97第三讲 虚拟现实技术概述PPT课件

数据手套
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三维鼠标
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输出设备：立体显示设备、3D声音生成器、触觉和 力反馈的装置
头盔显示器
快速响应工作台 桌面立体显示器
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2 特点: 沉浸感：用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中
和使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力， 用户在虚拟场景中有“身临其境”之感。他所看到 的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境 中感受到的一样。它是 VR 系统的核心。
第三讲 虚拟现实技术
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整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
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一种人与通过计算机生成的虚拟 环境可自然交互的人机界面—— VR（虚拟现实）
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主要内容
一 虚拟现实技术的基本概念 二 虚拟现实技术的内容 三 虚拟现实技术的应用
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桌面虚拟现实最大特点是缺乏真实的现 实体验，但是成本也相对较低，因而， 应用比较广泛。常见桌面虚拟现实技术 有：基于静态图像的虚拟现实 QuickTime VR 、虚拟现实造型语言 VRML 、桌面三维虚拟现实、 MUD 等。
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② 沉浸的虚拟现实
高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使 用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用 头盔式显示器（见图）或其它设备，把参与者的 视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新 的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据 手套（见图）、其它手控输入设备、声音等使得 参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中 的感觉。常见的沉浸式系统有：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。
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➢ 建模程序 用于构造虚拟环境中的单个对象 物体，视待虚拟的具体系统而定。
➢ CAD数据库 保存系统中绘制和渲染虚拟物 体的数据，它包括物理模型、数学模型及生理 模型的相关数据。
➢ 建模程序 通过调用CAD数据库中的资源数 据选择恰当的三维模型和纹理映射图，为三维 视觉和听觉编程确定相应的虚拟对象。
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一 虚拟现实技术定义
虚拟现实技术（Virtual Reality Technology， VRT）是由计算机技术、图像图形技术、传感 器技术、网络技术及“人-机”接口技术相结合 的产物。
VRT在军事、医学、娱乐中都有广泛的应用。
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VRT以计算机为中心，创建一个三维视 觉、听觉和触觉环境；用户利用系统提 供的“人-机”对话工具，同虚拟环境 （Virtual Environment, VE）中的虚拟对 象（Virtual Object）交互操作，使用户 仿佛置身于现实中。
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③ 增强现实性的虚拟现实
增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术 来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来 增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中 无法感知或不方便的感受。
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典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它 可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在 飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员 不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精 力盯着敌人的飞机或导航偏差。
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④ 分布式虚拟现实
如果多个用户通过计算机网络连接在一起， 同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那 虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分 布式虚拟现实系统。
在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过 网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协 同工作的目的。
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目前最典型的分布式虚拟现实系 统是 SIMNET ， SIMNET 由坦克仿 真器通过网络连接而成，用于部队的 联合训练。通过 SIMNET ，位于德国 的仿真器可以和位于美国的仿真器一 样运行在同一个虚拟世界，参与同一 场作战演习。
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二 虚拟现实系统的内容
1 构成 计算机 传感器 音频输出设备 视频输出设备 机械设备 相应配套软 纹理映射图
动态合成
着色： ＊三维图像 ＊空间声响
CAD数据库
输入附件： ＊数据手套 ＊头部跟踪器 ＊麦克风
用户动作： ＊转动 ＊抓 ＊讲话
输出附件： ＊HMD视频 ＊HMD音频 ＊运动平台
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➢ 输出附件 以音频、视频和运动触觉3种 方式输出给用户，使用户获得更真实的 体验。
➢ 用户动作 包括用户在虚拟环境中对虚 拟对象的各类操作，他们经输出附件 （传感器）将各种动作告诉系统，系统 再通过输出附件表现出来。
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输入设备：3D位置跟踪器、传感手套、数据衣、 三维鼠标、跟踪球、三维探针及三维操作杆 等。
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3 分类 分类标准：用户参与VR的形式以及沉浸的程度
① 桌面虚拟现实：利用个人计算机和低级工作站进行 仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一 个窗口。通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的 充分交互，这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩 球等。
它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观 察 360 度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体， 但这时参与者缺少完全的沉浸，因为它仍然会受到 周围现实环境的干扰。
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➢ 三维图像模型及纹理映射图 建立
虚拟对象所需的“部件”，包括各种三 维模型和表面纹理映射图。
➢ 特殊应用编程 实现系统对虚拟对象
的各种特定操作，包括模拟解剖、旋转、 动画演示动态过程等。
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➢ 动态合成 把特殊应用编程和用户操作 应用到虚拟对象上，这是实现虚拟操作 的关键环节。
➢ 着色 将虚拟对象和虚拟环境及三维视 觉（图像）和三维听觉（空间声响）等 方式进行修饰和渲染。
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交互性：用户与虚拟场景中各种对象相 互作用的能力。它是人机和谐的关键性 因素。用户进入虚拟环境后，通过多种 传感器与多维化信息的环境发生交互作 用，用户可以进行必要的操作。
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想象力：通过用户沉浸在“真实的”虚 拟环境中，与虚拟环境进行了各种交互 作用，从定性和定量综合集成的环境中 得到感性和理性的认识，从而可以深化 概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。
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4 相关术语：
人工现实（Artificial Reality）、虚拟环 境（Virtual Environment）、赛伯空间 (Cyberspace)等
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桌面虚拟现实系统 概念：一种在PC上实现的综合立体图形、自然交