虚拟现实概率PPTX页

1、第一章第一章 虚虚 拟拟 现现 实实 概概 论论主讲教师：贾金原主讲教师：贾金原助助 教：杨寒冰教：杨寒冰 联系方式：联系方式13816142387 qq: 605360422 qq: 605360422 email: email: 同济大学软件学院同济大学软件学院 图形图像研究中心图形图像研究中心第第1 1章章 虚拟现实概论虚拟现实概论-大纲大纲1.11.1 虚拟现实技术虚拟现实技术的概念的概念1.21.2 虚拟现实技术虚拟现实技术的发展史的发展史1.31.3 虚拟现实虚拟现实系统简介系统简介1.4 1.4 虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征1.51.5 虚拟现实

2、虚拟现实与动画和游戏的区别与动画和游戏的区别1.61.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类1.7 1.7 虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术的应用领域1.8 1.8 虚拟现实技术的研究现状虚拟现实技术的研究现状1.1 虚拟现实（虚拟现实（virtual reality）基本概念）基本概念 虚拟现实虚拟现实 是一种逼真的视、听、触觉一体化的计算是一种逼真的视、听、触觉一体化的计算机生成环境，用户可以借助必要的装备以自然的方机生成环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。从

3、而获得亲临等同真实环境的感受和体验。 虚拟现实虚拟现实 = virtual + reality虚拟现实是虚拟化的、数字化的现实环境，它忠于虚拟现实是虚拟化的、数字化的现实环境，它忠于现实，更可以超越现实！现实，更可以超越现实！1.2 虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史 虚拟现实技术（虚拟现实技术（）简）简称称vrvr技术，是技术，是2020世纪末逐渐兴起的一门综合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以及并行处理等

4、多个信息技术分支的最新发展成果。展成果。1.2虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史o 19291929年，年，edward linkedward link设计出用于训练飞行员设计出用于训练飞行员的模拟器的模拟器1.2 虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史o 19651965年，年，ivan sutherlandivan sutherland发表论文发表论文“ultimate ultimate display”display”（终极的显示）（终极的显示）1.2 虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史o 19721972年，年，nolan bushnellnolan bushnell开发

5、出第一个交互式电子游开发出第一个交互式电子游戏戏pong pong o 19771977年，年，dan sandindan sandin、tom defantitom defanti和和rich sayrerich sayre研制研制出第一个数据手套出第一个数据手套sayre glovesayre gloveo 2020世纪世纪8080年代，美国国家航空航天局（年代，美国国家航空航天局（nasanasa）组织了）组织了一系列有关一系列有关vrvr技术的研究技术的研究 ：n19841984年，年，nasa amesnasa ames研究中心的研究中心的m. mcgreevy m. mcgreev

6、y 和和j. humphriesj. humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；n19871987年，年，jim humphriesjim humphries设计了双目全方位监视器（设计了双目全方位监视器（boomboom）的）的最早原型。最早原型。 1.2 虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史o19901990年，在美国达拉斯召开的年，在美国达拉斯召开的siggraphsiggraph会议上为会议上为vrvr技术的发展确定技术的发展确定了了研究方向研究方向，明确提出，明确提出vrvr技术研究的主要内容包括技术研究的主要内容包括: :

7、n实时三维图形生成技术、实时三维图形生成技术、n多传感器交互技术、多传感器交互技术、n高分辨率显示技术。高分辨率显示技术。o从从2020世纪世纪9090年代开始，年代开始，vrvr技术的研究热潮也开始向技术的研究热潮也开始向民间的高科技企民间的高科技企业转移业转移。著名的。著名的vplvpl公司开发出第一套传感手套命名为公司开发出第一套传感手套命名为“dataglovesdatagloves”，第一套，第一套hmdhmd命名为命名为“eyephoneseyephones”。o进入进入2121世纪后，世纪后，vrvr技术更是进入软件高速发展的时期，技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的一

8、些有代表性的vrvr软件开发系统不断在发展完善，如软件开发系统不断在发展完善，如multigen vegamultigen vega、openscenegraphopenscenegraph、virtoolsvirtools等。等。1.3 虚拟现实系统简介虚拟现实系统简介 p典型的典型的vrvr系统主要由：系统主要由：p计算机软件系统计算机软件系统p vr vr软件软件p vr vr环境数据库环境数据库p 计算机硬件系统计算机硬件系统 p vr vr输入设备输入设备p vr vr输出设备输出设备 1.4 虚拟现实的特征虚拟现实的特征o 传统的三个特传统的三个特征（征（ 3个个i ）n 沉浸感沉

9、浸感 (immersion)o 参与者全身心地沉浸于计算机所生成的三维虚拟环参与者全身心地沉浸于计算机所生成的三维虚拟环境，并产生境，并产生身临其境身临其境的感觉。的感觉。n 交互性交互性 (interaction)o 参与者参与者可以利用各种可以利用各种感官功能及人类自然技能感官功能及人类自然技能对对虚虚拟环境进行交互考察与操作拟环境进行交互考察与操作。n 构想性构想性(imagination)o 参与者借助参与者借助vr系统给出的逼真视听触觉信号而产生系统给出的逼真视听触觉信号而产生的对虚拟空间的想象的对虚拟空间的想象 1.4虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征-沉浸感沉浸感vrvr技术的

10、沉浸感：技术的沉浸感：o 又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。环境中的真实程度。o vrvr技术最主要的特征。技术最主要的特征。o 影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应及交互设备的约束程度等的时间或空间响应及交互设备的约束程度等 。1.4虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征-交互性交互性vrvr技术的交互性：技术的交互性：o 指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟指用户对虚拟环境

11、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）。环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。o 主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据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、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。虚拟环境中的对象。1.4 虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征想象力想象力vrvr技术的想象力技术的想象力：o 指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻

12、辑判断、推理和联想身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。来进展进行想象的能力。o 对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。高产品开发质量。1.5 1.5 虚拟现实与三维动画的虚拟现实与三维动画的区别区别（1 1）o 真实性真实性n 三维动画三维动画场景画面由动画制作人员根据材料或想象直接场景画面由动画制作人员根据材料或想象直接画制而成，与真实的

13、环境和数据有较大的差距，属于演示类艺画制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，属于演示类艺术作品。术作品。n 虚拟现实虚拟现实虚拟环境由基于真实数据建立的数字模型组合虚拟环境由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统。操纵者亲身体验虚拟三维空间，身临其境。统。操纵者亲身体验虚拟三维空间，身临其境。 o 交互性交互性n 三维动画三维动画只能如电影一样单向演示，场景变化，浏览路只能如电影一样单向演示，场景变化，浏览路径，需要预先指定，无法改变。画面需要事先制作生成，耗时径，需要预先指定，无法改变。画

14、面需要事先制作生成，耗时、费力、成本较高。没有互动性。、费力、成本较高。没有互动性。 n 虚拟现实虚拟现实操纵者可以实时感受运动带来的场景变化，步操纵者可以实时感受运动带来的场景变化，步移景异，并可亲自布置场景，具有双向互动的功能。移景异，并可亲自布置场景，具有双向互动的功能。 1.5 1.5 虚拟现实与三维动画的虚拟现实与三维动画的区别区别（2 2）o 时间性时间性n 三维动画受动画制作时间限制，无法详尽展示，三维动画受动画制作时间限制，无法详尽展示，性价比低。性价比低。n 虚拟现实没有时间限制，可真实详尽地展示，并虚拟现实没有时间限制，可真实详尽地展示，并可以在虚拟现实基础上导出动画视频文

15、件，同样可以可以在虚拟现实基础上导出动画视频文件，同样可以用于多媒体资料制作和宣传，性价比高。用于多媒体资料制作和宣传，性价比高。o 应用性应用性n 三维动画只适合简单的演示功能。三维动画只适合简单的演示功能。n 虚拟现实在实时三维环境中，支持方案调整、评虚拟现实在实时三维环境中，支持方案调整、评估、管理、信息查询等功能，适合较大型复杂工程项估、管理、信息查询等功能，适合较大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要，同时又目的规划、设计、投标、报批、管理等需要，同时又具有更真实和直观的多媒体演示功能。具有更真实和直观的多媒体演示功能。 1.5 1.5 分布式虚拟现实与网络游戏的分布式

16、虚拟现实与网络游戏的区别区别o 网络游戏一般是基于网络游戏一般是基于c/sn 需要安装客户端需要安装客户端o 客户端通常很大（对客户端的配置有要求）客户端通常很大（对客户端的配置有要求）n 以娱乐为目的以娱乐为目的o 用户通常有耐心等待下载和安装用户通常有耐心等待下载和安装o （web）vr不需要安装客户端不需要安装客户端n down-and-playo 下载即观看下载即观看n 以宣传和展示为目的以宣传和展示为目的o 用户没有耐心等待下载和安装用户没有耐心等待下载和安装o 如果如果2分钟内还看不到东西就放弃了分钟内还看不到东西就放弃了1.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 桌面式桌面式v

17、rvr系统（系统（desktop vrdesktop vr） 沉浸式沉浸式vrvr系统（系统（immersive vrimmersive vr） 增强式增强式vrvr系统（系统（augmented vraugmented vr） 分布式分布式vrvr系统（系统（distributed vrdistributed vr）基于网页的基于网页的vrvr系统（系统（webvrwebvr） 1.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 桌面式桌面式vrvr系统系统1.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 沉浸式沉浸式vr系统系统1.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 增强式增强式vrvr系统系

18、统( (augmented reality, ar) )1.6 虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 分布式分布式vrvr系统系统(dvr)(dvr)1.6 分布式虚拟现实分布式虚拟现实 distributed virtual realityo 概念概念n在互联网上构建一个逼真而互动的三维虚拟空间在互联网上构建一个逼真而互动的三维虚拟空间o 特点特点n分布于不同地理位置的多台计算机通过网络互联分布于不同地理位置的多台计算机通过网络互联n允许多用户之间进行实时互动允许多用户之间进行实时互动 计算机 实物虚化 人 虚物实化 计算机 虚物实化 实物虚化 计算机网络 人 分布式虚拟环境 1.6 分布式

19、虚拟现实的特点分布式虚拟现实的特点o 我扩充的我扩充的dvr的新的新3个个in 智能性智能性(intelligence)o 虚拟人虚拟人nh-anim（国际标准）（国际标准）o digitalstorytellingnaiml、icml（讲故事、多人聊天、人机对话）（讲故事、多人聊天、人机对话）n 集成性集成性(integration)o 图形、图像、音频、视频、文本、图形、图像、音频、视频、文本、gis、遥感影像等、遥感影像等n 互联网互联网(internet)-基于基于web的的vrwebvro 基于基于webgraphicso 虚拟城市虚拟社区虚拟城市虚拟社区nsecondlife,googleearth,virtualearth1.7 虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术的应用领域 教育与训练教育与训练 设计与规划设计与规划 科学计算可视化科学计算可视化 商业领域商业领域 艺术与娱乐艺术与娱乐