虚拟现实的计算体系结构

虚拟现实与增强现实技术导论虚拟现实的计算体系结构虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机生成的虚拟环境模拟现实世界或者创造一个全新的虚拟世界的技术。

虚拟现实技术的计算体系结构是指支持虚拟现实应用的硬件、软件及其相互之间的组织和关系。

虚拟现实技术的计算体系结构包括以下几个关键要素：1.输入设备：虚拟现实的输入设备通常包括头戴式显示器、追踪器、手柄等。

头戴式显示器可以通过分辨率高的屏幕和镜片进行像素展示和聚焦，使用户可以获得更真实的视觉体验。

追踪器可以追踪用户的头部和手部运动，实现对用户动作的反馈。

手柄可以提供更多的交互方式，以增强虚拟现实的沉浸感。

2.计算设备：虚拟现实技术对计算能力的要求很高，需要能够实时处理大量图形数据的计算设备。

目前常用的计算设备包括个人电脑、游戏主机、智能手机等。

这些设备通常需要具备强大的图形处理能力，并且能够实时生成和渲染虚拟环境中的图像。

3.虚拟环境建模和内容生成：虚拟现实应用需要构建一个真实或虚构的场景，以实现用户的沉浸式体验。

虚拟环境建模和内容生成是通过计算机图形学、物理建模、虚拟现实引擎等技术来实现的。

这些技术可以生成逼真的场景图像、人物模型和物体模型，并提供物理引擎来模拟真实世界的物理特性。

4.虚拟现实引擎：虚拟现实引擎是指一种软件平台，它可以提供基于计算机图形学的场景渲染、用户输入处理、物理模拟等功能，以支持虚拟现实应用的开发。

常见的虚拟现实引擎包括Unity、Unreal等。

虚拟现实引擎可以提供各种接口和工具，帮助开发者实现虚拟现实应用的各种功能，例如用户交互、虚拟物体的碰撞检测等。

5.输出设备：输出设备用于向用户提供虚拟现实体验的结果。

常见的输出设备包括头戴式显示器、扬声器、振动器等。

头戴式显示器用于向用户展示虚拟环境的图像，扬声器用于提供音频效果，振动器用于模拟触觉反馈。

总体来说，虚拟现实技术的计算体系结构由输入设备、计算设备、虚拟环境建模和内容生成、虚拟现实引擎以及输出设备等组成。

虚拟现实第8章大纲⏹第8章虚虚实实的现代生活⏹沉浸于空间信息工程⏹知识点：空间信息工程的多维交互⏹虚拟现实⏹知识点：虚拟现实的3I特征⏹Web 3D⏹知识点：Web3D可让空间信息工程更具有消费价值⏹增强现实⏹知识点：增强现实技术的研究范围什么是虚拟现实？虚拟现实（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。

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、触觉等感觉器官功能，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。

虚拟现实应用的主要特点✓身临其境性✓交互性✓直观性✓虚拟现实性✓协作性1.实物虚化▪（1）基本模型构建技术•应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。

▪（2)空间跟踪技术•通过头盔显示器、数据手套，立体眼镜，数据衣等交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在三维虚拟环境中的位置和方向。

▪（3）声音跟踪技术•利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪是实物虚化的重要组成部分。

▪（4）视觉跟踪与视点感应技术•使用从视频摄像机到X-Y平面阵列，周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。

2.虚物实化▪（1）视觉感知虚拟环境中大部分具有一定形状的物体或现象，可以通过多种途径使用户产生真实感很强的视觉感知。

▪（2）听觉感知。

虚拟环境的声音效果，可以弥补视觉效果的不足，增强环境逼真度。

有助于在操作中对声音定位。

▪（3）力觉和触觉感知能否让参与者产生“沉浸”感的关键因素之一是用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉和力觉感知。

VR指标的原理和计算方法虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种通过电脑技术、传感技术等手段创造出一个虚拟的三维环境，让用户可以身临其境地感受其中的情境。

为了评估和比较各种VR系统的质量，可以使用一些VR指标。

下面将介绍VR指标的原理和计算方法。

一、VR指标的原理虚拟现实系统的质量可以从不同的角度来衡量，包括用户体验、交互性、图形质量、系统鲁棒性等方面。

不同的VR指标可以评价这些方面的性能，帮助开发者和研究人员了解VR系统的优点和缺点。

在选择VR指标时，需要考虑以下几个原则：1.目标导向：VR指标应该与特定的应用场景和目标相关。

不同的VR应用可能对不同的指标有不同的侧重点。

2.可量化：VR指标应该是可以测量和计算的，以便进行比较和评估。

3.客观性：VR指标应该是客观的，不受主观因素的影响。

二、VR指标的计算方法1. 存在感（Presence）指标：存在感是指用户在虚拟环境中是否有身临其境的感觉。

存在感可以通过用户体验调查、生理指标（如心率、皮肤电反应等）以及行为表现来评估。

2. 效果感（Immersion）指标：效果感是指用户对虚拟环境中的视觉、听觉、触觉等感觉的深度和真实程度。

可以通过用户体验调查、虚拟现实设备的参数（如分辨率、刷新率等）以及图形质量来评估。

3. 交互性（Interactivity）指标：交互性是指用户与虚拟环境之间的实时反馈和互动程度。

可以通过用户体验调查、交互延迟（如响应时间、动作追踪精度等）以及用户与虚拟环境之间的交互方式来评估。

4. 视觉质量（Visual Quality）指标：视觉质量是指虚拟环境中图像的清晰度、真实感和逼真程度。

可以通过图像质量评估方法（如SSIM、PSNR等）和用户体验调查来评估。

5. 运行性能（Performance）指标：运行性能是指VR系统在不同硬件平台上的表现和稳定性。

可以通过FPS（每秒帧数）、延迟时间和系统错误率等指标来评估。

虚拟现实技术第一章1、虚拟现实的概念：用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界；让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。

虚拟现实是计算机与用户之间的一种理想化的人-机界面形式。

通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。

2、虚拟现实的特征与传统计算机相比，虚拟现实系统具有四个重要特征：临界性，交互性，想象性，多感知性3、虚拟现实系统的构成：a.虚拟世界（包含三维模型或环境定义的数据库） b.虚拟现实软件（提供实现观察和参与虚拟世界的能力） c.计算机 d.输入设别（观察和构造虚拟世界；如三维鼠标，数据手套，定义跟踪器等） e.输出设备（现实虚拟世界；如显示器，头盔等）4、虚拟现实系统的类型桌面虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统，混合虚拟现实系统5、虚拟现实的硬件设备跟踪系统（把使用者身体位置的变动反馈给主机，以实时改变图像和声音）知觉系统（人及交互的各种界面，包括视觉装置：头盔显示器等；触觉装置:数据手套跟踪球等）音频系统：立体声耳机等图像生成和现实系统：产生视觉图象和立体显示6、虚拟现实有哪些软件VR系统开发工具：能够接受各种高性能传感器的信息，如头盔的跟踪信息；能生成立体显示图行；能把各种数据库，各种CAD软件进行调用和互联3DSMax：三维制作软件Maya：三维动画以及虚拟现实制作软件，实时三维模型创建软件Multigen Creator7、眼睛的作用、视觉暂留和临界融合频率的概念眼睛的作用：调节和聚焦，明暗适应，视觉暂留，立体视觉，视场视觉暂留：视觉暂留是视网膜的电化学县乡造成视觉的反应时间。

当观看很短的光脉冲时，视杆细胞得到越0.25s的峰，视椎细胞快4倍（0.04s）。

这种现象造成视觉暂留。

临界融合频率：临界融合频率（CFF）效果会产生把离散图像序列组合成连续视觉的能力，CFF最低20Hz，冰取决于图像尺寸和亮度。

虚拟现实技术介绍虚拟现实（VR-----Virtual Reality），也称灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术。

它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流。

虚拟现实的主要特征是：多感知性（Multi-Sensory）、浸没感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）。

虚拟现实系统具有融合海量信息、逼真再现实景、表现形式新颖直观、传播范围遍及全球、异地浏览方便快捷、内容更新快速简单、互动参与趣味多多等独特优势和特征。

本公司采用空间信息技术和虚拟现实技术开发的系统具有如下功能特点：（1）、支持虚拟漫游，临场体验实现场景虚拟漫游，用户可以自由的漫步其间，可以快速到达想去的地方，这一切都由用户亲手控制。

本系统可以通过键盘、鼠标或操纵杆实现前、后、左、右、上、下方向的位移，同时可以实现左转、右转、仰视、俯视等功能。

用户观看不受限制时间、空间的限制，能根据他们的意志探索整个环境，选择他们自己想体验的东西。

（2）、支持建筑或设备的信息查询及定位功能我们将在系统中建立建筑或设备的信息数据库，通过输入建筑或设备名称，可快速定位到相应的区域或者对象上，同时可以迅速获得相关的数据信息，包括文字介绍、图像、视频、动画、背景音乐以及配音解说等等。

（3）、支持多媒体资源超链接可以将与该建筑或设备相关的视频、音频、实景图片、动画、电子文档等多媒体资源整合在该系统中，采用超链接形式，只需用鼠标轻轻一点，即可调出所需资料。

（4）、支持导航地图可建立一个平面导航地图，使用户清楚了解自身所处地理位置，并可以利用该地图迅速到达指定地点，该地图可以缩小、放大或隐藏。

虚拟现实简答题答案1、虚拟现实基本概念、基本类型及三个重要特点是什么？虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

由计算机系统产生的，相对于实环境的，并有人的操作和参与而形成的一种虚构的、视觉上的、听觉上的、感觉上、嗅觉上的存在，是一种物理意义上的人机交互和抽象组合。

虚拟现实系统的四大类：桌面虚拟现实系统、临境虚拟现实系统、增强型的虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统三个基本特征：临境(immerion)；交互性(interactivity)；想象(imagination)。

沉浸感(Iimmerion)是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。

理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度，甚至超越真实，如实现比现实更逼真的照明和音响效果等。

交互性(Iinteraction)是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。

想象(Imagination)是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。

2、简述虚拟现实系统的关键技术、主要建模方法关键技术：虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术（以及触觉/力觉反馈）、立体声及语音输入输出技术、虚拟环境建模技术等。

1.三维真实感图象的实时生成（VR系统要对参与者的行为反应灵敏，并保持内部的一致性和连贯性，保证显示图象的“更新率”能满足目标的要求）2.大视野立体显示技术（通过配戴头盔给人身临其境的感觉，画面围绕着参与者）3.位置跟踪器（检测到参与者的物理位置和取向，以便输入到计算机中去产生虚拟境界中相应的图象和声音）4.立体声的产生（真实而且准确，注意声音的方向感）5、虚拟环境建模（设计出参与者在一种虚拟境界中会遇到的景物，包括物体建立几何模型，附加信息）主要建模方法：基于几何和图像的建模、虚拟对象的物理特性建模与行为建模。

分布式计算技术在虚拟现实中的应用虚拟现实（VR）技术是一种可以模拟现实环境或创造虚拟世界的技术，通过使用计算机生成的图像、声音和其他感官输入，使用户能够沉浸在一个虚拟的环境中。

随着技术的发展，VR越来越受到人们的关注和重视，并在各个领域得到广泛应用，如教育、医疗、游戏等。

然而，随着VR的不断发展和应用，需要更多的计算和存储资源来支撑这些虚拟环境的构建和运行。

分布式计算技术就是一种可以为VR提供更多计算资源的技术，它可以将多个计算资源连接在一起，从而提供更强大的计算能力和存储能力。

本文将探讨分布式计算技术在虚拟现实中的应用。

一、分布式计算技术的基本原理1.数据分割：将大任务分割成多个小任务，并将这些小任务分发给不同的计算资源进行处理。

2.并行计算：利用多个计算资源同时处理任务，从而提高计算效率。

3.数据传输：在计算资源之间传输数据，确保各计算资源之间的同步和数据一致性。

4.故障处理：在一个计算资源出现故障时，能够自动将任务转移到其他计算资源上进行处理，保证计算任务的顺利完成。

虚拟现实技术需要大量的计算和存储资源来构建和运行虚拟环境，因此，分布式计算技术在VR中的应用具有重要意义。

以下是分布式计算技术在虚拟现实中的应用场景：1.图形渲染：虚拟现实技术需要大量的计算资源来进行图形渲染，以确保画面流畅和逼真。

利用分布式计算技术，可以将图形渲染任务分发给多个计算资源同时进行处理，从而提高图形渲染的速度和质量。

2.声音处理：虚拟现实技术还需要进行声音的采集、处理和合成，以模拟不同环境中的声音效果。

利用分布式计算技术，可以将声音处理任务分发给多个计算资源，并将不同计算资源合作，从而实现更加逼真的声音效果。

3.数据存储：虚拟现实技术需要大量的数据存储来存储虚拟环境中的各种信息，如图像、声音、视频等。

分布式计算技术可以将数据存储任务分发给多个计算资源，以实现高效、可靠的数据存储和管理。

4.交互体验：虚拟现实技术还需要处理用户的交互输入，如手势识别、语音识别等。