第章虚拟现实技术2

第六章多媒体虚拟现实技术1一概述二相关技术三虚拟现实建模语言第六章多媒体虚拟现实技术2概述以计算科学为核心的虚拟现实（VR）技术是多学科、多方向交叉的新技术，能够生成近似真实环境视、听、嗅、触等感知信息的虚拟环境。3虚拟现实研究的主要内容人与环境的融合技术1）高分辨率的立体显示器2）方位跟踪系统3）手势跟踪系统4）触觉反馈系统5）声音定位与跟踪4虚拟现实研究的主要内容动态环境建模——虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，动态环境建模技术的目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术，更多的情况则需采用非接触式的视觉技术，两者有机结合可以有效地提高数据获取的效率。5虚拟现实在房地产领域的具体应用最直观的交流方式

传统的效果图等表现手段落后，应用虚拟现实技术，构筑逼真的三维动态模型，全方位的展示建筑物内外部空间及功能6物体对象的仿真技术1）几何仿真2）物理防真3）行为仿真7虚拟装配”（VirtualAssembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：

1)一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。

2)根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

8模拟驾驶系统是用高科技手段如高速图形计算机、数据头盔或其他三维视觉通道（例如投影仪）、三维位置跟踪器和立体声音响等构造出一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感知功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境中并与之相互作用的能力。

9实时三维图形生成技术——三维图形的生成技术已经较为成熟，这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。10运动动训训练练视视频频分分析析系系统统及及其其应应用用将数数字字视视频频技技术术引引入入运运动动训训练练中中，，为为专专业业运运动动训训练练提提供供方方便便快快捷捷的的视视觉觉反反馈馈手手段段，，提提供供多多种种形形式式的的基基于于视视频频的的深深入入分分析析。。运运动动训训练练视视频频分分析析软软件件系系统统-DVCoach，应应用用于于国国家家跳跳水水队队11研究究面面向向体体育育训训练练的的三三维维人人体体运运动动模模拟拟与与视视频频分分析析系系统统，，12虚拟拟现现实实的的基基本本特特征征沉浸浸性性(Immersion）指指用用户户感感到到作作为为主主角角存存在在于于模模拟拟环环境境中中的的真真实实程程度度。。理理想想的的模模拟拟环环境境应应该该使使用用户户难难以以分分辨辨真真假假交互互性性（（Interactivity)指用用户户对对模模拟拟环环境境内内物物体体的的可可操操作作程程度度和和从从环环境境得得到到反反馈馈的的自自然然程程度度(包括括实实时时性性)。构想想性性(Imagination）强强调调虚虚拟拟现现实实技技术术应应具具有有广广阔阔的的可可想想像像空空间间，，可可拓拓宽宽人人类类认认知知范范围围，，不不仅仅可可再再现现真真实实存存在在的的环环境境，，也也可可以以随随意意构构想想客客观观不不存存在在的的甚甚至至是是不不可可能能发发生生的的环环境境13虚拟拟现现实实代代表表性性设设备备BOOM可移移动动式式显显示示器器它是是一一种种半半投投入入式式视视觉觉显显示示设设备备。。使使用用时时，，用用户户可可以以把把显显示示器器方方便便地地置置于于眼眼前前，，不不用用时时可可以以很很快快移移开开。。BOOM使用用小小型型的的阴阴极极射射线线管管，，产产生生的的像像素素数数远远远远小小于于液液晶晶显显示示屏屏，，图图像像比比较较柔柔和和，，分分辨辨率率为为1280××1024像素素，，彩彩色色图图像像。。14数据据手手套套:数数据据手手套套是是一一种种输输入入装装置置，，它它可可以以把把人人手手的的动动作作转转化化为为计计算算机机的的输输入入信信号号。。它它由由很很轻轻的的弹弹性性材材料料构构成成。。该该弹弹性性材材料料紧紧贴贴在在手手上上，，同同时时附附着着许许多多位位置置、、方方向向传传感感器器和和光光纤纤导导线线，，以以检检测测手手的的运运动动。。光光纤纤可可以以测测量量每每个个手手指指的的弯弯曲曲和和伸伸展展，，而而通通过过光光电电转转换换，，手手指指的的动动作作信信息息可可以以被被计计算算机机识识别别虚拟拟现现实实代代表表性性设设备备15虚拟拟现现实实代代表表性性设设备备TELETACT手套套:它是是一一种种用用于于触触觉觉和和力力觉觉反反馈馈的的装装置置，，利利用用小小气气袋袋向向手手提提供供触触觉觉和和力力觉觉的的刺刺激激。。这这些些小小气气袋袋能能被被迅迅速速地地加加压压和和减减压压。。当当虚虚拟拟手手接接触触一一件件虚虚拟拟物物体体时时，，存存储储在在计计算算机机里里的的该该物物体体的的力力模模式式被被调调用用，，压压缩缩机机迅迅速速对对气气袋袋充充气气或或放放气气，，使使手手部部有有一一种种非非常常精精确确的的触触觉觉。。16虚拟拟现现实实代代表表性性设设备备数据据衣衣：：为为了了让让VR系系统统识识别别全全身身运运动动而而设设计计的的输输入入装装置置。。数数据据衣衣对对人人体体大大约约50多多个个不不同同的的关关节节进进行行测测量量，，包包括括膝膝盖盖、、手手臂臂、、躯躯干干和和脚脚。。通通过过光光电电转转换换，，身身体体的的运运动动信信息息被被计计算算机机识识别别。。通通过过BOOM显显示示器器和和数数据据手手套套与与虚虚拟拟现现实实交交互互数数据据衣衣。。17头盔显示示器便携、高高品质、、高分辨辨率的计计算机显显示器，，内建高高保真立立体声耳耳机。即即插即用用的产品品，适合合所有的的PC机，笔记记本电脑脑甚至目目前流行行的PDA，现场感感强、图图象清晰晰、饱和和多彩。。为计算算机显示示提供了了很好的的单通道道解决方方案。18虚拟现实实系统的的应用在科学研研究日本熔解解科学研研究院利利用VR技术进行行包括核核聚变等等离子体体、聚合合体和其其它物质质的流体体动力学学、分子子动力学学等3D复杂现象象超级计计算机模模拟的互互动三维维（3D）数据分分析。19在工程领领域大型工程程漫游展展示示各种拟拟建设的的工程项项目，为为国际和和国内工工程设计计投标建建立多种种层次、、细节丰丰富的虚虚拟模型型，真实实再现工工程竣工工后的情情况。用用户可选选择不同同路径进进入该项项工程的的任意部部分；也也可为已已建设或或正在建建设的各各种工程程项目展展示其周周边环境境、内部部装修、、固定设设施的配配套情况况。20在教学领领域中国地质质大学地地质晶体体学研究究和教学学应用利利用用虚拟现现实技术术演示它它们的结结构特征征，直观观明了。。加深了了对晶体体结构的的了解。。巴基球的的分子图图21虚拟电子子书又叫叫做虚拟拟翻页、、感应翻翻书、电电子翻书书等。是是通过空空间感应应技术，，实现一一本只有有框架和和模型的的书本，，而这本本书的内内容可以以是动画画、视频频、图片片。22在军事领领域虚拟战场环境境采用虚拟现实实技术使受受训者在在视觉和和听觉上上真实体体验战场场环境、、熟悉将将作战区区域环境境特征。。在阿富汗汗和伊拉拉克战争争中，美美军采用用综合了了航空照照片、卫卫星影像像和数字字高层地地形数据据来生成成高分辨辨率的作作战区域域三维地地形环境境三维战战场地形形训练飞飞行员。。大大减减少了执执行任务务的难度度和伤亡亡23在医疗中科院深深圳研究究院研究究了虚拟拟人的三三维可视视化、虚虚拟解剖剖、虚拟拟针灸、、虚拟窥窥镜等虚虚拟手术术系列产产品。工工作人员员在电脑脑前操作作，荧幕幕上出现现一个立立体“虚虚拟人””。当操操作者戴戴上3D眼镜与力力反馈装装置、就就可为““虚拟人人”做手手术操作者则则可完成成从切开开、止血血、分离离、病灶灶处理到到缝合的的每一步步。通过过力反馈馈设备的的引入，，受训者者可感受受到真实实的手感感，让人人身临其其境地观观察人体体组织，，模拟手手术操作作。是3D技术、模模糊智能能判别、、基于面面向对象象的多层层结构、、非线性性编辑技技术、三三维重建建技术与与虚拟现现实技术术等多项项技术的的综合，，最终将将提供120个不同难难度的手手术，包包括普外外、神经经、心胸胸、外科科、妇产产科等各类手手术。24肝脏是人人体造血血解毒器器官，由由于肝脏脏的解剖剖结构特特殊，血血管分布布密集，，传统的的外科治治疗手术术困难。。若运用用虚拟现现实技术术将核磁磁共振成成像和扫扫描技术术等医疗疗成像资资料数据据在计算算机中重重构器官官的三维维图像模模型，分分析病灶灶，便可可以使手手术机器器人能准准确无误误地开展展手术，，降低手手术风险险25虚拟现实实建模语语言VRML是“虚虚拟现实实建模语语言”（（VirtualRealityModelingLanguage）的首首字母缩缩写。简单说，，VRML是一一种用于于描述三三维造型型与交互互环境的的简单的的文本语语言。复杂说，，VRML是在在Internet上上建立3D多媒媒体和共共享虚拟拟世界的的一个开开放标准准。26虚拟现实实建模语语言优点：＊平台无无关：无无论你的的平台是是PC还是SGI，都可以以浏览VRML世界;＊基于Web，能够建建立三维维可视化化服务器器；＊能够快快速建模模：支持持PROTO等灵活的的编程方方式;＊大量的的可用资资源：越越来越多多的Internet站点含有有与VRML有关的内内容。27虚拟现实实建模语语言缺点：＊着色色不如OpenGL快;＊没有有底层控控制;＊有限限的界面面。28VRML的使用与与开发条条件VRML浏览环境境：浏览器：：IE3.0或NetscapeNavigator3.0（NS）以上版版本;VRML插件：Windows98、NS自带或另另行下载载更新的的版本。。29VRML的使用与与开发条条件最简单的的VRML程序开发发环境：：以上两种种软件再再加上一一个文本本编辑器器，如记记事本或或UltraEdit等。要浏览览用VRML语言创创建的的虚拟拟世界界，首首先要要安装装它的的浏览览器，，如果果你使使用NS，则它它自带带VRML插件。。如果果使用用IE，可以以这样样做：：在Windows98桌面中中单击击开始始→控控制面面板→→添加加／删删除程程序，，在““添加加／删删除程程序””属性性对话话框中中单击击“Windows安装程程序””标签签，然然后选选中““Internet工具””，单单击““详细细资料料”按按钮，，再选选中““MicrosoftVRML2.0浏览器器”，，确定定。30VRML的工作作原理理VRML的工作作原理理是用用文本本信息息描述述三维维场景景,在Internet网上传传输,在本地地机上上由VRML的浏览览器解解释生生成三三维场场景,解释生生成的的标准准规范范即是是VRML规范,而把复复杂的的处理理任务务交给给本地地机从从而减减轻了了网路路的负负荷.31VRML建模语语言主主要技技术特特征基于C/S模式式的访访问方方式.其其中服服务器器提供供VRML文件件,客客户通通过网网络下下载希希望访访问的的文件件,并并通过过本地地平台台的浏浏览器器(Viewer)对该该文件件描述述的VR世世界进进行访访问;即VRML文文件包包含了了VR世界界的逻逻辑结结构信信息,浏览览器根根据这这些信信息实实现许许多VR功功能.由于于浏览览器是是本地地平台台提供供的,从而而实现现了VR的的平台台无关关性.32VRML建模语语言主主要技技术特特征基于ASCII码的的低带带宽可可行性性:VRML像像HTML一样样,用用ASCII文文本格格式来来描述述世界界和链链接,保证证在各各种平平台上上通用用,同同时也也降低低了数数据量量,从从而在在低带带宽的的网络络上也也可以以实现现.而而且当当VRML在本本地运运行时时,由由于不不受网网络带带宽和和传输输的限限制效效果更更佳.33VRML建模语语言主主要技技术特