(yīng)用情況。第四章是本書(shū)的重點(diǎn)章節(jié),本章對(duì)虛擬現(xiàn)

實(shí)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理論關(guān)系展開(kāi)詳盡論述,依次介紹了數(shù)字化產(chǎn)品

發(fā)展對(duì)設(shè)計(jì)的影響、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用、產(chǎn)

品設(shè)計(jì)與、產(chǎn)品可視化與、虛擬交互與、視覺(jué)傳達(dá)與

VRVRVR

、以電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)為例七個(gè)方面的內(nèi)容。第五章主要介

VR

1

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

紹了虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐,依次介紹了智能水龍頭設(shè)

Waterfall

計(jì)、模塊化虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔設(shè)計(jì)、貨物運(yùn)輸機(jī)器人設(shè)計(jì)、

Carrier

醫(yī)療助手設(shè)計(jì)、手語(yǔ)翻譯器設(shè)計(jì)。本書(shū)第六章為虛擬現(xiàn)實(shí)技

OPS

術(shù)展望,重點(diǎn)圍繞三個(gè)方面的內(nèi)容展開(kāi)論述,分別是虛擬現(xiàn)實(shí)的

發(fā)展前景、虛擬和現(xiàn)實(shí)的界限趨于模糊、未來(lái)數(shù)字化人類(lèi)的誕

生,以期探明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展方向。

在撰寫(xiě)本書(shū)的過(guò)程中,作者得到了許多專(zhuān)家學(xué)者的幫助和指

導(dǎo),參考了大量的學(xué)術(shù)文獻(xiàn),在此表示真誠(chéng)的感謝。本書(shū)內(nèi)容系

統(tǒng)全面,論述條理清晰、深入淺出,但由于作者水平有限,書(shū)中

難免會(huì)有疏漏之處,希望廣大同行及時(shí)指正。

作者

年月

202011

2

目錄

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

………1

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

……1

第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源與發(fā)展

………4

第三節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深刻變革

………12

第二章虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)現(xiàn)狀分析

…………15

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀分析

……………15

第二節(jié)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀分析

……………77

第三節(jié)混合現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀分析

……………92

第三章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

…………………97

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲行業(yè)中的應(yīng)用

……………97

第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在娛樂(lè)行業(yè)中的應(yīng)用

……………100

第三節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藝術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用

……………105

第四節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用

……………110

第五節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療保健行業(yè)中的應(yīng)用

………114

第四章虛擬現(xiàn)實(shí)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)

…………………120

第一節(jié)數(shù)字化產(chǎn)品發(fā)展對(duì)設(shè)計(jì)的影響

…120

第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

………122

第三節(jié)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與

VR…………………123

1

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

第四節(jié)產(chǎn)品可視化與

VR………………124

第五節(jié)虛擬交互與

VR…………………131

第六節(jié)視覺(jué)傳達(dá)與

VR…………………135

第七節(jié)以電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)為例

………140

第五章虛擬現(xiàn)實(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

…159

第一節(jié)智能水龍頭設(shè)計(jì)

Waterfall………159

第二節(jié)模塊化虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔設(shè)計(jì)

………172

第三節(jié)貨物運(yùn)輸機(jī)器人設(shè)計(jì)

Carrier……183

第四節(jié)醫(yī)療助手設(shè)計(jì)

OPS………………189

第五節(jié)手語(yǔ)翻譯器設(shè)計(jì)

…………………197

第六章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展望

……200

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展前景

……………200

第二節(jié)虛擬和現(xiàn)實(shí)的界限趨于模糊

……207

第三節(jié)未來(lái)數(shù)字化人類(lèi)的誕生

…………211

參考文獻(xiàn)

…………215

2

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

在本章內(nèi)容中我們將對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行概述分別介紹了三個(gè)方

,,

面的問(wèn)題依次是虛擬現(xiàn)實(shí)的定義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源與發(fā)展虛擬現(xiàn)

,、、

實(shí)技術(shù)的深刻變革

。

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

在了解虛擬現(xiàn)實(shí)的定義前我們首先應(yīng)當(dāng)明確的目標(biāo)的目標(biāo)

,VR。VR

是讓用戶在執(zhí)行虛擬任務(wù)的同時(shí)相信自己是在現(xiàn)實(shí)世界中執(zhí)行任務(wù)為

,。

了產(chǎn)生這種感覺(jué)該技術(shù)必須欺騙大腦提供與大腦在真實(shí)環(huán)境中感

,“”,

知到的一致信息

。

假如你一直夢(mèng)想著駕駛一架私人飛機(jī)但從來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)這個(gè)愿望

,,

那么系統(tǒng)可以通過(guò)模擬飛行體驗(yàn)幫助你虛擬地實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想首先

,VR。,

系統(tǒng)會(huì)對(duì)駕駛艙的合成圖像進(jìn)行再現(xiàn)之后再現(xiàn)飛行跑道最后再現(xiàn)

VR,,

你將飛越的地區(qū)的鳥(niǎo)瞰圖為了給你在飛機(jī)上的真實(shí)感受這些圖像

?！啊?

必須是龐大的高質(zhì)量的這樣你對(duì)真實(shí)環(huán)境的感知就會(huì)被推到背景中

、。,

甚至完全被虛擬環(huán)境所取代這種改變感知的現(xiàn)象稱(chēng)為沉浸感它是

,,,

的首要基本原理

VR。

倘若系統(tǒng)也能產(chǎn)生飛機(jī)引擎的聲音那么你的沉浸感就會(huì)變得更強(qiáng)

,,

因?yàn)槟愕拇竽X能夠感知到這些信息這就會(huì)產(chǎn)生如臨其境般的感受頭戴

,。

式顯示器使用的是音頻耳機(jī)因?yàn)樗梢愿艚^環(huán)境噪聲真正的飛行員在

,。

真實(shí)的環(huán)境中是使用操縱桿和旋鈕來(lái)操縱飛機(jī)的如果我們想要模擬現(xiàn)

。

實(shí)在體驗(yàn)中再現(xiàn)這些動(dòng)作是不可缺少的因此系統(tǒng)必須提供幾個(gè)

,VR。,

1

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

按鈕和一個(gè)操縱桿來(lái)操縱飛機(jī)的行為用戶與系統(tǒng)之間的交互機(jī)制是

。VR

的第二條基本原理它將與提供良好沉浸感但沒(méi)有真正交互的應(yīng)用程

,VR

序區(qū)分開(kāi)來(lái)例如電影院可以提供質(zhì)量非常高的視覺(jué)感受和聽(tīng)覺(jué)感受

。,,

但對(duì)用戶來(lái)說(shuō)只有展開(kāi)在屏幕上的故事卻沒(méi)有互動(dòng)的機(jī)會(huì)最近很受歡

,。

迎的視頻也是類(lèi)似的其唯一的交互是提供了可改變的視角

“VR”,(360

度雖然這類(lèi)應(yīng)用程序是有用的但它們不符合體驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)橛?/p>

)。,VR,

戶只是體驗(yàn)中的旁觀者而不是參與者

,。

讓我們回到前面的案例中為了盡可能再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)我們必須使用具有

:,

反饋功能的操縱桿來(lái)駕駛在空氣阻力中飛行的飛機(jī)通過(guò)制造阻力來(lái)模擬

,

使用真正的操縱桿的體驗(yàn)這種觸覺(jué)信息顯著增強(qiáng)了用戶對(duì)虛擬環(huán)境的沉

,

浸感進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)再現(xiàn)我們可以提供一個(gè)真正的配備座椅和

,。

控制裝置的飛機(jī)駕駛艙這樣我們能更好地適應(yīng)外部屏幕以確保出現(xiàn)在

,,

窗戶和飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃上的合成圖像是自然而又生動(dòng)的當(dāng)我們給大腦額

。

外的視覺(jué)信息駕駛艙的部件聽(tīng)覺(jué)信息按鈕被點(diǎn)擊或按下的聲音

()、()

和觸覺(jué)反饋?zhàn)陲w機(jī)座位上的感覺(jué)時(shí)這種沉浸感會(huì)更強(qiáng)毫無(wú)疑

(),。

問(wèn)這種設(shè)備會(huì)讓任何一個(gè)大腦相信你真的是坐在駕駛艙里駕駛著一架

,,

飛機(jī)當(dāng)然這些設(shè)備在現(xiàn)實(shí)中是確實(shí)存在的這些飛機(jī)模擬器已經(jīng)有多

。,。

年的使用歷史首先用于訓(xùn)練軍事飛行員其次是商業(yè)飛行員現(xiàn)在作為

,,,

娛樂(lè)設(shè)備提供給那些想要體驗(yàn)自己是在駕駛飛機(jī)的非飛行人員

“”。

根據(jù)這個(gè)例子我們定義虛擬現(xiàn)實(shí)是一種能力能讓一個(gè)或多個(gè)

,,()

用戶在虛擬環(huán)境中執(zhí)行一系列真實(shí)任務(wù)用戶通過(guò)在虛擬環(huán)境中與系統(tǒng)互

。

動(dòng)和交互反饋進(jìn)行沉浸感的模擬

,。

關(guān)于這一定義的一些說(shuō)明

:

真實(shí)任務(wù)實(shí)際上即使任務(wù)是在虛擬環(huán)境中執(zhí)行的它也是真

(1):,,

實(shí)的例如你可以開(kāi)始在模擬器中學(xué)習(xí)駕駛飛機(jī)就像真正的飛行員所

。,(

做的那樣因?yàn)槟阏谂囵B(yǎng)將在真正飛機(jī)上使用的技能

),。

反饋是指計(jì)算機(jī)利用數(shù)字信號(hào)合成的感官信息如視覺(jué)聽(tīng)

(2):(、

覺(jué)觸覺(jué)即對(duì)物體的組成和外觀聲音或力的強(qiáng)度的描述

、),、。

交互反饋這些合成操作是由相對(duì)復(fù)雜的軟件處理產(chǎn)生的因此

(3):,

需要一定的時(shí)間如果持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)我們的大腦就會(huì)感知為一個(gè)圖片的

。,

固定顯示接著是下一個(gè)圖片這樣會(huì)破壞視覺(jué)的連續(xù)性進(jìn)而破壞運(yùn)動(dòng)

,。,

2

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

的感覺(jué)因此反饋必須是交互的和難以覺(jué)察的以獲得良好的沉浸式

。,,

體驗(yàn)

。

互動(dòng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是用戶通過(guò)移動(dòng)操作和或轉(zhuǎn)移虛擬環(huán)境中

(4):、

的對(duì)象對(duì)系統(tǒng)行為起作用的功能同樣用戶也需注意到虛擬空間傳遞

,。,

的視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)信息如果沒(méi)有互動(dòng)我們就不能稱(chēng)之為體驗(yàn)

、,,VR。

為什么需要使用這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展是為了實(shí)現(xiàn)幾個(gè)目標(biāo)

VR?:

設(shè)計(jì)工程師使用技術(shù)已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了目的是幫助

(1):VR,

建筑或車(chē)輛的構(gòu)建或者是在這些物體內(nèi)部或周?chē)摂M地移動(dòng)來(lái)檢測(cè)任何

,

可能存在的設(shè)計(jì)缺陷這些測(cè)試曾經(jīng)使用復(fù)雜程度不斷增加的模型最高

。(

可達(dá)級(jí)進(jìn)行現(xiàn)在逐漸被體驗(yàn)所取代后者價(jià)格更低生產(chǎn)速度

Ⅰ),VR,,

更快必須指出的是這些虛擬設(shè)計(jì)操作已經(jīng)擴(kuò)展到有形物體以外的環(huán)境

。,

中例如運(yùn)動(dòng)外科工業(yè)體育或復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

,,(、、)。

學(xué)習(xí)正如我們?cè)谏厦娴睦又锌吹降脑诮裉鞂W(xué)習(xí)駕駛?cè)魏?/p>

(2):,,

一種交通工具都是可能的如飛機(jī)汽車(chē)包括賽車(chē)船舶航天飛

,、(F1)、、

機(jī)或宇宙飛船等提供了許多優(yōu)勢(shì)首先能保證學(xué)習(xí)時(shí)的安全性其

。VR:;

次可以復(fù)制并可以輕易切入一些教學(xué)場(chǎng)景模擬車(chē)輛故障或天氣變化

,()。

這些學(xué)習(xí)場(chǎng)景可以延伸到操作交通工具以外的更復(fù)雜的過(guò)程如管理一個(gè)

,

工廠或一個(gè)核中心的控制室甚至通過(guò)使用基于的行為療法學(xué)習(xí)克服

,VR

恐懼癥動(dòng)物空白空間人群等

(、、)。

理解可以通過(guò)它提供的交互反饋尤其是視覺(jué)反饋提供

(3):VR()

學(xué)習(xí)支持從而更好地理解某些復(fù)雜的現(xiàn)象這種復(fù)雜性可能是由于難以

,。

觸及有關(guān)的主體和信息如在地下或水下進(jìn)行石油勘探想要研究的行星

,,

的表面可能是我們的大腦無(wú)法理解的龐大數(shù)據(jù)也可能是人類(lèi)難以察覺(jué)

,,

的溫度放射性等在許多情況下我們尋求更深層次的理解以便做出

、。,,

更好的決策我們?cè)谀睦镩_(kāi)采石油我們必須采取什么金融行動(dòng)

———??

等等

。

綜上所述存在著非常精確和正式的定義我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)定義

,VR。:

虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域它利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和行為界面在虛擬世

,,

界中模擬實(shí)體之間實(shí)時(shí)交互的行為讓一個(gè)或多個(gè)用戶通過(guò)感知運(yùn)動(dòng)

3D,

通道以一種偽自然的方式沉浸于此

。

3

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源與發(fā)展

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著悠久的發(fā)展歷史論及與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的

(VR),

史實(shí)我們可以從柏拉圖關(guān)于洞穴的寓言開(kāi)始敘述

,。

在柏拉圖的理想國(guó)第卷中有一篇詳細(xì)描述了幾個(gè)被困在洞穴

《》7,

里的人的經(jīng)歷他們只能通過(guò)投射在洞穴墻壁上的影子來(lái)觀察外界發(fā)生的

,

事情現(xiàn)實(shí)和感知概念成為廣受分析的主題特別是關(guān)于從一個(gè)世界到另

。,

一個(gè)世界的探討

。

年意大利工程師的著作戰(zhàn)爭(zhēng)器械之書(shū)

1420,GiovaniFontana《》

Bellicoruminstrumentorumliber中描述了一種可以將圖像投射到房間墻壁

()

上的魔燈圖圖他提出這可以用來(lái)投射神奇生物的圖

(1-2-1、1-2-2),

像這讓人想起了幾個(gè)世紀(jì)后由伊利諾伊大學(xué)的等人

。CarolinaCruz-Neira

開(kāi)發(fā)的大型沉浸式系統(tǒng)

。

圖的魔燈示意圖

1-2-1GiovaniFontana

4

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

圖使用魔燈

1-2-2

在講述歷史的書(shū)籍中對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)一詞在何處首次出現(xiàn)產(chǎn)生

VR,“”

了爭(zhēng)議一些作者把它歸功于在年的一次新聞發(fā)布會(huì)

。JaronLanier1985,

而其他人則把它歸功于在年發(fā)表的文章

AntoninArtaud1983“Letheatreet

sondoubl”。

無(wú)疑是這個(gè)詞的發(fā)明者他在的文集中使用了這個(gè)詞

Artaud,Theatre:

在這本書(shū)中詳細(xì)地談到了現(xiàn)實(shí)和虛擬兩個(gè)詞語(yǔ)虛擬

,Artaud“”“”?！?/p>

現(xiàn)實(shí)一詞的準(zhǔn)確解釋出現(xiàn)在年蓋瑪利的實(shí)驗(yàn)作品合集的第頁(yè)

”198575:

所有真正的煉金術(shù)士都知道煉金符號(hào)是海市蜃樓就像戲劇一樣

“,,。

這些可感知到的幻象和劇院里常出現(xiàn)的煉金術(shù)都應(yīng)該被理解為一種同一性

的表達(dá)這種同一性存在于由字符對(duì)象圖片組成的現(xiàn)實(shí)世界煉金術(shù)

,、、,

劇院構(gòu)造的虛擬現(xiàn)實(shí)以及由煉金術(shù)符號(hào)構(gòu)建的完全虛擬和充滿幻覺(jué)的世

,

界此外在前幾頁(yè)他也談到了柏拉圖關(guān)于洞穴的寓言

?！?。

然而很明顯是第一個(gè)使用虛擬現(xiàn)實(shí)詞意與本書(shū)相同的

,,JaronLanier

人英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)和法語(yǔ)單詞之間有微妙的區(qū)別在英語(yǔ)中這

。virtualvirtuel,,

個(gè)詞的意思是仿佛或幾乎是相同的事情或品質(zhì)然而在法語(yǔ)中

“”“”。,

這個(gè)詞表示潛在的可能的和沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的東西科幻小說(shuō)家

“”“”“”。,

尤其是擅長(zhǎng)寫(xiě)臆想小說(shuō)一種想象我們的世界在未來(lái)會(huì)是什么樣子的

“”(

類(lèi)型的作家也整合或構(gòu)想過(guò)我們將在本書(shū)中討論的技術(shù)這

),VR-AR。

5

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

類(lèi)書(shū)籍的清單相當(dāng)長(zhǎng)這里根據(jù)它們的影響力按時(shí)間順序列出四本它

,,

們是

:

在他年的中篇小說(shuō)真名實(shí)姓中引入了一

(1)VernorVinge1981《》,

個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間沒(méi)有明確命名一群電腦盜版者利用虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸技術(shù)對(duì)

(),

抗政府他也是奇點(diǎn)概念的提出者即把機(jī)器變得比人類(lèi)更智能的那

。“”,

一時(shí)刻稱(chēng)為奇點(diǎn)

“”。

年在其小說(shuō)神經(jīng)漫游者中描述了這樣

(2)1984,WilliamGibson《》

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界虛擬現(xiàn)實(shí)控制臺(tái)允許用戶在虛擬世界中體驗(yàn)生活

,。Gibson

發(fā)明了網(wǎng)絡(luò)空間一詞他將其描述為數(shù)十億合法

“”“”(cyberspace),“

使用者每天經(jīng)歷的一種完美的幻覺(jué)網(wǎng)絡(luò)空間概念跨越了不同的世界

”。:

數(shù)字世界控制論世界和現(xiàn)實(shí)世界

、。

年在其小說(shuō)雪崩中引入了元界

(3)1992,NealStephenson《》

的概念一個(gè)以人們的虛擬形象為代表的社區(qū)不斷進(jìn)化的虛

(metaverse)(

擬世界這是一個(gè)類(lèi)似于在線虛擬世界的宇宙

),SecondLife。

年在其小說(shuō)頭號(hào)玩家中為我們描述了這

(4)2011,ErnestCline《》

樣一個(gè)世界人類(lèi)為逃離現(xiàn)實(shí)生活中的貧民窟生活在一個(gè)巨大的虛擬社

:,

交網(wǎng)絡(luò)中這個(gè)網(wǎng)絡(luò)也包含了開(kāi)啟財(cái)富之門(mén)的鑰匙引領(lǐng)著對(duì)圣杯的新

。,

探索

。

實(shí)際上文學(xué)作品并不是唯一一個(gè)早期就用虛擬現(xiàn)實(shí)建立現(xiàn)實(shí)與虛擬

,

之間聯(lián)系的領(lǐng)域我們必須提到在電影界的開(kāi)創(chuàng)性工

。MortonLeonardHeilig

作自世紀(jì)年代以來(lái)他一直致力于虛擬現(xiàn)實(shí)這一項(xiàng)目年

。2050,。1962,

他為系統(tǒng)申請(qǐng)了專(zhuān)利用戶使用該系統(tǒng)可以騎著摩托車(chē)在城市

Sensorama。

環(huán)境中進(jìn)行虛擬導(dǎo)航獲得一種包含立體視覺(jué)摩托車(chē)聲音以及發(fā)動(dòng)機(jī)振

,、

動(dòng)和迎風(fēng)感覺(jué)的身臨其境的體驗(yàn)

。

電影很自然地利用了新技術(shù)年執(zhí)導(dǎo)了割草

。1992,BrettLeonard《

者在片中飾演一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)

》(TheLawnmowerMan),PierceBrosnan

的科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象圖關(guān)于這部電影有趣的一點(diǎn)是在拍攝過(guò)程

(1-2-3)。,

中演員們使用了創(chuàng)建的公司的真實(shí)設(shè)備此

,JaronLanierVPLResearch(

時(shí)他已經(jīng)申請(qǐng)破產(chǎn)當(dāng)然沒(méi)人能忘記年的電影黑客帝國(guó)這

)。,1999《》,

是黑客帝國(guó)三部曲中的第一部這部電影由執(zhí)導(dǎo)

《》,LesWachowski,

和主演故事情節(jié)圍繞著現(xiàn)實(shí)世界和虛擬

KeanuReevesLaurenceFishburne。

6

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

世界之間頻繁的旅行展開(kāi)主人公的職責(zé)是將人類(lèi)從機(jī)器的統(tǒng)治中解放出

,

來(lái)這部電影的技術(shù)發(fā)展更加成熟因?yàn)樗耆浅两降亩矣脩糁?/p>

。,,

能通過(guò)極少的線索來(lái)判斷他是處在真實(shí)世界還是虛擬世界另一部更傾向

。

于人機(jī)交互而非本身的經(jīng)典電影是由著名導(dǎo)演

(HMI)VRStevenSpiel-

于年拍攝的少數(shù)派報(bào)告這部影片由

berg2002《》(MinorityReport),Tom

主演圖這部電影描述了一種創(chuàng)新技術(shù)它可以讓人自然

Cruise(1-2-4)。,

地與數(shù)據(jù)交互這為將來(lái)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目提供了靈感當(dāng)然這

()。,

三部電影不是僅有的談?wù)摰碾娪斑€有很多其他的但這三部是虛

VR———,

擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域最具代表性的

。

圖電影割草者劇照

1-2-3《》

圖電影少數(shù)派報(bào)告劇照

1-2-4《》

7

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

討論在不同藝術(shù)領(lǐng)域的表現(xiàn)后我們還可以分析這種技術(shù)如

VR-AR,

何在這些領(lǐng)域中使用電影將成為虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景例如通

。,

過(guò)使用度全景影院條件是觀眾最后變成演員在藝術(shù)領(lǐng)域我們

360()。,

必須研究這些新的運(yùn)作模式所帶來(lái)的電影制作規(guī)范和規(guī)則的變化特別是

。

在傳統(tǒng)電影中敘事的構(gòu)建原則是導(dǎo)演通過(guò)畫(huà)面幾乎手拉手地引導(dǎo)觀

,“

眾讓觀眾從畫(huà)面中看到某種特定的風(fēng)景元素而在觀眾可以自由創(chuàng)造

”,。

自己的視角的情況下藝術(shù)的構(gòu)建是不一樣的如果我們?cè)偌由嫌脩粲心?/p>

,。

力與環(huán)境進(jìn)行交互從而修改場(chǎng)景中的元素那么敘事的復(fù)雜性就會(huì)加

,,

深并開(kāi)始接近視頻游戲中使用的敘事機(jī)制另一條結(jié)合真實(shí)和數(shù)字圖像

,。

混合現(xiàn)實(shí)發(fā)展和研究的道路也很快就會(huì)出現(xiàn)

()。

漫畫(huà)書(shū)漫畫(huà)小說(shuō)的世界也受到巨大影響一種是沉浸感項(xiàng)目的發(fā)

、,

展例如工作室年制作的另一種是在漫畫(huà)世

。Oniride2016Magnetique,VR

界的應(yīng)用例如這個(gè)由與工作室于

,S.E.N.SArteFranceRedCorner2016

年聯(lián)合制作的項(xiàng)目就在漫畫(huà)世界中使用其靈感來(lái)自

,VR,Marc-Antoine

的作品圖事實(shí)上由于虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中的宇宙不一定

Mathieu(1-2-5)。,

是真實(shí)世界的再現(xiàn)它也可能是純粹幻想的產(chǎn)物所以在漫畫(huà)世界很容易

,,

進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)

。

圖項(xiàng)目

1-2-5S.E.N.S

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展階段

對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的另一種分析使得我們可以為這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展階段繪

8

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

制一個(gè)時(shí)間表圖

(1-2-6)。

圖虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的發(fā)展

1-2-6

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展可分為以下階段

:

(一)年以前

1960

年以前的基礎(chǔ)階段許多方法甚至在今天的虛擬現(xiàn)實(shí)中使用的

1960:(

方法在虛擬現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)之前已經(jīng)得到了完善我們首次通過(guò)繪畫(huà)史

)“”。(

前透視文藝復(fù)興全景展示世紀(jì)立體視覺(jué)和電影世

)、()、(18)、(19

紀(jì)以及二戰(zhàn)時(shí)英國(guó)飛行員的訓(xùn)練飛行模擬器來(lái)展現(xiàn)現(xiàn)實(shí)最后

)。,Morton

從年開(kāi)始在中使用的多模態(tài)反饋以及年他的

Heilig1956Sensorama,1969

是所有大屏幕動(dòng)態(tài)影院的前身讓我們有了沉浸感的

ExperienceTheater(),

概念這是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心

,。

(二)至年

19601980

至年的起步階段計(jì)算機(jī)科學(xué)的出現(xiàn)使所有基礎(chǔ)元件得以

19601980:

發(fā)展從而導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)即使在今天合成圖像中用于表示虛擬

,。,

環(huán)境的組件仍然是對(duì)象的建模和操作算法使用最重要的是

3D、(Z-buffer

算法以及光和照明模型的處理用于交互系統(tǒng)的組件包括

)。,Sketch-

第一個(gè)頭戴式顯示器系統(tǒng)第一個(gè)利用力反

pad———(HMD),GROPE———

饋的項(xiàng)目由于年在北卡羅來(lái)納大學(xué)啟動(dòng)構(gòu)成了

(FrederickBrooks1971),

9

人機(jī)交互變革時(shí)代:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用研究

觸覺(jué)反饋的基礎(chǔ)在應(yīng)用方面飛行模擬器相關(guān)的開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速例如

。,,,

由美國(guó)空軍執(zhí)行的和項(xiàng)目

VITALVASS。

(三)至年

19801990

至年的技術(shù)發(fā)展階段這一階段的特點(diǎn)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)交互

19801990:3D

技術(shù)發(fā)展年和美國(guó)宇航局艾姆斯研

。1985,MichaelMcGreevyScottFish(

究中心重新發(fā)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)并給它起

,NASAAmesResearch),

了一個(gè)名字頭戴式顯示器從此它就永遠(yuǎn)為人所知

———HMD(),。1986

年提出了空間化聲音復(fù)原美國(guó)人和法國(guó)人

,ScottFisher。JaronLanierJean

創(chuàng)建了公司該公司利用數(shù)據(jù)手套和自己

-JacquesGrimaudVPLResearch,

設(shè)計(jì)的視聽(tīng)設(shè)備銷(xiāo)售了首批虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序由于計(jì)算機(jī)設(shè)備的進(jìn)

,。

步的系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行其中包括操縱接近個(gè)

,FrederickBrooksGROPE,l500

原子的分子模型

。

(四)至年

19902000

至年的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)階段在這年中材料和軟件解決方案

19902000:10,

的集成使實(shí)現(xiàn)可信和可操作的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用成為可能讓我們從電子游戲行

。

業(yè)開(kāi)始它是最先預(yù)見(jiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的潛在好處并使用專(zhuān)門(mén)為此開(kāi)發(fā)的設(shè)備

,