第三章顯示綜合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念二、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本特征三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展四、虛擬現(xiàn)實(shí)分類五、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成六、虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用領(lǐng)域人類有許多夢(mèng)想，一些夢(mèng)想曾經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，而有一些夢(mèng)想也許永遠(yuǎn)都不能夠?qū)崿F(xiàn)。然而，有一種技術(shù)卻能使一切夢(mèng)想全部在感知中實(shí)現(xiàn)，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)〔VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR〕。虛擬現(xiàn)實(shí)〔VR〕技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)興起的一種新型信息技術(shù)，它集多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)為一體，是當(dāng)今前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)之一。幾種虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬環(huán)境虛擬房間虛擬汽車(chē)虛擬人 VirtualReality〔VR〕(J.Lanier,1989)譯為:虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境、幻真...其他：VirtualEnvironment ArtificialReality(M.W.Krueger,1970s) Cyberspace(W.Gibson,1984)一、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而虛擬世界是全體虛擬環(huán)境或給定仿真對(duì)象的全體。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，經(jīng)過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境覺(jué)得的交互式視景仿真。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)。 用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)等覺(jué)得世界，讓用戶可以從本人的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技藝和某些設(shè)備對(duì)這終身成的虛擬世界客體進(jìn)展閱讀和交互調(diào)查。①逼真的覺(jué)得視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)，嗅覺(jué)等②自然的交互運(yùn)動(dòng)，姿態(tài)，言語(yǔ)，身體跟蹤等③個(gè)人的視點(diǎn)用戶的眼、耳、身所感到的覺(jué)得信④迅速的呼應(yīng)覺(jué)得信息根據(jù)視點(diǎn)變化和用戶輸入及時(shí)更新

一、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念一、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念虛擬現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)綜合技術(shù)涉及：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、圖像處置與方式識(shí)別、多傳感器技術(shù)、語(yǔ)音處置與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處置技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能技術(shù)...中心：2M(MPP,MultiMedia),2O(OpenSystem,Object-oriented)需求：計(jì)算機(jī)專家、人類工程學(xué)(Ergonomics)專家、心思學(xué)專家等共同開(kāi)發(fā)研討。 兩個(gè)方面：第一是計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境必須是能給人提供多種覺(jué)得的感官刺激的環(huán)境，能讓人有“沉浸〞的覺(jué)得，現(xiàn)在的技術(shù)程度，虛擬現(xiàn)實(shí)通常由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)構(gòu)成。其二是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)，因此人機(jī)交互是虛擬現(xiàn)實(shí)的中心。二、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本特征1、沉浸性(Immersion):又稱臨場(chǎng)感，讓用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度，沉浸被通俗地解釋為“身臨其境〞。虛擬技術(shù)三角形視覺(jué)沉浸：顯示象素足夠小、刷新頻率足夠高、具有雙目視差、足夠大的視場(chǎng)等；聽(tīng)覺(jué)沉浸：三維聲音；觸覺(jué)沉浸：力反響方面；嗅覺(jué)沉浸身體覺(jué)得沉浸、味覺(jué)沉浸等二、虛擬現(xiàn)實(shí)的根本特征(2)交互性(Interaction):交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反響的自然程度〔包括實(shí)時(shí)性〕。(3)想象性(Imagination):用戶沉浸在多維信息空間中，依托本人感知和認(rèn)知才干全方位地獲取知識(shí)，發(fā)揚(yáng)客觀能動(dòng)性，尋求解答，構(gòu)成新概念。虛擬技術(shù)三角形特點(diǎn)：虛擬環(huán)境中人的參與與反響；人機(jī)交互的有效性人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真的區(qū)別仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)多感知視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等存在感用戶被視為“旁觀者”用戶沉浸其中，可視場(chǎng)景隨用戶的視點(diǎn)變化交互性不強(qiáng)調(diào)交互的實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)交互三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展1965年，Sutherland在篇名為<終極的顯示>〔TheUltimateDisplay〕的論文中初次提出了包括具有交互圖形顯示、力反響設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的根本思想，從此，人們正式開(kāi)場(chǎng)了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研討探求歷程。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)。美國(guó)的JaronLanier在80年代初正式提出了“VirtualReality〞一詞。80年代，美國(guó)宇航局〔NASA〕及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研討，并獲得了令人矚目的研討成果。1984年，NASAAmes研討中心虛擬行星探測(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)，為地面研討人員構(gòu)造了火星外表的三維虛擬環(huán)境。90年代，迅速開(kāi)展階段。例如1993年的11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)勝利地完成了從航天飛機(jī)的運(yùn)輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的任務(wù)，而用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)波音777獲得勝利，是近年來(lái)引起科技界矚目的又一件任務(wù)。1994年，美國(guó)SGI公司和比利時(shí)的BARCO投影機(jī)制造公司，在英國(guó)建立了世界上第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。到2002年底，全球的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)已達(dá)500多個(gè)。除石油工業(yè)外，在計(jì)算機(jī)輔助制造、游戲文娛業(yè)、航空航天、生物技術(shù)、軍事、培訓(xùn)等眾多領(lǐng)域均有廣泛的運(yùn)用。三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展四、虛擬現(xiàn)實(shí)分類按照系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以分為三種類型：沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)。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)和其它覺(jué)得封鎖起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的覺(jué)得空間，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覺(jué)得。例如，在消防仿真演習(xí)系統(tǒng)中，消防員會(huì)沉浸于極度真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景并做出不同反響。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺陷是系統(tǒng)設(shè)備尤其是硬件價(jià)錢(qián)相對(duì)較高，難以大規(guī)那么普及推行?！?〕沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔“可穿戴的〞VR系統(tǒng)〕沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，運(yùn)用戶有一種置身于虛擬境界之中的覺(jué)得。四、虛擬現(xiàn)實(shí)分類〔2〕簡(jiǎn)易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔桌面VR系統(tǒng)〕桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)任務(wù)站進(jìn)展仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶察看虛擬境界的一個(gè)窗口。經(jīng)過(guò)各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括立體眼鏡、3D控制器使監(jiān)視器或者鼠標(biāo)，追蹤球，力矩球等。它要求參與者運(yùn)用輸入設(shè)備，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕察看360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并支配其中的物體。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)錢(qián)低廉，組成靈敏，易于普及推行，是一套經(jīng)濟(jì)適用的系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)比較〔1〕沉浸度差別桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)采用CRT彩色顯示器和三維立體眼鏡添加身臨其境覺(jué)得，而沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)那么采用頭盔顯示器〔HMD〕加強(qiáng)身臨其境覺(jué)得?！?〕交互安裝差別桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)采用的交互安裝是六自在度鼠標(biāo)器或三維支配桿，而沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)采用的是數(shù)據(jù)手套和頭盔。(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)假設(shè)多個(gè)用戶經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)銜接在一同，同時(shí)參與一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬閱歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)那么提升到了一個(gè)更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的運(yùn)用分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式文娛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、大規(guī)模軍事訓(xùn)練等領(lǐng)域都有著極其廣泛的運(yùn)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通訊、設(shè)計(jì)協(xié)作系統(tǒng)、實(shí)境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的運(yùn)用系統(tǒng)。洽談?dòng)懻撛O(shè)計(jì)五、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成COMPUTER計(jì)算機(jī)SOFTWARESYSTEM運(yùn)用軟件系統(tǒng)DATABASE數(shù)據(jù)庫(kù)USER用戶I/ODEVICES輸入輸出設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬世界的生成、人與虛擬世界的自然交互識(shí)別用戶各種方式的輸入，并實(shí)時(shí)生成相應(yīng)的反響信息模型的建立、虛擬聲音的生成、管理、顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立管理整個(gè)虛擬世界中一切物體的各方面信息(1)動(dòng)態(tài)環(huán)境建模動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實(shí)踐環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)用的需求建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。(2)實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)三維圖形的生成技術(shù)曾經(jīng)較為成熟，至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。提高刷新頻率是該技術(shù)的主要內(nèi)容。(3)立體顯示和傳感器技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的交互才干依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的開(kāi)展，設(shè)備過(guò)重、分辨率低、延遲大、有線、跟蹤精度低、視場(chǎng)不夠?qū)挕⒀劬θ菀灼诘?，因此有必要開(kāi)發(fā)新的三維顯示技術(shù)。(4)運(yùn)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵是尋覓適宜的場(chǎng)所和對(duì)象，即如何發(fā)揚(yáng)想像力和發(fā)明性。選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用對(duì)象可以大幅度提高消費(fèi)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)質(zhì)量量。(5)系統(tǒng)集成技術(shù)由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成技術(shù)等等。實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)支持:實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)支持硬件方面跟蹤系統(tǒng)：確定參與者頭、手和軀干的位置；觸覺(jué)系統(tǒng)：提供力與壓力的反響；音頻系統(tǒng)：提供立體聲源和斷定空間位置；圖像生成和顯示系統(tǒng)：產(chǎn)生空間圖像和立體顯示；高性能計(jì)算機(jī)處置系統(tǒng)：具有高處置速度，大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)特性。軟件方面可以接納高性能傳感器的信息，如頭盔的跟蹤信息；能生成立體的顯示圖形，并可對(duì)虛擬環(huán)境作實(shí)時(shí)渲染；能提供對(duì)各種數(shù)據(jù)庫(kù)、各種CAD軟件進(jìn)展調(diào)用和互聯(lián)的集成環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件配置表示圖：幾種常用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備：高性能圖形計(jì)算機(jī)環(huán)形屏幕頭盔眼鏡三維顯示器三維鼠標(biāo)手套設(shè)備：頭盔顯示器頭盔顯示器是虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中的3DVR圖形顯示與察看設(shè)備，可單獨(dú)與主機(jī)相連以接受來(lái)自主機(jī)的3DVR圖形信號(hào)。運(yùn)用方式為頭戴式，輔以空間跟蹤定位器可進(jìn)展VR輸出效果察看，同時(shí)察看者可做空間上的自在挪動(dòng)，如；自在行走、旋轉(zhuǎn)等，VR效果非常好，沉浸感極強(qiáng)，在VR效果的觀察設(shè)備中，頭盔顯示器的沉浸感優(yōu)于立體眼鏡。

頭盔顯示器

視頻透視HMD概念圖

光學(xué)透視HMD概念圖頭盔顯示器設(shè)備：三維立體眼鏡立體眼鏡是用于3D模擬場(chǎng)景VR效果的察看安裝，它利用液晶光閥高速切換左右眼圖像原理，有有線和無(wú)線之分，可支持逐行和隔行立體顯示察看，也可用無(wú)線眼鏡進(jìn)展多人團(tuán)體VR效果察看，是目前最為流行和經(jīng)濟(jì)適用的VR察看設(shè)備。設(shè)備：數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套是虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用的主要交互設(shè)備，它作為一只虛擬的手或控件用于3DVR場(chǎng)景的模擬交互，可進(jìn)展物體抓取、挪動(dòng)、裝配、支配、控制，有有線和無(wú)線、左手和右手之分，可用于WTK、Vega等3DVR或視景仿真軟件環(huán)境中。29虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備數(shù)據(jù)手套傳感器的典型配置30虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備數(shù)據(jù)手套例如Immersion數(shù)據(jù)手套產(chǎn)品immersion/31虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備數(shù)據(jù)手套例如PinchGlove數(shù)據(jù)手套fakespacelabs32虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備數(shù)據(jù)手套例如5DT數(shù)據(jù)手套5dt/設(shè)備：三維空間交互球三維空間交互球是虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中的另一重要的交互設(shè)備，用于六個(gè)自在度VR場(chǎng)景的模擬交互，可從不同的角度和方位對(duì)三維物體察看、閱讀、支配；也可作為3DMouse來(lái)運(yùn)用；并可與數(shù)據(jù)手套或立體眼鏡結(jié)合運(yùn)用，作為跟蹤定位器。也可單獨(dú)用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。設(shè)備：位置跟蹤器三維空間跟蹤定位器是VR系統(tǒng)中用于空間跟蹤定位的安裝，普通與其他VR設(shè)備結(jié)合運(yùn)用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上可以自在挪動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，不局限于固定的空間位置，操作更加靈敏、自若、隨意。產(chǎn)品有六個(gè)自在度和三個(gè)自在度之分。位置丈量原理根據(jù)剛體動(dòng)力學(xué)分析，可以用運(yùn)動(dòng)物體上參考點(diǎn)的坐標(biāo)表示該物體的位置坐標(biāo)，并經(jīng)過(guò)丈量該參考點(diǎn)到空間三個(gè)靜止的非共線點(diǎn)之間的間隔獨(dú)一確定位置和方向磁跟蹤器任務(wù)原理：交流電流經(jīng)過(guò)線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，假設(shè)把一個(gè)線圈放在這個(gè)磁場(chǎng)中，線圈會(huì)產(chǎn)生感生電流，感生電流的強(qiáng)弱將由這兩個(gè)線圈的間隔以及他們之間的角度來(lái)確定。在磁跟蹤器中，三個(gè)相互垂直的線圈組成了發(fā)射器〔藍(lán)色〕。另外三個(gè)相互垂直的線圈組成接納器〔紅色〕。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)比較接納器三個(gè)線圈中的電流，可以確定接納器與發(fā)射器之間的相對(duì)位置和方向。37虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備三維定位跟蹤設(shè)備電磁式跟蹤器例如

38虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備三維定位跟蹤設(shè)備光學(xué)跟蹤器

設(shè)備：三維顯示器這種三維顯示器并不需求運(yùn)用者在頭部佩戴任何特制眼鏡之類的配備，而是運(yùn)用當(dāng)前的計(jì)算機(jī)的計(jì)算才干回放或?qū)崟r(shí)渲染顯示三維影像。數(shù)據(jù)衣虛擬環(huán)境中的實(shí)體分類圖五、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成-----建模實(shí)體建模的三個(gè)方面幾何建模:三個(gè)層次：點(diǎn)線面層次、部件和控制層次、對(duì)象層次物理屬性建模:將物理特性參與虛擬環(huán)境中的過(guò)程行為建模:原是美國(guó)關(guān)于在軍事仿真中在CGA〔ComputerGeneratedActor〕內(nèi)對(duì)各類與軍事相關(guān)的戰(zhàn)術(shù)等動(dòng)作建模的專稱，如今普通指在仿真建模中在CGA中構(gòu)建人的決策和控制過(guò)程，使得這些角色在環(huán)境中的行為及反響較為逼真?；诮５姆椒ㄊ且詭缀螌?shí)體建立虛擬環(huán)境。幾何實(shí)體可采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)繪制,也可用建模工具如AutoCAD、3DStudio等建立模型,然后以一致數(shù)據(jù)格式輸出,進(jìn)展實(shí)時(shí)渲染?；诮５姆椒ㄖ饕婕耙韵玛P(guān)鍵技術(shù)：三維實(shí)體建模技術(shù)——?jiǎng)討B(tài)建模。渲染的實(shí)時(shí)性與真實(shí)感技術(shù)——實(shí)時(shí)渲染是實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境真實(shí)感的關(guān)鍵技術(shù)之一。碰撞檢測(cè)、干涉校驗(yàn)及關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)。物理屬性———物理屬性包括實(shí)體外表光滑程度、光學(xué)效果、軟硬程度、密度、力學(xué)特性等。視覺(jué)逼真建模與繪制方法基于幾何的建模與繪制(GeometryBasedModelingandRendering)基于圖像的建模與繪制(ImageBasedModelingandRendering)特殊效果表現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界進(jìn)展籠統(tǒng)，建立其3D幾何模型(幾何建模軟件)給定察看點(diǎn)和察看方向，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模型繪制、著色、消隱、光照以及投影等一系列過(guò)程，產(chǎn)生虛擬場(chǎng)景(圖形平臺(tái))

優(yōu)點(diǎn):場(chǎng)景中一切對(duì)象的幾何模型都是準(zhǔn)確知道的，因此用戶可以在這種虛擬場(chǎng)景中自在遨游，還可以恣意地支配虛擬場(chǎng)景中的虛擬對(duì)象，真正地“沉浸〞在這樣的虛擬場(chǎng)景中?；趲缀蔚慕Ｅc繪制(GBR)點(diǎn)線面模型面片模型添加紋理面片模型添加紋理和環(huán)境效果真實(shí)地形構(gòu)建的虛擬環(huán)境海浪效果的虛擬環(huán)境IBR是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)相結(jié)合的產(chǎn)物：運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的思想構(gòu)造虛擬場(chǎng)景；運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)從知的圖象中生成新的圖象。

特點(diǎn):以圖象為根底構(gòu)造場(chǎng)景，無(wú)需構(gòu)造場(chǎng)景的3D模型基于圖像的建模與繪制(IBR)柱面全景圖象發(fā)型、衣物的模擬運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)建模形體建模面部建模皮膚變形模擬皮膚、頭發(fā)光照模擬構(gòu)造的合成自然環(huán)境(SyntheticNaturalEnvironmentSNE)除了在視覺(jué)逼真外,還需求模擬一些自然景象,如：時(shí)間氣候尾跡,尾焰等特殊效果表現(xiàn)白晝下的虛擬環(huán)境夜幕下的虛擬環(huán)境云霧效果的虛擬環(huán)境陰天的虛擬環(huán)境煙霧、火光實(shí)時(shí)生成的導(dǎo)彈尾跡實(shí)時(shí)生成的尾焰被炸毀的房屋被擊落的直升機(jī)被擊毀的坦克運(yùn)動(dòng)逼真物理屬性建模

運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)方程的構(gòu)建行為逼真實(shí)體在虛擬環(huán)境中的行為是由其模型決議的。實(shí)體的模型包括：物理才干模型和類人才干模型。物理才干模型是實(shí)體的物理本質(zhì)及其內(nèi)在的任務(wù)原理建模，如對(duì)導(dǎo)的建模擬真其動(dòng)力性能、抗干擾才干、準(zhǔn)確性和毀傷才干等。類人才干模型是實(shí)體的認(rèn)知才干和決策才干，這種才干使得實(shí)體可以在沒(méi)有人干涉的情況下，對(duì)虛擬環(huán)境中的形狀和事件自主地進(jìn)展推理和決策，并實(shí)時(shí)地做出呼應(yīng)。行為建模的目的目的：幾何建模和物理屬性的建?？梢栽谝曈X(jué)、觸覺(jué)等方面提供更為逼真的感受，使得虛擬環(huán)境更為逼真；行為建模那么思索計(jì)算機(jī)生成角色的行為逼真性，使各種自治實(shí)體的行為更加逼真；而且行為建模可以為各種類型的實(shí)體在虛擬環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化提供一致的表示。行為建模的主要研討內(nèi)容CGA的研討與機(jī)器人的研討有很多類似之處，假設(shè)把機(jī)器人看作現(xiàn)實(shí)世界的“虛擬人〞的話，可以把CGA看作虛擬世界中的“虛擬人〞。他們都涉及如何模擬人在動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的環(huán)境中各種判別和處置過(guò)程。六、虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用領(lǐng)域〔1〕用于遙控機(jī)器人的遙現(xiàn)技術(shù)：遙現(xiàn)技術(shù)是指當(dāng)實(shí)踐上在某一個(gè)地方時(shí)，可以產(chǎn)生在另一個(gè)地方的覺(jué)得。例如，在宇宙空間站的開(kāi)發(fā)方案中，受各種要素的制約，機(jī)器人的遙控遙現(xiàn)技術(shù)起了至關(guān)重要的作用。

〔2〕仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)生成的具有沉浸感的環(huán)境，它對(duì)參與者生成諸如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等各種感官信息，給參與者一種身臨其境的覺(jué)得。例如：飛行仿真系統(tǒng)、與虛擬生物對(duì)話、作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)等。〔3〕對(duì)象可視化技術(shù)：在科學(xué)研討中對(duì)研討數(shù)據(jù)生成可視化效果以便察看和研討。例如：虛擬風(fēng)洞。

〔4〕虛擬實(shí)驗(yàn)室：在研討任務(wù)和學(xué)習(xí)過(guò)程中，總會(huì)有許多實(shí)驗(yàn)需反復(fù)進(jìn)展，以期得到不同條件下的不同結(jié)果，虛擬實(shí)驗(yàn)室能提供這樣一個(gè)平臺(tái)。例如：虛擬物理實(shí)驗(yàn)室。〔5〕虛擬電力控制室：運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制輔助設(shè)計(jì)控制室的系統(tǒng)。運(yùn)用該系統(tǒng)可以自在地改動(dòng)控制室內(nèi)的配置等室內(nèi)外環(huán)境，以便從不同方向察看研討控制室情況?！?〕分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔DVR〕即是一個(gè)較為典型的實(shí)例。所謂DVR是指一個(gè)支持多人實(shí)時(shí)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展交互的軟件系統(tǒng)，每個(gè)用戶在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)與其它用戶進(jìn)展交互，并共享信息?！?〕擴(kuò)增實(shí)境：擴(kuò)增實(shí)境是虛擬現(xiàn)實(shí)最具適用價(jià)值的運(yùn)用之一。它在真實(shí)環(huán)境的根底上把虛擬環(huán)境疊加進(jìn)去，使二者有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生真假難辯、亦幻亦真的覺(jué)得。例如：當(dāng)人進(jìn)入到一商店購(gòu)某物時(shí)，即可在顯示設(shè)備上顯示此物的價(jià)錢(qián)、性能及各種參數(shù)等。六、虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)真實(shí)教育領(lǐng)域的詳細(xì)運(yùn)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)真實(shí)軍事領(lǐng)域的詳細(xì)運(yùn)用虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境單兵模擬訓(xùn)練與評(píng)判諸軍種結(jié)合虛擬演習(xí)進(jìn)展指揮員訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軍事運(yùn)用據(jù)通訊。雖然武器平臺(tái)不在同一地域，間隔相隔很遠(yuǎn)，但虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境描畫(huà)的是在同一空間、同一地域和同一時(shí)間。前面所述的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要用于虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的開(kāi)發(fā)。圖是一個(gè)虛擬指揮中心。圖虛擬戰(zhàn)場(chǎng)演示圖用虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)手段提升靶場(chǎng)實(shí)驗(yàn)程度美國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)(VPG)已實(shí)施多年。美國(guó)陸軍阿伯丁實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、紅石技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心、尤馬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、達(dá)格威實(shí)驗(yàn)場(chǎng)分別在車(chē)輛、導(dǎo)彈和生化武器防護(hù)等研討中進(jìn)展了虛擬實(shí)驗(yàn)探求，值得我們研討和自創(chuàng)。完成改良型M1坦克的作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)物模擬需求24個(gè)月、耗資4000萬(wàn)美圓，而用分布式交互模擬技術(shù)，只需3個(gè)月，破費(fèi)640萬(wàn)美圓；毫米波、紅外雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈虛擬飛行實(shí)驗(yàn)，由每年耗資1250萬(wàn)美圓，下降為180萬(wàn)美圓。

高新武器的研制實(shí)驗(yàn)總伴隨著高昂的經(jīng)費(fèi)。而在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中測(cè)試武器配備的準(zhǔn)確射程、打擊范圍、損毀程度等目的，不僅準(zhǔn)確度高，也大大節(jié)省經(jīng)費(fèi)。BacktoBaghdad(重返巴格達(dá))

“沙漠風(fēng)暴〞仿真系統(tǒng)由美國(guó)防部組織并提供素材(如地形、地貌、有關(guān)武器性能、支配和顯示方式及描畫(huà)方程以及作戰(zhàn)想定等)，由MilitarySimulationsInc.和其它仿真公司協(xié)作研制，主要用于決策人員、F-16駕駛員、地面指揮人員的訓(xùn)練系統(tǒng)能演示導(dǎo)航、預(yù)警、電子干擾等功能，以及有關(guān)武器和地面設(shè)備(如APG-68多脈沖多普勒雷達(dá))的功能可提供駕駛員、地面人員和訓(xùn)練教官等人的多種視景，已成為美、英、德、以、南非等空軍和指揮人員的必要的訓(xùn)練手段.F-16駕駛員座倉(cāng)的虛擬場(chǎng)景美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用于核彈B-61-x的VR輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)各組成部分總裝完成后用于組裝和裝配過(guò)程的訓(xùn)練及型號(hào)的改良如B61-0,1,2,3,4,5...,10NASA的JPL利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算功能，在Web上

利用VRML的創(chuàng)作工具CosmoWorlds創(chuàng)作

了一個(gè)基于VRML的火星虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)真實(shí)礦業(yè)領(lǐng)域的詳細(xì)運(yùn)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)真實(shí)商業(yè)領(lǐng)域的詳細(xì)運(yùn)用物品外觀展現(xiàn)物品特性展現(xiàn)物品的功能參數(shù)物品的價(jià)錢(qián)虛擬現(xiàn)真實(shí)房地產(chǎn)領(lǐng)域的詳細(xì)運(yùn)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(xiāo)手段幾個(gè)已實(shí)現(xiàn)的例子：1、XX公司用來(lái)招徠買(mǎi)主的“廚房世界〞2、杭州大學(xué)開(kāi)發(fā)的虛擬故官玩耍系統(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、XX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)研討制成虛擬現(xiàn)實(shí)人杰克國(guó)內(nèi)研討概略從1996年開(kāi)場(chǎng)，在863方案的資助下，以北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系為系統(tǒng)集成單位，國(guó)防科技大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、北航仿真所、浙江大學(xué)、中科院軟件所和解放軍測(cè)繪學(xué)院等單位為關(guān)鍵技術(shù)研討單位，開(kāi)展了高級(jí)概念演示工程—分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境DVENET(DistributedVirtualEnvironmentNETwork)的研討開(kāi)發(fā)任務(wù)。到2000年底該工程獲得階段成果，主要有以下幾個(gè)方面：

DVENET建成了一個(gè)基于多種精度真實(shí)地形數(shù)據(jù)，能滿足多種武器平臺(tái)演練的，具有逼真地表文化特征、自然景象和景象，可表現(xiàn)一定特殊效果的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境；開(kāi)發(fā)了人在回路的殲擊機(jī)、直升機(jī)、坦克、自行高炮、指揮車(chē)、雷達(dá)、導(dǎo)彈、艦艇和潛艇等多種虛擬武器仿真器和計(jì)算機(jī)生成兵力〔CGF〕。按照真實(shí)軍事演習(xí)的設(shè)置，演練管理器在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中的功能對(duì)應(yīng)于真實(shí)軍事演習(xí)中的導(dǎo)演臺(tái)，擔(dān)任演練前的規(guī)劃、預(yù)備，演練中的監(jiān)控、記錄，演練后的回放、分析等義務(wù)，是分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的重要組成部分，也是提高演練逼真度的重要要素。根據(jù)演練管理器的功能需求和DVENET的特點(diǎn)，我們?cè)谖C(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)功能初步完備的演練管理器。整個(gè)軟件包括：仿真啟動(dòng)、實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)監(jiān)控、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄、PDU統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)回放等六個(gè)模塊。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)體配置、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、二維顯示和演練回放等功能的演練管理器。用戶可以控制虛擬武器仿真器在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)景中遨游，感受云、霧等特殊效果及晝夜的變化，可以運(yùn)用炮火打擊對(duì)方。當(dāng)炮彈擊中目的時(shí)，可以將目的摧毀，并有一定的爆炸效果。坦克等地面車(chē)輛行進(jìn)時(shí)，可以隨地形起伏，改動(dòng)姿態(tài)。系統(tǒng)還可以檢測(cè)出仿真實(shí)體之間、仿真實(shí)體與建筑物等靜態(tài)物體之間發(fā)生的碰撞，并作出碰撞呼應(yīng)?；谡鎸?shí)交互設(shè)備的坦克炮手仿真器加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其運(yùn)用

加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將虛擬世界直接疊加在人類感知的真實(shí)世界之上的一種技術(shù)。E.g.真實(shí)世界混合現(xiàn)實(shí)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)〔AR〕加強(qiáng)虛擬〔AV〕虛擬環(huán)境加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特征及構(gòu)造加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特征：真實(shí)世界和虛擬世界融為一體。具有人機(jī)交互功能。真實(shí)世界和虛擬世界在三維空間上的整合。103加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)系統(tǒng)組成加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的支撐技術(shù)顯示技術(shù)三維注冊(cè)技術(shù)立體顯示技術(shù)三維注冊(cè)技術(shù)注冊(cè)實(shí)踐上就是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體與攝像機(jī)獲得的真實(shí)環(huán)境進(jìn)展拼接的過(guò)程。三維注冊(cè)所要完成的義務(wù)是實(shí)時(shí)地檢測(cè)出運(yùn)用者頭部的位置和視野方向，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信息確定所要添加的虛擬信息在投影平