虚拟现实技术概述(PPT 30张)

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《VR技术简介》课件

历史和文化的虚拟游览：VR技术可以用于历史和文化的虚拟游览，学生和游客可以通过VR设备亲身体验历史事件和文化景观，增强对历史和文化的认识和理解。
医疗健康领域
VR技术在医疗健康领域的应用包括手术模拟训练、康复治疗、疼痛管理等方面。通过VR技术，医生可以更加真实地模拟手术过程，提高手术技能和操作水平。同时，患者也可以通过VR技术进行康复训练和治疗，提高康复效果和生活质量。
02
VR技术利用计算机图形、仿真、传感器等技术，生成逼真的三维场景和物体，使用户感受到身临其境的体验。
VR技术的发展历程
A
1950年代
VR技术的概念开始出现，科学家们开始探索三维图像的生成和显示技术。
1980年代
VR技术开始商业化应用，出现了第一代虚拟现实设备，如头戴式显示器和数据手套。
交互性
总结词
虚拟现实技术允许用户与虚拟环境进行互动，增强用户的参与感和体验感。
详细描述
用户可以在虚拟环境中自由移动、探索、操作对象，与虚拟环境进行互动。这种交互性能够使用户更加深入地参与到虚拟环境中，提高用户的参与感和体验感。
真实感
总结词
虚拟现实技术能够模拟现实世界中的场景和物体，为用户提供高度真实的体验。
VS
建筑设计：VR技术还可以用于建筑设计领域，设计师可以通过VR技术更加直观地呈现设计方案，提高设计质量和沟通效率。
旅游领域
VR技术在旅游领域的应用包括虚拟旅游、导游辅助等方面。通过VR技术，游客可以在出发前了解旅游目的地的实际情况和文化背景，提高旅游体验和满意度。同时，导游也可以通过VR技术为游客提供更加生动和有趣的讲解服务。
VS
详细描述
虚拟现实技术通过高精度的3D建模和渲染技术，能够模拟出逼真的场景和物体，使用户感觉仿佛置身于现实世界中。这种高度真实的体验能够为用户带来更加丰富的视觉享受和感知体验。

虚拟现实技术概述(PPT187页).pptx

基于头盔式显示器的系统
投影式虚拟现实系统
远程存在系统（遥在系统）
增强式虚拟现实系统
分布式虚拟现实系统网络+虚拟现实
➢虚拟现实系统：
=用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息反馈信息
虚拟环境
第二章虚拟现实系统的硬件
➢用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息反馈信息
虚拟环境
化
30m s
跟踪范围
半径<1.6m 的半球形
4～5m3
光学 2mm 0.02mm
1mm
＜ 4～8m3（可 1ms 扩展至14m3）
3
三维位置跟踪器类型
典型输入输出装置：
➢三维跟踪传感设备 ➢立体鼠标 ➢传感手套 ➢数据衣 ➢立体显示器 ➢触觉和力觉反馈装置 ➢3-D声音生成器
1、三维位置跟踪器
跟踪器的作用：
获得移动对象的位置和方向信息；
应用：
航行、导弹、CG艺术、交通、 GPS等
VR：
高精度、快速、测量范围小
跟踪器：跟踪身体
身体跟踪：VR系统感知参与者位置和动作； ✓身体姿态与手势； ✓跟踪头部：头的朝向，影响绘制场景 ✓手和手指：手提供了与世界交互的方法
注意：
延迟的原因在于：跟踪器对移动对象的运动总是滞后的。
系统延迟＝测量延迟＋通信延迟＋绘制与显示延迟
导致HMD的运动与用户看到的虚拟场景的运动之间有很大的时间迟滞
对于使用者来说，一方面沉浸感降低，另一方面导致“仿真病”。
降低延迟的方法：
1.同步锁相：让跟踪器和通信的周期与显示的周期同步。
2.使用高速通信线路 3.提高跟踪器的采样率（更新率）

虚拟现实VR技术概述.pptx

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信息科学与技术学院
本讲小结
思考题 •虚拟现实应用于哪些领域 •场景的制作流程 •VRP界面组成
上机实验 •上机实验1
24
虚拟现实软件应用信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
25
信息科学与技术学院
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20. 9.820.9.8Tuesday, September 08, 2020
产品展示、房地产展示、电子商务、培训
10
信息科学与技术学院
2 虚拟现实系统开发工具
2.3 VRML
虚拟现实软件应用
用文本信息描述三维场景，在Internet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器生成三维场景，解释生成标准的VRML规范。
11
信息科学与技术学院
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform
虚拟现实软件应用
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信息科学与技术学院
4 常见材质的创建与编辑
4.3 布料材质的创建
虚拟现实软件应用
21
信息科学与技术学院
4 常见材质的创建与编辑
4.4 水面材质的创建
虚拟现实软件应用
22
信息科学与技术学院
本节小结
虚拟现实软件应用
虚拟现实技术的概念、组成、分类；虚拟现实的应用领域；虚拟现实系统开发工具；虚拟现实制作工具VRP及设计流程；材质的创建与编辑；
(2) 利用现有成熟、专业的面向对象虚拟现实开发软件作为开发工具。
(3) 利用专业的虚拟现实编程开发库或开发包，
进行二次开发。
9
信息科学与技术学院

虚拟现实技术应用ppt课件

1968 年，美国计算机图形学之父伊凡 · 苏泽兰（ Ivan Sutherlan ）开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统，是 VR 技术发展史上一个重要的里程碑。
伊凡·苏泽兰
6
头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统
VR的概念-发展历程
虚拟现实技术概念和理论产生的初期阶段
39
感谢聆听
THANK YOU
40
7
VR的概念-发展历程
虚拟现实技术理论的完善和应用阶段
1994 年，日本游戏公司 Sega 和任天堂分别针对游戏产业而推出 Sega VR-1 和Virtual Boy，但是由于设备成本高等问题，以至于最后使 VR 的这次现身如昙花一现。
2012 年 Oculus 公司用众筹的方式将VR设备的价格降低到了300 美元，同期的索尼头戴式显示器 HMZ-T3 高达6000元左右，这使得VR向大众视野走近了一步。
18
VR的分类
沉浸式VR系统（Immersive VR）
是一种高级的、较理想、较复杂的虚拟现实系统。
采用封闭的场景和音响系统将用户的视听觉与外界隔离，使用户完全置身于计算机生成的环境之中。
系统主要包含头盔式虚拟现实系统、洞穴式虚拟现实系统（CAVE）、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统四个类型。
2.广角立体显示
4.对使用者头和眼的跟踪
6.跟踪头部运动的虚拟现实头套
15
05
VR的分类
16
VR的分类
桌面式VR系统 Desktop VR
沉浸式VR系统 Immersive VR
增强式VR系统 Augmented VR

虚拟现实技术概述(PPT 72页)

科技引领时代，创新塑造未来
2020/11/25
6
1.1.1 虚拟现实的概念
1989年，美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier提出了 “Virtual Reality”（虚拟现实）的概念。
“Reality”的含义是现实的世界，或现实的环境。
“Virtual Reality”（虚拟现实）=“Virtual Environment”（虚拟环境）
“Virtual”说明，世界或环境是虚拟的，不是真实的。这个世界或环境是人工构造的，是存在于计算机内部的。用户应该能够“进入”这个虚拟的环境中。
"进入"这个虚拟的环境中，是指用户以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，身临其境的感觉。
科技引领时代，创新塑造未来
3．沉浸感通过相关的设备，采用逼真的感知和自然的动作，
使人仿佛置身于真实世界，消除了人的枯燥、生硬和被动的感觉，大大提高工作效率。
科技引领时代，创新塑造未来
2020/11/25
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1.1.2 虚拟现实的本质特征
虚拟现实的概念中有三个I：（1）Immersion(沉浸)，是指逼真的，身临其境的
虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况。
第二种情况是完全虚拟的，人类主观构造的环境。如影视制作或电子游戏中，三维动画设计的虚拟世界。此环境完全是虚构的，用户也可以参与，并与之进行交互的非真实世界。但它的交互性和参与性不是很明显，
科技引领时代，创新塑造未来
2020/11/25
10
1.1.1 虚拟现实的概念
虚拟现实技术
虚拟现实技术
虚拟现实技术概述

虚拟现实技术概述(PPT 63页)

西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术— —立体显示技术进行了研究，提出一种基于JPEG标准压缩编码新方案，获得了较高的压缩比、信噪比以及解压缩速度。
1-63
本章结束谢谢大家
1-45
1.3 虚拟现实技术的特征
VR技术的交互性：
指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。
主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等技能，如同在真实世界中一样操作虚拟环境中的对象。
1-46
1-12
数字仿真
1-13
地理勘测
1-14
地理勘测
1-15
虚拟手术
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产品展示
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产品展示
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产品展示
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虚拟游览
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虚拟游览
1-21
虚拟游览
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数字虚拟校园
1-23
数字虚拟校园
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数字虚拟校园
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数字虚拟校园
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数字虚拟校园
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1、仿真教学与实验 2、特殊教育 3、多种专业训练 4、应急演练和军事演习
1-55
1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.2 设计与规划
虚拟现实已被看作是设计领域中唯一的开发工具。它可以避免传统方式在原型制造、设计和生产过程中的重复工作，有效的降低成本，应用领域包括汽车制造业、城市规划、建筑设计等。
1-62
1.6 虚拟现实技术的研究现状
1.6.2 国内的研究现状
清华大学对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量研究，比如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施及深度感实验测试等。

虚拟现实技术的基本原理课件

定义：通过模拟人的视听和触觉等感官体验，使用户仿佛身临其境地进入一个虚拟的、三维的、具有真实感的数字世界
技术原理：通过计算机图形学、人机交互技术、传感技术等多种技术手段，将用户的感觉器官完全沉浸在虚拟世界中
研究热点：如何提高沉浸式体验的逼真度和实时性，如何实现多感官的沉浸式体验，以及如何解决用户在沉浸式体验中产生的眩晕等问题
工作原理：通过传感器捕捉表演者的动作，转化为数据后传输到计算机进行处理
添加标题
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应用领域：游戏、电影、动画等
添加标题
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技术组成：动作捕捉技术是虚拟现实技术中的重要组成部分，能够提高虚拟现实场景的逼真程度和交互性
功能：模拟真实场景，为用户提供身临其境的沉浸式体验
定义：模拟仿真是虚拟现实技术的重要组成部分
定义：对现实世界进行数学建模，构建虚拟的三维环境目的：为虚拟现实系统提供逼真的三维环境主要技术：三维扫描、数字摄影测量、计算机图形学等应用：游戏、电影、建筑、旅游等众多领域
虚拟现实的关键技术及研究热点
定义：根据图像的深度信息生成具有真实感的立体图像技术：基于图像的建模和绘制技术应用：虚拟现实、增强现实、数字人、游戏等领域研究热点：提高图像质量、降低延迟、优化设备性能等
模拟实验：通过模拟实际实验过程，让学生更好地理解科学原理和实验操作，提高学习效果。
历史文化体验：利用虚拟现实技术重现历史事件或文化场景，帮助学生深入了解历史文化，提高人文素养。
语言学习：通过虚拟现实技术创造真实的语言环境，帮助学生提高语言听、说、读、写的能力。
电子游戏：玩家可以在游戏中获得沉浸式体验，提高游戏乐趣。
汽车制造：通过虚拟现实技术设计汽车外形和内部结构，减少物理模型制作成本和时间。

虚拟现实技术概述(PPT 41页)

返回
QTVR的优点： • 可由摄像机获取三维场景，对计算机的计
算能力要求不高，可实现实时建模与动态显示。 QTVR的缺点： • 场景本身必须是静态的，在漫游时，观察点及方向受到了严格的限制。
返回
虚拟现实技术在教育中的应用
引言
教育是一个传授知识的过程，在众多通过亲身经历这一过程，巩固所传授的知识的方法中，虚拟现实技术是最有效的。
工作组每周举行一次例行的午餐会，尽管外人对其中奥妙一无所知，但很多工作组的内部事务，往往在这种不拘形式的随意交谈中得以完成。Gavin Bell正是利用了一次这种场合，告诉他的主管经理Rill Carey关于VRML的事情，说明急需建立一种可在Web网上运行、描述3D场景的语言。到聚餐结束时，Carey已决心从事于这场新的开拓（后来两人合办了Wasabisoft）。
虚拟图书馆是用虚拟现实技术生成的提供信息的场所，因此它也可以称之为“虚拟信息中心”。在这里，不仅仅提供象文本、视频、声频等信息资源，而且更提供与众不同的身临其境的信息资源。例如要取得历史知识，学习者可以通过虚拟图书馆，进入不同朝代的虚拟世界，实时观察或实际参与当时的事件，从而亲身感受和了解不同朝代的实况。再如，要取得人体组织信息，学习者可以通过灵境图书馆穿行在人体的组织和器官之间，实地去考察一番。
１９９４年初夏，第一次WWW会议期间初步决定，十月份在芝加哥召开第二次WWW会议，也就是说只留出五个月的时间。在这段时间里，能否拟出一个VRML规范的初步方案？BOF成员和自愿加入开发新规范行列的热心网客信心十足。他们一致认为：在下次会议之前，一个内部试用语言规范一定能完成。总的意向是：就一个业已存在的语言加以改造比较稳妥，而另起炉灶，从头开始重干一个全新，则不太可行。

虚拟现实技术概述课件

2.使用高速通信线路 3.提高跟踪器的采样率（更新率）
虚拟现实技术概述
39
跟踪器的性能参数－更新率
跟踪器的更新率指跟踪器每秒
钟报告的测量数据集的次数
虚拟现实技术概述
40
3种常用跟踪技术的主要性能指标
跟踪器类型
分辨率
精度延迟
电磁波 1mm 3mm 50m 0.03mm 0.1mm s
超声波
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➢虚拟现实系统：
=用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息反馈信息
虚拟环境
虚拟现实技术概述
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第二章虚拟现实系统的硬件
虚拟现实技术概述
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➢用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息反馈信息
虚拟环境
虚拟现实技术概述
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输入输出设备
必要性：
➢交互性——VR基本特性特殊的人机接口与外部设备是实现人机交互的必要手段
➢计算机系统的功能：
✓ 保障虚拟三维场景的实时计算和显示，尽量减少延迟；
✓ 协调各种I/O交互设备之间的工作，确保系统整体运行的性能。
➢PC机、工作站和超级计算机等
虚拟现实技术概述
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VR系统平台——VIEW（Virtual Interface Environment Workstation）
✓接收器（三个磁力计或霍尔效应传感器）产生 9个电压值，
✓计算接收器相对于发射器的位置和方向
虚拟现实技术概述
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➢Ascension技术公司直流电磁跟踪器： ✓Bird ✓Flock of Birds ✓ERT（Big Bird）
虚拟现实技术概述

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ogy
虚拟现实

虚拟现实（“Virtual Reality”简称VR），又称灵境技术，是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

沉浸感
（Immersion）

想象力（Imagination）
虚拟现实系统的分类

VR系统的主要不同之处在于系统与用户之间界面基于系统与用户界面划分桌面型VR系统头盔型VR系统基于投影显示的VR系统遥在系统 …
桌面式VR系统

使用个人计算机和低级工作站来产生三维空间的交互场景。用户会受到周围现实环境的干扰而不能获得完全的沉浸感，但由于其成本相对较低桌面式VR系统仍然比较普及。

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求，但近年来，虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们的生活。
虚拟现实技术的发展史
虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR 技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。
1968年，Ivan Sutherland 研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（Head Mounted Display，HMD）
虚拟现实技术的发展史

1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏 Pong 1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一个数据手套——Sayre Glove
VR特点:
1.
2.
3.
计算机提供“环境”, 不是“数据、信息”。这改变了人机接口的内容。操作者由视觉、听觉,力觉感知环境, 由自然的动作操作环境, 不是由屏幕、键盘、鼠标和计算机交互。这改变了人机接口的形式。逼真的感知和自然的动作，使人产生身临其境的感觉。这改变了人机接口的效果。
虚拟现实技术

虚拟现实技术的概念
典型的VR系统主要由计算机软、硬件系统（包括VR软件和VR环境数据库）和VR输入、输出设备等组成。
虚拟现实系统的特点及组成

典型虚拟现实系统的组成

计算机系统用户虚拟环境人机界面
虚拟现实技术的特点

VR技术的三角形交互性（Interactivity）
遥在系统

将现实世界中远程场景与操作人员的感官直接连通，让用户感觉就像亲临现场一样利用计算机图形、人机交互、传感器、网络等技术

远程传感器可安装在机器人身上

机器人身上有小型摄像系统

Байду номын сангаас

需感知用户位置、动作、语音等，将其传送到远程操控远程对象用户与远程对象进行信息双向交流
遥在系统
虚拟现实技术的发展和应用

20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技术的研究：1984年，NASA Ames研究中心的M. McGreevy 和J. Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，Jim Humphries 设计了双目全方位监视（BOOM）的最早原型。

虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。
当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。

由于利用了卓越的虚拟现实技术，使克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实技术还可以进行汽车冲撞试验，不必使用真的汽车便可显示出不同条件下的冲撞后果。
基于HMD的虚拟现实系统

利用HMD等设备把用户的视觉、听觉对外界封闭起来用户完全投入到虚拟环境中能提供好的沉浸感阻断了人与人间的交流
基于投影显示的虚拟现实系统

利用大规模投影显示设备让用户完全或部分融入虚拟环境沉浸式典型代表：CAVE 半沉浸式典型代表：Workbench
虚拟现实技术的发展史

1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD命名为 “EyePhones”。进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如 MultiGen Vega、OpenSceneGraph、Virtools等。
虚拟现实技术的发展史

1929年，Edward Link 设计出用于训练飞行员的模拟器
1956年，Morton
Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama
虚拟现实技术的发展史

1965年，Ivan Sutherland 发表论文“Ultimate Display”（终极的显示）

早在20世纪70年代便开始将虚拟现实用于培训宇航员。由于这是一种省钱、安全、有效的培训方法，现在已被推广到各行各业的培训中。目前，虚拟现实已被推广到不同领域中，得到广泛应用。
虚拟现实技术的发展和应用

在科技开发上，虚拟现实可缩短开发周期，减少费用。例如克莱斯勒公司 1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间的试生产。