虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）1虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024一、概述

虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計(jì)算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)。2虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/20241.1解說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）

虛擬現(xiàn)實(shí)，（VirtualReality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，是指利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。3虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024圖片示例4虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/20241.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特征多感知性

所謂多感知性就是說(shuō)除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的感知功能。5虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024存在感

又稱臨場(chǎng)感、浸沒感(Immersion)，它是指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。6虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024交互性

交互性是指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視場(chǎng)中的物體也隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。7虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024自主性

是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。例如，當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、或翻倒、或從桌面落到地面等。8虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024二、虛擬現(xiàn)實(shí)基本設(shè)備

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本設(shè)備是指與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的硬件產(chǎn)品，是虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案中用到的硬件設(shè)備，大致可以分為四類。它們分別是（1）建模設(shè)備（如3D掃描儀）；（2）三維視覺顯示設(shè)備（如3D展示系統(tǒng)、大型投影系統(tǒng)（如VR-PlatformCAVE）、頭戴式立體顯示器等）；（3）聲音設(shè)備（如三維的聲音系統(tǒng)以及非傳統(tǒng)意義的立體聲）以及（4）交互設(shè)備（包括位置追蹤儀、數(shù)據(jù)手套、3D輸入設(shè)備（三維鼠標(biāo)）、動(dòng)作捕捉設(shè)備、眼動(dòng)儀、力反饋設(shè)備以及其他交互設(shè)備）。9虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/20243D掃描儀10虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/20243D展示系統(tǒng)11虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024CAVE沉浸式系統(tǒng)12虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024頭戴式立體顯示器等13虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024聲音設(shè)備14虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024位置追蹤儀15虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024數(shù)據(jù)手套16虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024三維鼠標(biāo)17虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024動(dòng)作捕捉設(shè)備18虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024眼動(dòng)儀19虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024力反饋設(shè)備20虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024三、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/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。下面對(duì)這些技術(shù)分別加以說(shuō)明。21虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形

相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，我們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，問題就變得相當(dāng)困難。22虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024顯示

人看周圍的世界時(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來(lái)，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但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、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。23虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024

跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場(chǎng)的改變是通過鼠標(biāo)或鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來(lái)，感覺更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對(duì)于三維空間來(lái)說(shuō)，它們都不太適合。在三維空間中因?yàn)橛辛鶄€(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些設(shè)備可以提供六個(gè)自由度，如三維數(shù)字化儀和三維鼠標(biāo)等。另外一些性能比較優(yōu)異的設(shè)備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。24虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024聲音

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。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽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)。25虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024感覺反饋

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，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“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。26虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024語(yǔ)音

在VR系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽懂人的語(yǔ)言，并能與人實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人的語(yǔ)音是相當(dāng)困難的，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語(yǔ)音中詞與詞之間沒有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說(shuō)同一詞會(huì)有所不同，就是同一人發(fā)音也會(huì)受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前有兩個(gè)問題，首先是效率問題，為便于計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)相當(dāng)啰嗦。其次是正確性問題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，而沒有人的智能。27虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024四、虛擬現(xiàn)實(shí)目前應(yīng)用領(lǐng)域

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，游戲、娛樂、醫(yī)學(xué)、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、Web3D、道路橋梁、地理、教育中、演播室、水文地質(zhì)、維修、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)、傳播制造、汽車仿真、軌道交通、能源領(lǐng)域、生物力學(xué)、康復(fù)訓(xùn)練、數(shù)字地球等。28虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024五、特殊實(shí)用案例列舉 2015年01月30號(hào)，一場(chǎng)別開生面的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試——2015年全國(guó)1%人口抽樣調(diào)查專項(xiàng)試點(diǎn)調(diào)查表測(cè)試，在國(guó)家統(tǒng)計(jì)局機(jī)關(guān)大樓統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)管理司統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測(cè)試實(shí)驗(yàn)室舉行。

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是目前國(guó)內(nèi)第一個(gè)用于統(tǒng)計(jì)調(diào)查表測(cè)試的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，它充分借鑒德國(guó)等國(guó)家的成功做法，利用實(shí)驗(yàn)室的可控環(huán)境，借助視線追蹤、攝像監(jiān)控等專用設(shè)備，全程觀察記錄試填人員的眼睛注視位置、移動(dòng)軌跡以及微表情，并通過行為分析等軟件生成熱點(diǎn)圖、柱狀圖等眼動(dòng)和行為分析結(jié)果。這些結(jié)果為專家們研究分析統(tǒng)計(jì)調(diào)查表填報(bào)可行性，優(yōu)化和改進(jìn)統(tǒng)計(jì)調(diào)查表設(shè)計(jì)提供了更加精準(zhǔn)、直觀和量化的依據(jù)。

視頻鏈接29虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024

案例中借助視線追蹤借助的是眼動(dòng)儀，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本設(shè)備之一。眼動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，由精密的視線測(cè)量?jī)x器及安裝有專業(yè)眼動(dòng)分析軟件的工作站組成?？梢詫?shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量人們?cè)诳磸V告、包裝或界面設(shè)計(jì)時(shí)眼睛的注視點(diǎn)及所看的路徑?？山y(tǒng)計(jì)多人的眼動(dòng)熱點(diǎn)圖，并統(tǒng)計(jì)指定興趣區(qū)域的注視時(shí)間、注視次數(shù)、首次進(jìn)入時(shí)間等數(shù)據(jù)。30虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024六、存在問題與發(fā)展展望存在問題：沒有真正進(jìn)入虛擬世界的方法；如何“輸入”也是一大困擾；缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn);容易讓人感到疲勞;看起來(lái)還是有點(diǎn)蠢。發(fā)展展望：

1.大數(shù)據(jù)行業(yè)。未來(lái)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，必然是會(huì)讓整個(gè)地球全部數(shù)字化、虛擬化。如果沒有大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。那就好比在造空中樓閣。

2.3D、全息技術(shù)。這決定了未來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用形式。

3.O2O服務(wù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的，還是為了提升服務(wù)。O2O應(yīng)該是個(gè)基礎(chǔ)。

4.廣告、游戲。這倆都是剛需。

5.硬件設(shè)備。運(yùn)用于各種行業(yè)的硬件設(shè)備，舉個(gè)例子：學(xué)車床技術(shù)的新手，戴上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔，就可以看到老手的標(biāo)準(zhǔn)技能，跟著學(xué)習(xí)。

6.VR技術(shù)相關(guān)的各種云服務(wù)，一些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。31虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024謝謝32虛擬現(xiàn)實(shí)VR知識(shí)講座5/9/2024樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。2024/5/92024/5/9Thursday,May9,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。2024/5/92024/5/92024/5/95/9/202410:44:01AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。2024/5/92024/5/92024/5/9May-2409-May-24加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。2024/5/92024/5/92024/5/9Thursday,May9,2024安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。2024/5/92024/5/92024/5/92024/5/95/9/2024踏實(shí)肯干，努力奮斗。2024年5月9日2024/5/92024/5/92024/5/9追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。09五月20242024/5/92024/5/92024/5/9嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。五月242024/5/92024/5/92024/5/95/9/2024作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2024/5/92024/5/909May2024好的事情馬