虛擬現(xiàn)實(shí)ppt模版課件.ppt

1、虛擬現(xiàn)實(shí),Mu Rui Assistant Professor, Dept. of MEE, Xiamen University, 361005, China Email: iris_,參考文獻(xiàn),汪成為. 人類認(rèn)識(shí)世界的幫手虛擬現(xiàn)實(shí).清華大學(xué)出版社，暨南大學(xué)出版社，2000年6月 周祖德等. 虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬制造. 湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2005年2月 肖田園等. 虛擬制造. 清華大學(xué)出版社，2004年8月 William R. Sherman, Alan B. Craig. 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)接口、應(yīng)用與設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社，2004年11月 李欣等. 虛擬現(xiàn)實(shí)及其教育應(yīng)用. 科學(xué)出版社，2008年

2、6月 張樹(shù)生等. 虛擬制造技術(shù). 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年2月,虛擬制造概述,DELMIA 數(shù)字化工廠,虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality） 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí)，使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境。,虛擬制造概述,豐田公司利用VR技術(shù)改進(jìn)上車(chē)下車(chē)的舒適度,虛擬與現(xiàn)實(shí),Question?,知識(shí)改變命運(yùn)，數(shù)碼改變生活，虛擬改變什么？,什么是虛擬現(xiàn)實(shí),人類在不斷地認(rèn)識(shí)世界和改造世界時(shí)仍迫切需要 各種強(qiáng)有力的工具，用工具來(lái)增強(qiáng)、延伸、擴(kuò)大自己 的感官、肢體和大腦的功能。,能夠基于對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)

3、識(shí)，根據(jù)研究問(wèn)題的需要，提供一個(gè)具有盡可能逼真的虛擬對(duì)象、虛擬環(huán)境的虛擬世界； 幫助我們沉浸在這個(gè)虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境中，身臨其境地體驗(yàn)這個(gè)虛擬世界中的一切，在這樣的環(huán)境中研究和分析問(wèn)題； 能夠根據(jù)需要，靈活地?cái)U(kuò)大或縮小虛擬世界的時(shí)間尺度和空間尺度。例如，在數(shù)秒內(nèi)觀察地殼的演變歷程，在數(shù)分鐘內(nèi)細(xì)細(xì)品味子彈穿過(guò)玻璃時(shí)的精細(xì)過(guò)程，親眼領(lǐng)略火星探測(cè)車(chē)降落火星時(shí)的壯觀場(chǎng)面。 能夠幫助我們跟虛擬世界交流，跟虛擬世界發(fā)生相互作用，我們不只是能夠移動(dòng)和觸摸虛擬世界中的虛擬物體，還能在虛擬世界的街巷樓宇之間漫游。,Dream： 晉代儒學(xué)家陸機(jī)“文賦”： 觀古今于須臾，撫四海于一瞬。 創(chuàng)建一個(gè)時(shí)域與空域可變的虛擬世界

4、，人與這個(gè)世界 的關(guān)系是： 沉浸其中，超越其上，進(jìn)出自如，交互作用。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的前身,中國(guó)古代（公元前468年-公元前376年）的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期 據(jù)“墨子. 魯問(wèn)”記載“公輸般竹木為鵲，成而飛之，三日不下”。 人們?cè)陲L(fēng)箏上系上竹哨，利用風(fēng)吹竹哨，聲如箏鳴，故稱“風(fēng)箏”。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生,1961年Morton HeiligSensorama “沉浸式虛擬環(huán)境”概念的先驅(qū)者 1962年 J.C.R.Licklider被任命為美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）信息處的處長(zhǎng) “人計(jì)算機(jī)共生”(Man-Computer Symbiosis) 1962年，Licklider主持計(jì)算機(jī)圖形處理的研討會(huì)

5、 MIT: Ivan Sutherlandsketchpad 1965年 Ivan Sutherland發(fā)表“終極的顯示” 將計(jì)算機(jī)的顯示屏進(jìn)化為“觀看虛擬世界的窗口” “只要運(yùn)用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)程序，就有可能在計(jì)算機(jī)的屏幕上重現(xiàn)文學(xué)上的愛(ài)麗絲漫游仙境的絢麗奇景”,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,60年代 Ivan Sutherland的“終極顯示”，Ivan Sutherland的博士論文: SKETCHPAD: stereo HMD, position tracking, and a graphics engine 1966年Sutherland 在MIT 研究了HMD (Head Mounted Dis

6、play) 1967， Tom Furness: display systems for pilots,Ivan Sutherlands HMD (1966+),1966年，Sutherland在MIT林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研制人類的第一個(gè)頭盔顯示器（HMD） TX-2計(jì)算機(jī)、限幅除法器、矩陣乘法器、矢量生成器、頭盔和頭部位置跟蹤器。 Nicolas Negroponte推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的先鋒 1976年提出研制具有隨機(jī)存取功能的多媒體系統(tǒng)。 1979年在MIT成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，特別邀請(qǐng)建筑大師貝聿銘設(shè)計(jì)了一座在多媒體技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等領(lǐng)域中一直享有盛名的建筑。 1981

7、年，Michael McCreevey “空間感知和先進(jìn)顯示”,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生,1985年， Michael McCreevey建成了供航空和航天人員使用的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。 J.Zimmermn和Jaron Lanier (MIT)合作發(fā)明了一種在每個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)上都配有傳感器的特殊手套。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,70年代 1977，Brooks 開(kāi)發(fā)了力反饋系統(tǒng) GROPE 1977， Sandin and Sayre發(fā)明了 具有彎曲度感知的數(shù)據(jù)手套 1979 ，Raab 等人發(fā)明了 Polhemus 跟蹤系統(tǒng),GROPE,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,80年代 1980年，SIMNET

8、計(jì)劃 1989年，Jaron Lanier杜撰了新詞“virtual reality” 1989年，NASA發(fā)明LCD HMD ，開(kāi)發(fā)了“Virtual Interface Environment Workstation” (VIEW),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,90年代 NASA的VIEW繼續(xù)研究 Large simulation and training needs; Could not send humans to other planets; Relatively small budgets STOW計(jì)劃 The Synthetic Theater of War-Architecture 軍

9、事 仿真 國(guó)內(nèi)DVENET 1996年開(kāi)始,清華大學(xué) 浙江大學(xué) 北京航空航天大學(xué) 上海大學(xué) 中科院計(jì)算所,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景 從60年代末起，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)科學(xué)計(jì)算提出可視化的要求 不僅僅是獲得和計(jì)算數(shù)據(jù)，并且要解釋數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)。即把計(jì)算所得的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為直觀的、用視頻或聲頻信息表示的、隨時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或模擬的物理現(xiàn)象 先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算將能洞察到傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算所不可能看見(jiàn)的結(jié)果（To see the unsee），可視化是把某些不可見(jiàn)對(duì)象或抽象事物轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的、可感知的結(jié)果 “ The purpose of computing is insight

10、, not number ” -Richard Hamming, Numerical Methods for Scientists and Engineers,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景（續(xù)） 自90年代初起，在高性能計(jì)算的支持下要求實(shí)現(xiàn)沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算 人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求不僅僅是觀察計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，希望還能感受計(jì)算所得的形象結(jié)果和全局觀念 研究人員甚至還希望能沉浸在計(jì)算所得、計(jì)算所創(chuàng)建的三維空間中，能交互地控制、駕馭和修改所“看見(jiàn)和感受到”的計(jì)算結(jié)果 為研究人員在認(rèn)識(shí)世界和改造世界時(shí)，提供了有效的、定性和定量相結(jié)合的研究手段，為創(chuàng)建和諧的人機(jī)環(huán)境提供基礎(chǔ),

11、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景（續(xù)） 自90年代中旬以來(lái)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的支持下要求實(shí)現(xiàn)協(xié)同式的可視化計(jì)算 解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本成熟，基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)資源共享 基于統(tǒng)一的開(kāi)放體系框架結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序接口和面向?qū)ο蟮闹虚g件，已能實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”、“即插即用”的協(xié)同式的可視化計(jì)算,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景（續(xù)） 總之，高性能計(jì)算機(jī)為沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算提供基礎(chǔ) 高性能計(jì)算機(jī)和高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 大量的、快速的、分布的、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值計(jì)算 開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、中間件、人機(jī)接口和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?把數(shù)據(jù)映射成可視化的、具有某種物理屬性的對(duì)象（虛物實(shí)化） 把實(shí)物轉(zhuǎn)化為可融入虛擬環(huán)境的虛

12、擬對(duì)象（實(shí)物虛化）,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景（續(xù)） 前30年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，減少人的認(rèn)知空間和計(jì)算機(jī)的處理空間的差異,人思考問(wèn)題的認(rèn)知空間 并行的 多維的 開(kāi)放的 歸納演繹,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的處理空間 串行的 單維的 封閉的 預(yù)定程序,建立和諧人機(jī)環(huán)境 M大規(guī)模并行 M多媒體 O開(kāi)放系統(tǒng) O面向?qū)ο?N網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 逐步減小人和 機(jī)器間的隔閡,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,背景（續(xù)） 后20年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從MMOON到AKV有望實(shí)現(xiàn)和諧的人機(jī)環(huán)境 Archive Storage and Processing - 海量信息存儲(chǔ)與處理 Knowledge Processing - 知識(shí)處理 Visualize

13、d Computing & Virtual Reality - 可視化計(jì)算與虛擬現(xiàn)實(shí),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,虛擬現(xiàn)實(shí) Virtual Reality 錢(qián)學(xué)森院士翻譯為“靈境” Virtual的英文本意是表現(xiàn)上具有真實(shí)事物的某些屬性，但本質(zhì)上是虛幻的。Reality的英文本義是 真實(shí)而不是 現(xiàn)實(shí) 是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式人機(jī)交互環(huán)境 虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)視景真實(shí)、動(dòng)作真實(shí)、聲音真實(shí)、感覺(jué)真實(shí)的虛擬環(huán)境(Virtual Environment)的技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,虛擬現(xiàn)實(shí)（續(xù)） 采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的一定范圍的虛擬環(huán)境，用戶可以借助必要的

14、裝備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互作用、相互影響，從而獲得親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)（趙沁平等定義） A high-end user-computer interface that involves real-time simulation and interaction through multiple sensorial channels (vision, sound, touch, smell, taste),虛擬現(xiàn)實(shí)的定義,狹義 用于創(chuàng)建人造世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在這個(gè)世界里，使用者有沉浸于其中的感覺(jué)，能在其內(nèi)漫游并能操縱其內(nèi)的物體。 廣義 指由計(jì)算機(jī)技術(shù)所創(chuàng)建的三維環(huán)境。這個(gè)環(huán)

15、境既可以是虛擬想象的三維環(huán)境（三維可視化），也可以是對(duì)真實(shí)世界的三維模擬。,虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種三維模擬環(huán)境，通過(guò)多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。,虛擬現(xiàn)實(shí)的定義,傳感設(shè)備包括：立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等。,自然交互指日常使用的方式對(duì)虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行操作并得到實(shí)時(shí)立體反饋。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念,VR的特征 沉浸感 （Immersion） 用戶產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺(jué) （視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等） 交互性（Interaction） 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過(guò)控制與監(jiān)視 裝置影響或被使用者影響 想象性 （Imagination） 可感知形式反映了設(shè)計(jì)者

16、的思想,沉浸 （Immersion） VR系統(tǒng)的核心，表示用戶投入到由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中的能力，用戶在虛擬場(chǎng)景中有身臨其境之感。 交互性 （Interaction）用戶與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。交互性包含對(duì)象的可操作程度及用戶從環(huán)境中得到反饋的自然程度，以及虛擬場(chǎng)景中對(duì)象依據(jù)物理學(xué)定律運(yùn)動(dòng)的程度等。VR 是自主參考系，即以用戶的視點(diǎn)變化進(jìn)行虛擬交換。 構(gòu)想 （Imagination） VR不僅僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而且可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。因此 ，VR是啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維的活動(dòng)。,虛擬現(xiàn)實(shí)特征3I圖

17、,虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真的區(qū)別,設(shè)備：三維立體眼鏡,立體眼鏡是用于3D模擬場(chǎng)景VR效果的觀察裝置，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觀察，也可用無(wú)線眼鏡進(jìn)行多人團(tuán)體VR效果觀察，是目前最為流行和經(jīng)濟(jì)適用的VR觀察設(shè)備。,設(shè)備：數(shù)據(jù)手套,數(shù)據(jù)手套是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)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)行物體抓取、移動(dòng)、裝配、操縱、控制，有有線和無(wú)線、左手和右手之分，可用于WTK、Vega等3D VR或視景仿真軟件環(huán)境中。,設(shè)備：頭盔顯示器,頭盔顯示器（又稱數(shù)據(jù)頭盔或數(shù) 字頭盔）是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的 3DVR圖形顯示與觀察設(shè)備，可

18、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)。使用方式為 頭戴式，輔以空間跟蹤定位器可 進(jìn)行VR輸出效果觀察，同時(shí)觀察 者可做空間上的自由移動(dòng)，如； 自由行走、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。,設(shè)備：三維空間交互球,三維空間交互球是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的另一重要的交互設(shè)備，用于六個(gè)自由度VR場(chǎng)景的模擬交互，可從不同的角度和方位對(duì)三維物體觀察、瀏覽、操縱；也可作為3D Mouse來(lái)使用；并可與數(shù)據(jù)手套或立體眼鏡結(jié)合使用，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

19、統(tǒng)中用于空間跟蹤定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，不局限于固定的空間位置，操作更加靈活、自如、隨意。產(chǎn)品有六個(gè)自由度和三個(gè)自由度之分。,位置測(cè)量原理,根據(jù)剛體動(dòng)力學(xué)分析，能夠用運(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)，并通過(guò)測(cè)量該參考點(diǎn)到空間三個(gè)靜止的非共線點(diǎn)之間的距離唯一確定,設(shè)備：力反饋器,力反饋器是VR研究中的一種重要的設(shè)備，該設(shè)備能使參與者實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中除視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)之外的第三感覺(jué)觸覺(jué)和力感，進(jìn)一步增強(qiáng)虛擬環(huán)境的交互性，從而真正體會(huì)到虛擬世界中的交互真實(shí)感，該設(shè)備廣泛應(yīng)用于虛擬醫(yī)療、虛擬裝配等諸多領(lǐng)域。 觸覺(jué)

20、反饋分為：接觸反饋和力反饋。,設(shè)備：三維顯示器,這種三維顯示器并不需要使用者在頭部佩戴任何特制眼鏡之類的裝備，而是應(yīng)用當(dāng)前的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力回放或?qū)崟r(shí)渲染顯示三維影像。,視覺(jué)顯示技術(shù),立體視覺(jué) 一般地，人腦有兩類用以感知物體深度（立體感）的信息：絕對(duì)距離和相對(duì)距離。 人腦從四個(gè)方面獲得深度信息： 靜態(tài)圖像的深度信息； 運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的深度信息； 生理上的深度信息（眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)、晶狀體的調(diào)解）； 雙目視差產(chǎn)生的深度信息。,方法是為每只眼睛各產(chǎn)生一幅圖象，左右兩幅圖象是通過(guò) 把視點(diǎn)左右各偏移兩眼距離的一半而計(jì)算出來(lái)的，用戶可以分 別用左右眼盯著這兩幅圖象，然后將目光交匯在一起；或者使 圖象通過(guò)不同偏振濾

21、光鏡，用戶佩帶相應(yīng)的濾光眼鏡。此外， 用戶還可以佩帶顯示同步的液晶快門(mén)眼鏡（LC快門(mén)眼鏡）觀察 在監(jiān)視器上快速交錯(cuò)顯示的左右兩幅圖象，大腦會(huì)將它們合成 為立體景象。,視覺(jué)顯示技術(shù),多通道立體投影系統(tǒng), 專業(yè)的VR-Platform多通道投影系統(tǒng) 采用5臺(tái)高亮度等離子顯示器（最多可支持24臺(tái)） 每臺(tái)等離子顯示尺寸為1020 X 610 mm（可替換為更大尺寸） 可支持24個(gè)通道同步顯示 高沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真顯示系統(tǒng) 演示效果出色，適合大中型機(jī)構(gòu)或項(xiàng)目使用,虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的四個(gè)關(guān)鍵要素,虛擬世界 沉浸 虛擬現(xiàn)實(shí)最簡(jiǎn)化的定義：在另一個(gè)現(xiàn)實(shí)或視點(diǎn)下的沉浸。 感覺(jué)反饋 交互性,虛擬現(xiàn)實(shí)的類型,桌面式虛擬

22、現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),桌面虛擬現(xiàn)實(shí),桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。,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)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。,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）沉浸度差異 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 增加身臨其境感覺(jué)，而沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則采用頭盔顯示 器（HMD）增強(qiáng)身臨其境感覺(jué)。 （2）交互裝置差異 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)采用的交互裝置是六自由度鼠標(biāo)器或 三維操縱桿，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。,增

23、強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí),增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來(lái)增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無(wú)法感知或不方便的感受。,分布式虛擬現(xiàn)實(shí),如果多個(gè)用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(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)的應(yīng)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)、交互式娛樂(lè)、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應(yīng)用 前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、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) 全新的應(yīng)用系統(tǒng)。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)

24、用,應(yīng)用廣泛 Helsel與Doherty曾對(duì)全世界范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行的805項(xiàng)VR研究項(xiàng)目作了統(tǒng)計(jì) ，主要分布在：,影視娛樂(lè)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展的影響,1995年11月 Disney 和 Pixar “玩具總動(dòng)員” 76個(gè)角色，11.4萬(wàn)個(gè)畫(huà)面 1998年11月 “蟲(chóng)蟲(chóng)特工隊(duì)” 侏羅紀(jì)公園 金剛,鋼鐵俠,Windows 7多點(diǎn)觸摸技術(shù),2008.5.28 Julie Larson-Green,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,醫(yī)學(xué) 在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺(jué)手套，可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu) Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個(gè)SGI工作站建立了一個(gè)虛擬外

25、科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺(jué)手套，使用者可以對(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù) 遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過(guò)程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,軍事仿真 SIMNET、NPSNET、DVENET（國(guó)內(nèi)北航） 航天技術(shù) “ 火星探路者”利用三維虛擬的環(huán)境對(duì)火星車(chē)進(jìn)行全面的仿真，當(dāng)一切確定無(wú)誤后把指令發(fā)送給位于1.9億公里外的火星車(chē)，火星車(chē)行進(jìn)后所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)11分鐘延遲后送回NASA的JPL,虛擬現(xiàn)實(shí)模擬仿真的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練案例,1976年

26、 103名以色列人 法國(guó)航空公司 雅典 非洲烏干達(dá)“恩德培機(jī)場(chǎng)”,VR的四個(gè)重要特征,多感知性 除了一般的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至還包括味覺(jué)、嗅覺(jué)感知等。 存在感 指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。 交互性 指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和環(huán)境得到反饋的自然程度。 自主性 指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實(shí)世界物理運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)作的程度。,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)：提供力與壓力的反饋； 音頻系統(tǒng)：提供立體聲源和判定空間位置； 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)處理系統(tǒng)：具有高處

27、理速度，大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)特性。 軟件方面 能夠接收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)行調(diào)用和互聯(lián)的集成環(huán)境。,在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，為了使人與計(jì)算機(jī)能夠融洽的交互，讓人沉浸到計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中去，必須配備相應(yīng)的硬件設(shè)備。常用的交互設(shè)備包括： 跟蹤系統(tǒng) 跟蹤系統(tǒng)的任務(wù)是要實(shí)時(shí)檢測(cè)出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中人的頭、身體和手的位置與指向，以便把這些數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，生成隨視線變化的圖象。 電磁跟蹤電磁跟蹤系統(tǒng)由勵(lì)磁源、磁接收器和計(jì) 算模塊組成。勵(lì)磁源由 3個(gè)磁場(chǎng)方向相互垂直的交流 電流產(chǎn)生的雙極磁源構(gòu)成，磁接收器由3套分別測(cè)試3 個(gè)勵(lì)磁源的方向上相互垂直的線圈組成，經(jīng)3次測(cè) 量，可以測(cè)得9個(gè)數(shù)據(jù)，由此可確定被測(cè)目標(biāo)的6個(gè)參 數(shù)，即空間坐標(biāo)x、y、z和旋轉(zhuǎn)角、。,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件,聲學(xué)跟蹤利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差及聲壓差，可以進(jìn)行定位與跟蹤。與電磁跟蹤法相似，超聲波式傳感器也有