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第八章 虚拟现实

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UnrealEngine虚拟现实制作教程

UnrealEngine虚拟现实制作教程

UnrealEngine虚拟现实制作教程第一章虚拟现实简介虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过模拟产生的虚拟环境，给用户提供身临其境的感觉。

虚拟现实的应用领域越来越广泛，从游戏到教育、医疗等各个领域都有所涉及。

本章节将介绍虚拟现实的概念、起源以及未来发展的趋势。

第二章 UnrealEngine简介UnrealEngine是一款强大而又广泛应用于游戏开发的引擎软件。

其拥有丰富的功能和易于使用的界面，使得它成为虚拟现实制作的首选引擎之一。

本章节将重点介绍UnrealEngine的特点和优势，以及如何开始使用它进行虚拟现实制作。

第三章建立虚拟世界在UnrealEngine中，建立虚拟世界是制作虚拟现实应用的第一步。

本章节将介绍如何创建基本的场景、添加地形和建筑物等元素，并对场景进行美化。

同时，还将介绍如何利用UnrealEngine提供的素材库来丰富场景的细节，增加真实感。

第四章渲染和光照渲染和光照是制作逼真虚拟现实的重要因素。

本章节将介绍UnrealEngine中的渲染技术和光照设置，包括光源的添加、阴影的处理以及全局光照的优化。

通过调整渲染和光照效果，可以提升虚拟现实场景的真实感和沉浸感。

第五章角色和交互设计角色和交互设计是虚拟现实应用中不可或缺的部分。

本章节将介绍如何在UnrealEngine中创建角色和动画，并设置交互功能。

通过UnrealEngine提供的脚本功能，可以实现角色的运动和互动，增强虚拟世界的真实感。

第六章虚拟现实技术与设备虚拟现实技术与设备的发展为虚拟现实应用提供了更广阔的前景。

本章节将介绍目前市面上常见的虚拟现实设备，并介绍如何与UnrealEngine进行集成。

通过合理选择虚拟现实设备，可以提供更佳的用户体验，增加虚拟现实应用的吸引力。

第七章优化与测试优化与测试是虚拟现实制作过程中的重要环节。

本章节将介绍如何通过UnrealEngine提供的工具和技巧来优化虚拟现实应用的性能，并进行全面的测试。

虚拟现实技术应用实战指南

虚拟现实技术应用实战指南

虚拟现实技术应用实战指南第1章虚拟现实技术概述 (3)1.1 虚拟现实技术发展历程 (3)1.2 虚拟现实技术的应用领域 (3)1.3 虚拟现实系统的基本构成 (4)第2章虚拟现实硬件设备 (4)2.1 头戴式显示器 (4)2.1.1 显示技术 (4)2.1.2 光学系统 (4)2.1.3 舒适性与人体工程学设计 (4)2.2 手持控制器与定位设备 (5)2.2.1 手持控制器 (5)2.2.2 定位设备 (5)2.3 位置追踪与运动捕捉技术 (5)2.3.1 位置追踪技术 (5)2.3.2 运动捕捉技术 (5)第3章虚拟现实软件系统 (5)3.1 虚拟现实引擎概述 (5)3.1.1 定义与分类 (5)3.1.2 关键特性 (6)3.2 主流虚拟现实引擎对比 (6)3.2.1 Unity3D (6)3.2.2 Unreal Engine (7)3.3 虚拟现实内容的创建与优化 (7)3.3.1 内容创建 (7)3.3.2 内容优化 (7)第4章虚拟现实交互设计 (8)4.1 交互方式概述 (8)4.2 手势与语音交互 (8)4.2.1 手势交互 (8)4.2.2 语音交互 (8)4.3 视线追踪与头部姿态控制 (8)4.3.1 视线追踪 (8)4.3.2 头部姿态控制 (9)第5章虚拟现实视觉呈现 (9)5.1 3D建模与纹理映射 (9)5.1.1 3D建模方法 (9)5.1.2 纹理映射 (10)5.2 光照与阴影处理 (10)5.2.1 光照模型 (10)5.2.2 阴影 (10)5.3 环境效果与后期处理 (10)5.3.2 后期处理 (10)第6章虚拟现实听觉设计 (11)6.1 3D音效技术概述 (11)6.1.1 3D音效技术原理 (11)6.1.2 3D音效技术的分类与特点 (11)6.2 声音定位与空间化处理 (12)6.2.1 声音定位技术 (12)6.2.2 声音空间化处理 (12)6.3 虚拟现实音效资源制作与优化 (12)6.3.1 音效资源制作 (12)6.3.2 音效资源处理 (13)6.3.3 音效资源优化 (13)第7章虚拟现实应用开发实战 (13)7.1 开发环境搭建 (13)7.1.1 硬件设备要求 (13)7.1.2 软件环境配置 (13)7.1.3 开发工具选择 (13)7.2 场景搭建与优化 (14)7.2.1 场景设计原则 (14)7.2.2 场景建模与贴图 (14)7.2.3 灯光与阴影设置 (14)7.2.4 优化功能与资源管理 (14)7.3 交互逻辑与脚本编写 (14)7.3.1 交互设计原则 (14)7.3.2 常用交互方式 (14)7.3.3 脚本编写基础 (14)7.3.4 实现交互功能 (14)第8章虚拟现实行业应用案例 (14)8.1 教育培训领域 (14)8.1.1 虚拟实验室 (15)8.1.2 历史重现 (15)8.1.3 跨地域教学 (15)8.2 医疗康复领域 (15)8.2.1 心理康复 (15)8.2.2 肢体康复 (15)8.2.3 手术模拟 (15)8.3 房地产与室内设计领域 (15)8.3.1 虚拟看房 (15)8.3.2 室内设计方案展示 (15)8.3.3 装修预览 (16)第9章虚拟现实安全与隐私保护 (16)9.1 虚拟现实设备安全 (16)9.1.1 设备硬件安全 (16)9.1.3 数据传输安全 (16)9.2 用户隐私保护策略 (16)9.2.1 用户隐私信息识别 (16)9.2.2 隐私保护措施 (16)9.2.3 用户隐私权益保障 (17)9.3 虚拟现实内容的合规性审查 (17)9.3.1 内容分级制度 (17)9.3.2 法律法规遵循 (17)9.3.3 虚拟现实内容安全评估 (17)第10章虚拟现实技术未来发展趋势 (17)10.1 虚拟现实与人工智能的融合 (17)10.2 虚拟现实社交与共享 (17)10.3 虚拟现实技术的普及与挑战 (17)第1章虚拟现实技术概述1.1 虚拟现实技术发展历程虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术起源于20世纪60年代，美国工程师伊万·苏瑟兰创建了第一个虚拟现实系统——苏瑟兰虚拟现实系统。

浙教版信息技术选修二教案：第八章 虚拟现实与流媒体技术 8.1 虚拟现实及其制作初步

浙教版信息技术选修二教案：第八章 虚拟现实与流媒体技术 8.1 虚拟现实及其制作初步
旅游
产品展示
培训
Sprite灌篮高手
北京故宫
数码相机互动展示
宇航员
3.虚拟现实系统的组成及特点。
（1）虚拟现实系统的组成系统框图
（2）虚拟现实系统的组成
①硬件平台
②软件系统
③输入/输出工具和演示设备
（3）虚拟现实系统的特点：
沉浸感、交互性、多感知性。
课堂任务
（1）能够举3个以上的例子来说明虚拟现实的应用。
（2）了解应用中的虚拟现实系统的分类。
（3）能够画出虚拟现实系统框图。
（4）利用教师提供的教学资源，掌握简单虚拟现实全景图的制作方法和过程。
课后
学习
继续完成剩余课堂任务
教
学
反
思
本节课展示了多媒体技术发展的一个趋势，是比较能引起学生兴趣的知识内容。因此课堂通过多展示一些生动形象的例子，理论联系实际，让学生在生活中去体会这个发展，了解这个技术的概念和知识要点。其次通过课堂任务的实施，初步让学生掌握技术要点也是非常重要的。知识讲解到课堂任务完成的过渡也就是学生知识迁移和能力培养的过程。
明确目标，激发学习积极性
知识讲解
1.什么是虚拟现实？
“虚拟现实”的概念于1989年由美国的nier提出，也称为“灵境”、“幻真”等。是一种新的人--机界面形式，它为用户（参与者）提供一种沉浸和多感觉通道的体验，试图寻找一种最佳的人--机交互方式。它通常用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉和嗅觉等感觉世界，让用户从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界进行浏览、交互和考察。
教学
内容
分析
教学重点
(1)虚拟现实及其应用。
(2)虚拟现实系统的组成。

虚拟现实软件的全面使用教程

虚拟现实软件的全面使用教程

虚拟现实软件的全面使用教程第一章：虚拟现实技术的简介虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟出的与现实世界类似的虚拟环境。

该技术主要通过深度感知、多通道体验和交互感知等方式，为用户提供身临其境的视听体验。

虚拟现实软件是实现虚拟现实技术的重要组成部分，它具有广泛的应用领域，包括游戏、教育、医学、工程等领域。

第二章：虚拟现实软件的选择与安装在选择虚拟现实软件时，用户需要根据自身需求和设备兼容性进行选择。

常见的虚拟现实软件有Oculus Rift、HTC Vive、Windows Mixed Reality等，用户可以根据自己所拥有的设备来选择对应的软件。

安装虚拟现实软件的步骤通常包括下载软件、注册账号、连接设备以及完成设置。

第三章：虚拟现实软件的基本操作虚拟现实软件的基本操作包括主界面导航、菜单操作、手柄操作等。

用户可以通过主导航菜单在虚拟现实环境中进行导航，选择不同的功能。

菜单操作通常包括手势或手柄控制，用户可以通过手势或手柄按键进行菜单选项的选择。

而手柄操作则可以实现对虚拟环境中物体的抓取、移动和旋转等功能。

第四章：虚拟现实游戏的玩法介绍虚拟现实游戏是虚拟现实软件的重要应用领域之一。

在虚拟现实游戏中，用户可以亲身体验游戏中的场景和情节，与游戏中的角色进行互动。

虚拟现实游戏玩法多样，包括射击类游戏、冒险类游戏、体育类游戏等。

玩家可以通过手柄或身体动作进行游戏的操控，增强游戏体验的真实感。

第五章：虚拟现实教育应用的实践指南虚拟现实技术在教育领域有着广阔的应用前景。

通过虚拟现实软件，教师可以创建各种教学场景，使学生能够身临其境地感受学习内容。

虚拟现实教育应用可以应用于课程教学、实验模拟、虚拟实践等方面。

教师需要在虚拟现实软件中设置合适的教学目标和内容，引导学生充分参与互动，提升学习效果。

第六章：虚拟现实医学应用的实践指南虚拟现实技术在医学领域有着广泛的应用。

通过虚拟现实软件，医生可以进行手术模拟、病例讨论等操作，提高医疗技能和专业水平。

虚拟现实VR技术ppt课件

虚拟现实VR技术ppt课件
3
一种使用数学算
1 虚拟现法将实二技维术或三(4维)
图形转化为计算
1.3 虚拟机形现显式示的实器科的的 学技栅。术格支持
计算机 图形学
研究、开发用于 模拟、延伸和扩 展人的智能的理 论、方法、技术 及应用系统的一 门技术科学。
人工交 互技术
虚拟 现实
人工 智能
是指通过计算机输入、 输出设备，以有效的 方式实现人与计算机 对话的技术。
VRP-DigCity 数字城市平台
VR-Platform 核心引擎
VRP-SDK 三维仿真系统开
发包
13
VRP-Indusim 工业仿真平台
VRP-IE 三维网络平台
VRP-Physics 物理系统
VRP-Travel 虚拟旅游平台
3 VRP及设计流程
3.2 虚拟现实项目的设计流程
14
3 VRP及设计流程
4.2 玻璃材质的创建
19
4 常见材质的创建与编辑
4.2 地板材质的创建
20
4 常见材质的创建与编辑
4.3 布料材质的创建
21
4 常见材质的创建与编辑
4.4 水面材质的创建
22
本节小结
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；
1 虚拟现实技术(1)
1.1 虚拟现实的概念
• 虚拟现实(Virtual Reality) • 是一种综合应用计算机图形学、人机 接口技术、传感器技术以及人工智能等 技术，制造逼真的人工模拟环境，并能 有效地模拟人在自然环境中的各种感知 的高级的人机交互技术。
1
1 虚拟现实技术(2)

虚拟现实技术培训教程

虚拟现实技术培训教程

虚拟现实技术培训教程第一章：虚拟现实技术概述 (2)1.1 虚拟现实技术的发展历程 (2)1.2 虚拟现实技术的应用领域 (3)第二章：虚拟现实设备与工具 (4)2.1 虚拟现实头戴设备 (4)2.2 手柄与追踪设备 (4)2.3 虚拟现实软件工具 (4)第三章：虚拟现实环境搭建 (5)3.1 创建虚拟现实场景 (5)3.2 导入三维模型与素材 (5)3.3 场景优化与调整 (5)第四章：虚拟现实交互设计 (6)4.1 交互设计原则 (6)4.2 交互界面设计 (7)4.3 交互逻辑与脚本编写 (7)第五章：虚拟现实动画与特效 (7)5.1 动画制作基础 (7)5.1.1 动画概述 (7)5.1.2 动画设计原则 (8)5.1.3 动画制作流程 (8)5.2 特效制作与渲染 (8)5.2.1 特效概述 (8)5.2.2 特效类型 (8)5.2.3 特效制作流程 (8)5.3 动画与特效的综合应用 (9)第六章：虚拟现实音效与音频 (9)6.1 音效制作基础 (9)6.1.1 音源选择 (9)6.1.2 音效录制 (9)6.1.3 音效剪辑与处理 (9)6.2 音频编辑与处理 (10)6.2.1 音频剪辑 (10)6.2.2 音频混音 (10)6.2.3 音频效果处理 (10)6.3 音频在虚拟现实中的应用 (10)6.3.1 环境音效 (10)6.3.2 交互音效 (10)6.3.3 音乐与语音 (10)6.3.4 动态音频 (10)第七章：虚拟现实编程基础 (11)7.1 编程语言选择 (11)7.2 虚拟现实编程框架 (11)7.3 常用编程技巧与实例 (12)第八章：虚拟现实项目实践 (12)8.1 项目策划与规划 (12)8.2 项目开发流程 (13)8.3 项目测试与优化 (14)第九章：虚拟现实安全教育 (14)9.1 安全风险识别 (14)9.2 安全防护措施 (14)9.3 应急处理与预案 (15)第十章：虚拟现实在教育领域的应用 (15)10.1 教育虚拟现实概述 (15)10.2 虚拟现实教学资源开发 (15)10.2.1 虚拟现实教学资源的类型 (15)10.2.2 虚拟现实教学资源的开发流程 (16)10.3 虚拟现实教学实践 (16)10.3.1 虚拟现实在课堂教学中的应用 (16)10.3.2 虚拟现实在实验教学中的应用 (16)10.3.3 虚拟现实在远程教育中的应用 (16)第十一章：虚拟现实在工业领域的应用 (17)11.1 工业虚拟现实概述 (17)11.2 虚拟现实工业设计 (17)11.3 虚拟现实工业仿真 (17)第十二章：虚拟现实在未来发展趋势 (18)12.1 虚拟现实技术发展趋势 (18)12.2 虚拟现实行业前景 (18)12.3 虚拟现实与人工智能的融合 (19)第一章：虚拟现实技术概述1.1 虚拟现实技术的发展历程虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟产生的三维虚拟环境，让用户能够身临其境地体验和互动。

(精)虚拟现实课件ppt学习教案


课件目标与内容规划
明确教学目标
确定虚拟现实课件所要达到的教 学目标，如知识传递、技能培养
等。
内容规划
根据教学目标，规划课件内容，包 括知识点、案例、互动环节等。
受众分析
分析学习者的特点与需求，以便制 作出更符合学习者需求的课件。
3D建模与场景搭建技巧
01
02
03
3D建模
利用3D建模软件创建虚拟 场景中的物体和角色，注 意模型的细节和贴图。
场景搭建
根据教学内容，搭建相应 的虚拟场景，如教室、实 验室、博物馆等。
灯光与渲染
运用灯光和渲染技术，提 升虚拟场景的真实感和视 觉效果。
交互功能实现方法
UI设计
设计简洁明了的用户界 面，方便学习者进行操
作和交互。
交互逻辑
根据教学内容和学习者 需求，设计合理的交互 逻辑，如选择、拖拽、
旋转等。
编程实现
1 2 3
掌握基本技术
学生需要掌握虚拟现实技术的基本概念和原理， 如3D建模、渲染、交互等。
选择合适的工具
根据学生的技术水平和项目需求，选择合适的虚 拟现实开发工具和平台，如Unity、Unreal Engine等。
学习进阶技术
鼓励学生深入学习虚拟现实技术的高级特性和应 用，如多用户协同、物理模拟等。
利用虚拟现实开发引擎 和编程语言，实现课件
的交互功能。
测试与优化
对课件进行多次测试， 发现并修复问题，优化
交互体验。
03
虚拟现实技术在教育行业应
用
辅助教学手段创新
3D模型展示
通过虚拟现实技术，将抽象的概 念、理论等以3D模型的形式展现 出来，帮助学生更加直观地理解

虚拟现实的基本概念课件

3．人机接口的效果
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。
虚拟现实的基本概念
19
人机接口内容的改变
计算机提供“环境”, 不是“数据, 信息”。这改变了人机接口 的内容。
虚拟现实的这个特点体现了计算机应用的新方向。
1. 计算机的名称体现了它的最早应用是计算。当时，计算 机和用户交互的是计算有关的数值。
虚拟现实的基本概念
35
听觉通道的关键技术有哪些？
1.合成由接口提供的虚拟声音信号 2.声音在虚拟空间定位问题 3.发声设备。
虚拟现实的基本概念
36
（4） 触觉通道
触觉通道的作用是什么？
给人体表面提供触觉和力觉。当人体在虚拟空 间中运动时，如果接触到虚拟物体，虚拟显示 系统应该给人提供这种触觉和力觉。
虚拟现实的基本概念
21
虚拟现实中的人机接口，则是面向用户的。虚拟现 实系统中，用户以自然的方式与虚拟环境交互。
如何理解自然的方式呢？
所谓自然的方式，是指用户通过视觉，听觉， 触觉等感觉虚拟环境，使用户产生在真实环境 中的幻觉。同时，用户通过在真实环境中的行 为，去干预虚拟环境。于是，虚拟现实的人机 接口设备，完全不同于现有计算机的人机接口 设备。这也是虚拟现实技术中最有特色的内容 。
（2）Interaction(交互)，是指用户感知与操作环境 （3）Imagination(想象)，是指创造性。
虚拟现实的基本概念
24
4 虚拟现实的应用领域
1．娱乐 2．国防 3．设计、制造和销售 4．医疗和健康 5．危险操作 6．训练 7．教育 8．信息可视化 9．远程交往与远程游历
虚拟现实的基本概念
课程的主要内容

虚拟现实的介绍


传感器技术
01
02
03
位置传感器
用于检测用户的位置和运 动轨迹，如陀螺仪、加速 度计等。
姿态传感器
用于检测用户的头部姿态 和视线方向，如头戴式姿 态传感器。
触觉反馈传感器
用于提供触觉反馈，如振 动马达等。
交互技术
语音识别与合成
识别用户的语音输入并转化为文 字，同时将文字合成为语音输出。
手势识别
通过识别用户的手部动作和手势来 进行交互。
05
虚拟现实的实际应用案例
游戏娱乐领域
游戏娱乐
虚拟现实技术在游戏娱乐领域的应用已经非常广泛。玩家可以沉浸在虚拟的游戏 世界中，体验身临其境的感觉。例如，玩家可以在虚拟现实环境中体验刺激的战 斗场景、探索奇幻的游戏世界，以及与全球各地的玩家进行互动。
音乐会和演出
虚拟现实技术也可以用于音乐会和演出的观赏。通过虚拟现实头盔，观众可以身 临其境地感受到现场的氛围，仿佛置身于演出现场。这种技术为观众提供了更加 沉浸式的观赏体验。
体验。
1960年代
研究者开始探索模拟器技术，为 虚拟现实提供基础。
1970年代
计算机图形学取得突破，为虚拟 现实提供技术支持。
虚拟现实技术的发展阶段
1980年代
虚拟现实技术初步形成，出现第一代虚拟现实设 备。
1990年代
虚拟现实技术进入商业应用阶段，广泛应用于游 戏、教育等领域。
21世纪
虚拟现实技术不断升级，与人工智能、物联网等 技术融合，应用领域更加广泛。
THANKS
感谢观看
旅游
VR技术可以模拟旅 游景点，让用户在家 中就能体验到世界各 地的风景名胜。
02
虚拟现实的技术实现
3D建模与渲染技术

虚拟现实课件ppt学习教案

特点
虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、构想性等特点。其中，沉浸性是指用户可以完全沉浸在虚拟环境中，获得身 临其境的体验；交互性是指用户可以通过设备与虚拟环境进行互动；构想性是指虚拟现实技术可以为用户提供超 越现实的想象空间和体验。
应用领域与前景展望
应用领域
虚拟现实技术在教育、娱乐、医疗、军事、工业等领域都有广泛的应用。例如，在教育领域，虚拟现 实技术可以为学生提供更加生动、形象的学习体验；在娱乐领域，虚拟现实游戏和电影等已经成为新 的娱乐方式。
一种头戴式显示设备，能 够将用户的视觉和听觉完 全沉浸在虚拟环境中。
3D眼镜
类似于头盔的显示设备， 但更为轻便，通常需要通 过手机或电脑等设备提供 图像。
增强现实眼镜
一种将虚拟信息叠加到真 实世界中的头戴式显示设 备。
控制器与交互设备
手柄控制器
通过手柄上的按键和摇杆 等操作，实现对虚拟环境 中物体的操控和交互。
学习如何优化VR应用的性能，如减少多边形数量、降低贴图分 辨率、优化代码等。
用户体验提升
关注用户体验细节，如降低延迟、减少眩晕感、提高操作便捷性 等。
测试与反馈
进行充分的测试和用户反馈收集，不断改进和优化VR应用。
04
虚拟现实在教育领域应用案
例
场景模拟与沉浸式学习体验
场景模拟
通过虚拟现实技术，可以模拟出真实 世界中的各种场景，如历史事件、自 然环境、科学实验等，为学生提供身 临其境的学习体验。
用工具，可快速构建VR应用。
3D建模与渲染技术
3D建模
使用3D建模软件（如Blender、Maya等）创建虚拟场景和物体， 掌握基本建模技巧如多边形建模、曲面建模等。
材质与贴图
学习如何为模型添加材质和贴图，以增强模型的视觉表现力和真实 感。
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31
虚拟现实
作业
如何理解虚拟现实的含义？虚拟现实技术有 哪些重要特征？ 虚拟现实与计算机图形技术的区别。


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第八章
虚拟现实
内容：虚拟现实的基本概念；虚拟现实系 统的组成及虚拟现实的应用 重点：虚拟现实和仿真的区别，虚拟现实 系统的组成模块 难点：虚拟现实的实现
虚拟现实
第八章 虚拟现实

虚拟现实的概念 虚拟现实的重要特征 虚拟现实与仿真及计算机图形技术的区别 虚拟现实的分类 虚拟现实的构成
7
虚拟现实
虚拟现实有四个方面的基本用途(续）


操作 利用造型结果，使人们易于控制和理解复 杂的数据； 实现遥控； 实现帮助残疾人生活的控制。 娱乐 交互式游戏和以用户为中心的游戏系统 等。
8
虚拟现实
虚拟现实的应用

用于产品设计与性能评价。 波音777飞机的设计是虚拟原型机的应用典 型实例，这是飞机设计史上第一次在设计过 程中没有采用实物模型。波音777由300万 个零件组成，所有的设计在一个由数百台工 作站组成的虚拟环境中进行。设计师戴上头 盔显示器后，可以穿行于设计中的虚拟“飞 机”，审视“飞机”的各项设计指标。

自主性（autonomy）

虚拟现实
虚拟现实与仿真的区别

仿真（simulation）



是利用计算机软件模拟实际环境来进行科学试 验的技术。 从模拟实际环境这一特点看，仿真技术与虚拟 现实技术有着一定的相似性。 但是在多感知方面，仿真技术原则上以视觉和 听觉为主要感知，很少用到其它感知（如触觉 和力觉等）；在存在感方面，仿真基本上将用 户视为“旁观者”，可视场景不随用户的视点变 化，用户也没有身临其境之感；在交互性方 面，仿真一般不强调交互的实时性。
25
虚拟现实
虚拟现实的构成

系统模型
虚拟环境
反馈
显示 用户 反馈 传感装置
外部世界
虚拟现实的系统模型
ห้องสมุดไป่ตู้
26
虚拟现实


用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操 作，并得到实时三维显示和其它反馈信息 （如触觉和力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭 环时，在用户的控制下，用户与虚拟环境间 的交互可以对外部世界产生影响（如遥控操 作等）。

28
虚拟现实
（4）控制模块 对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现 实世界产生作用。 （5）3D模型库 现实世界各组成部分的三维表示，并由此构成对 应的虚拟环境。 （6）建模模块 获取现实世界各组成部分的三维数据，并建立它 们的三维模型。 虚拟现实系统的模块构成如下图所示。
29
虚拟现实
虚拟现实系统的模块构成

虚拟现实
虚拟现实的四个重要特征（续）

交互性（interaction）

交互性是指用户对模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）。例如，用户可以用手直接抓取模拟环境中 的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉 物体的重量（其实这时手里并没有实物），视场 中则可以看到被抓的物体随着手的移动而移动。 是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。 当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、翻 倒或从桌上落到地面等。 16
虚拟现实
虚拟现实的四个重要特征（续）

多感知性（multi-sensory）

多感知就是指除了一般计算机技术所具有的视 觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉 感知、运动感知，甚至包括嗅觉感知、味觉感 知等。 存在感（presence） 又称为临场感（immersion），它是指用户感到 作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟应达到使用户难以分辨真假的程度（例 如可视场景应随着视点的变化而变化），如实 现比亲临现场更逼真的照明和音响效果等，使 人感到比临场还“真实”。 15
11
虚拟现实
国外国内的发展状况

国内一些院校和科研单位，陆续开展了VR 技术的研究，已经实现或正在研制的虚拟现 实系统也有不少。像北京航空航天大学计算 机系虚拟现实与可视化新技术研究室集成的 分布式虚拟环境DVENET （Distributed Virtual Environment NETwork）；浙江大学 心理学国家重点实验室开发的虚拟故宫、 CAD&CG国家重点实验室开发出桌面虚拟建 筑环境实时漫游系统。
27
虚拟现实
虚拟现实的构成（续）
虚拟现实系统主要由以下6个模块构成： （1）检测模块 检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用 于虚拟环境。 （2）反馈模块 接受来自传感器模块的信息，为用户提供实时 反馈。 （3）传感器模块 一方面接受来自用户的操作命令并将其作用于 虚拟环境，另一方面将产生的结果以各种反馈形 式提供给用户。
5
虚拟现实
虚拟现实的概念

概念： 虚拟现实（Virtual Reality)

是人们通过计算机对复杂数据进行可视 化、操作以及实时交互的环境。
6
虚拟现实
虚拟现实有四个方面的基本用途


造型 将各种复杂的数据进行三维化、可视化， 使人更易于理解、操作或修改。 通信 帮助克服由于语言和文化障碍而产生的交 流困难； 实现远程通信，通过网络形成虚拟环境， 使相距遥远的人们如同在一地一样容易交 流。
3
虚拟现实


“现实”泛指在物理意义上或在功能意义上存在于世界的事 物或环境，它可以是实际上能实现的，也可以是实际上难 以实现的或根本无法实现的。 “虚拟”是指这个特定的环境是由计算机模拟现场生成的。 “虚拟现实”是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通 过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中去操作、 控制和感受环境，实现特殊的目的。 虚拟现实的系统环境除采用计算机作为中央部件外， 还包括头盔式显示装置、数据手套、数据衣、传感装置以 及各种现场反馈设备。
9
虚拟现实
虚拟现实的应用（续）

教育与娱乐领域。 将VR技术应用于教育可以使学生能够游览海底、 遨游太空、观摩历史城堡，甚至深入原子内部观 察电子的运动轨迹和体验爱因斯坦的相对论世 界，从而更形象地获取知识，激发思维。能使用 户“沉浸”于和谐人机环境的VR技术在娱乐业有着 极其广泛的应用。第一个大规模的VR娱乐系统 “BattleTech”，将每个“座舱”仿真器连网进行组之 间的对抗，3D逼真视景、游戏杆、油门、刹车和 受到打击时的晃动给用户很强的感官刺激。
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虚拟现实与计算机图形技术的区别

计算机图形技术CG（Computer Graphics）


是实时图形生成与显示的技术。 它也在某些方面与虚拟现实有相似之处，可以提供良好 的实时交互性和一定的自主性。 但在多感知和存在感方面与虚拟现实有很大差距。计算 机图形技术主要依赖于视觉和听觉感知，虽然生成的图 形具有三维立体感，但由于感知手段的限制，用户并不 能感到自己和生成的图形世界融合在一起，如场景不能 随自己的视线改变面改变等。
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虚拟现实
虚拟现实的概念

虚拟现实 又称虚拟实境或灵境技术。它是在多媒体技 术、计算机图形学、仿真技术、人一机接口技 术、传感技术、模糊逻辑、人工智能、神经网 络及心理学的基础上发展起来的一门交叉学科 的高技术。 它利用高速计算机系统生成一种模拟环境（如 汽车驾驶舱、建筑物内部结构浏览等），通过 多种传感设备和先进的计算机用户接口使操作 者“置身”于该环境中并与该环境直接进行自然 交互操作。
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虚拟现实的分类（续）

虚拟现实系统也可以按操作者与外界的交互 状态进行分类，通常有以下三类： 封闭式虚拟现实 开放式虚拟现实 上述两种模型的组合
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封闭式虚拟现实

这种系统与外部现实世界不产生直接交互。 其特点是虚拟环境可以是任意虚构的、幻想 的世界。
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虚拟现实
桌面型虚拟现实


桌面型虚拟现实并不强调让用户具有立体虚 拟现实的立体视觉效果，它通过计算机显示 屏幕来展现虚拟世界，但是用户仍可以通过 三维特殊输入设备即时地直接控制虚拟世界 并直接使用虚拟世界内的物体。 这类虚拟现实常应用于教育培训方面。
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虚拟现实
立体型虚拟现实


这种虚拟现实通过使用头盔式显示器 （head-mounted display）模拟人左、右眼的 视觉，使计算机产生的世界如同现实生活的 立体世界。 立体型虚拟现实是最高级别的计算机仿真环 境，可应用于医学实验和军事演习。
开放式虚拟现实

通过各种传感装置与外界构成反馈闭环。 其特点是虚拟环境是某一现实世界的真实模型。 其目的是通过利用虚拟环境对现实世界进行直接 操作或遥控操作，达到克服现实环境的限制（如 遮挡、遥远、危险、不便到达和不能到达等）或 使操作方便、可靠的目的。 例如，提供碰撞报警（利用虚拟环境计算相撞 距离），减轻操作员的心理负担，减少操作失 误。
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虚拟现实
虚拟现实的应用（续）

VR还可以应用于高难度和危险环境下的作业训 练。如医疗手术训练的VR系统，用CT数据在计算 机中重构人体或某一器官的几何模型，并赋予一 定的物理特征（例如密度、韧度、组织比例 等），通过机械手或数据手套等高精度的交互工 具在计算机中模拟手术过程，以达到训练、研究 的目的。美国的NASA和欧洲空间局ESA曾成功地 将VR技术应用于航天运载器的空间活动、空间站 的操作和对哈勃太空望远镜维修方面的地面训 练。
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虚拟现实的发展



60年代初，随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声 与三维立体显示相结合的计算机系统。 80年代，Jaron Lanier提出了“虚拟现实”VR的观点，目的在 于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表 示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特 殊的空间三维装置在这个环境中“环游”，创造出一种“亲临 其境”的感觉。但由于当时各学科技术水平及设备的限制效 果无法令人满意。 90年代初，随着计算机多媒体系统软硬件功能的迅速完善 和计算机图形处理技术的发展，“虚拟现实”才建立起一个 较完整的体系并受到人们的极大关注。