虚拟现实技术简介.ppt
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1、虚拟现实技术,主讲教师:陈昌红2015.8,总学时:32,学分:2,教学环节:作业、日常考勤,使用教材:苗志宏等编著,虚拟现实技术基础与应用,清华大学出版社,2014.05.,虚拟现实技术是什么?虚拟现实系统介绍虚拟现实技术的发展历程虚拟现实的原理和本质虚拟现实系统的组成虚拟现实系统的分类虚拟现实相关技术发展虚拟现实技术价值虚拟现实技术的应用为何虚拟现实技术未爆发?,主要内容,虚拟现实技术是指采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境,用户借助特殊的输入/输出设备,与虚拟世界中的物体进行自然的交互,从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受,虚拟现实技术是什么?,虚拟现实(V
2、irtuaI Reality,VR)是由美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier在1989年提出的。Virtual是虚假的意思,其含义是这个环境或世界是虚拟的,是存在于计算机内部的。Reality就是真实的意思,其含义是现实的环境或真实的世界。,虚拟现实这个概念最早是由谁在什么时间提出的?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。如何理解“虚拟”这个词?“Virtual”说明,这个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”
3、这个虚拟的环境中。所谓“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如何理解“交互”这个词?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,沉浸感,身临其境的感觉。虚拟现实或虚拟环境系统包括哪些?包括人类操作者、人机接口和计算机,虚拟现实技术是什么?,虚拟现实技术是什么?,要素:现代高科技手段(计算机图形技术、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感技术)虚拟环境(模拟真实世界中的环境、模拟人类主观构造的环境、模拟真实世界中人类不可见的环境)输入输出输出设备:头戴显示器、3D立体显示器、3D立体眼镜、洞穴式立体显示系统输入设备:游戏手柄/摇杆、3D数据手套、
4、位置追踪器、眼动仪、动作捕捉器(数据衣)等,自然的交互(用户采用自然的方式对虚拟物体进行操作并得到实时立体的反馈。如:语音、手的移动、头的转动、脚的走动等),虚拟现实技术是什么?,对于虚拟现实系统,与用户交互的环境实际是人工构造的,存在于计算机内部的环境。这种虚拟的环境,可能有几种情况:一种情况是真实环境的仿真。例如,仿真真实建筑物的虚拟建筑物。这种真实建筑物可能是已经建成的,也可能是已经设计好但尚未建成的。一种情况是完全虚拟的人造环境。例如在虚拟风洞中,借助可视化技术构造的虚拟风洞环境。又如在三维动画中,人工构造的虚拟环境。,虚拟现实系统介绍,虚拟现实的概念中有三个I:(1)Immersio
5、n(沉浸),是指逼真的,身临其境的感觉。(2)Interaction(交互),是指用户感知与操作环境(3)Imagination(想象),是指创造性,虚拟现实系统介绍,萌芽阶段:此阶段虚拟现实技术没有形成完整的概念,处于探索阶段。1956年,具有多感官体验的立体电影系统Sensorama被开发。1965年,“虚拟现实之父”美国科学家LvanSutherland提出感觉真实、交互真实的人机协作新理论。1968年,Lvan Sutherland研发出视觉沉浸的头盔式立体显示器和头部位置跟踪系统。1973年,Myron Krurger提出“VirtualReality”概念。,虚拟现实技术的发展历程
6、,虚拟现实技术从实验室走向系统化实现阶段:此阶段虚拟现实技术的概念逐渐形成和完善,出现了一些比较典型的虚拟现实应用系统。20世纪80年代初,美国国防部研发出虚拟战场系统SIMNET,宇航局开发用于火星探测的虚拟环境视觉显示器。1986年,“虚拟工作台”的概念被提出,裸视3D立体显示器被研发。1988年,VPL公司研制出第一款民用虚拟现实产品EyePhone。1989年,VPL公司创始人正式提出了“VirtualReality”并被正式认可和使用。,虚拟现实技术的发展历程,虚拟现实技术快速发展和完善阶段:此阶段与虚拟现实技术密切相关的计算机软件、硬件系统迅速发展,从而推动了虚拟现实技术在各行业领
7、域广泛应用。1992年,Sense8公司开发“WTK”软件开发包,极大缩短虚拟现实系统的开发周期。1993年,波音公司使用虚拟现实技术设计出波音777飞机。1994年,虚拟现实建模语言、建模语言出现,为图形数据的网络传输和交互奠定基础。,虚拟现实技术的发展历程,人在物理交互空间通过传感器集成等设备与由计算机硬件和VR引擎产生的虚拟环境交互,虚拟现实的原理和本质,多传感器的原始数据经过传感器处理成为融合信息,经过行为解释器产生行为数据,然后输人虚拟环境并与用户进行交互,最后,来自虚拟环境的配置和应用状态再反馈给传感器,虚拟现实的本质在于它的模拟和仿真,可以通过现有的信息技术手段达到对现实世界中客
8、观事物的模拟和再现。虚拟现实通过模仿,尽可能地模拟出现实中的功能和特性,通过交互的手段,令使用者产生“身临其境”的感觉。,虚拟现实系统的组成,桌面式虚拟现实利用个人计算机或初级图形工作站,以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口,采用立体图形、自然交互等技术,产生三维立体空间的交互场景,通过包括键盘、鼠标和力矩球等在内的各种输人设备操纵虚拟世界,实现与虚拟世界的交互,虚拟现实系统的分类,沉浸式虚拟现实提供了一个完全沉浸的体验,使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉,是种高级的、较理想的虚拟现实系统。通常采用洞穴式立体显示装置或头盔式显示器等设备,首先把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来,并
9、提供一个新的、虚拟的感觉空间,利用三维鼠标、数据手套、空间位置跟踪器等输人设备和视觉、听觉等设备,使用户产生一种身临其境、完全投人和沉浸其中的感觉。,虚拟现实系统的分类,增强式虚拟现实增强现实是在虚拟现实与真实世界之间的沟壑上架起座桥梁;例如,可以利用叠加在周围环境上的图形信息和文字信息,以指导操作者对设备进行操作、维护或是修理,而不需要操作者去查阅手册,甚至不需要操作者具有工作经验。,虚拟现实系统的分类,分布式虚拟现实分布式虚拟现实系统是虚拟现实技术和网络技术结合的产物;在沉浸式虚拟现实系统的基础上,将地理上分布的多个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起,使每个用户同时参与到一个虚拟空间,通
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