浅谈虚拟现实VR知识讲解

什么(shénme)是VR？VR=VirtualReality=虚拟现实虚拟现实，或虚拟实境（VirtualReality），简称VR技术，是指利用电脑模拟产生(chǎnshēng)一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。1第一页，共60页。什么(shénme)是VR？最新的虚拟现实技术通过高清晰度头戴式显示器、高保真扬声器、动作追踪系统、以及其他知觉模拟器使得(shǐde)虚拟现实用户获得前所未有的临场感。2第二页，共60页。VR行业(hángyè)近期重大事件2014年，Facebook以20亿美元收购初创公司Oculus2016年3月，Oculus公司产品OculusRift正式上市销售2016年3月，微软公司产品HoloLens（开发者版）开始(kāishǐ)销售2016年3月，索尼公司产品PlayStationVR正式公开2016年4月，HTC公司产品HTCVive上市销售2016年4月，工信部发布《虚拟现实产业发展白皮书5.0》2016年5月，虚拟现实和增强现实国家及行业标准开始(kāishǐ)制定3第三页，共60页。为什么是VR？技术的发展使相关概念的实现成为可能各大公司(ɡōnɡsī)VR旗舰产品集中发售VR带给人们新鲜独特的体验VR在各大领域都有巨大的发展前景4第四页，共60页。VR的基本(jīběn)特性5沉浸感Immersion构想性Imagination交互性Interaction第五页，共60页。VR系统(xìtǒng)的组成6硬件(yìnɡjiàn)内容(nèiróng)电影、游戏、娱乐节目、教育课程……头戴式显示器、体感控制器、多功能交互系统……第六页，共60页。VR发展(fāzhǎn)简史（1）71963年，美国著名科幻杂志编辑，科幻文学的先驱(xiānqū)之一，工程师雨果·根斯巴克在《Life》杂志发表文章。在文章中，他探讨了他的发明——“Teleyeglasses”，这是一款头戴式的电视收看设备。第七页，共60页。VR发展(fāzhǎn)简史（2）1968年，美国科学家，“计算机图形学之父”伊凡·苏泽兰开发了一款显示器，该立体视觉系统被称为“达摩克利斯之剑”，该头戴式显示器是一个真实的虚拟和增强(zēngqiáng)现实设备的最早例子之一，能够显示一个简单的几何图形网格并覆盖在佩戴者周围的环境上。8第八页，共60页。VR发展(fāzhǎn)简史（3）1985年，美国航空航天局（NASA）研制了一款安装在头盔上的VR设备，称之为“VIVEDVR”，其配备了一块中等分辨率的2.7英寸液晶显示屏，并结合了实时头部运动追踪等功能。其作用是通过(tōngguò)VR训练增强宇航员的临场感，使其在太空能够更好的工作。9第九页，共60页。VR发展(fāzhǎn)简史（4）101991年，在IBM研究室的协助下，美国Virtuality公司开发了虚拟现实游戏系统“VIRTUALITY”，玩家可以通过该系统实现实时多人游戏，由于(yóuyú)价格昂贵及技术水平限制，该产品并未被市场接受。第十页，共60页。VR发展(fāzhǎn)简史（5）111995年，日本任天堂（Nintendo）公司推出32位携带游戏(yóuxì)主机“VirtualBoy”，其技术原理是将双眼中同时产生的相同图像叠合成用点线组成的立体影像空间，但限于当时的技术，该装置只能使用红色液晶显示单一色彩。第十一页，共60页。“虚拟现实(xūnǐxiànshí)元年”2016年被称为虚拟现实的元年，随着相关产品的集中发售，VR行业将步入高速发展阶段。预计到2016年底(niándǐ)，Oculus销量将达到100万部，HTCVive销量将达到100万部，索尼PSVR销量将达到250万部，而移动VR用户数量将达到1800万部。VR技术的应用在游戏、影音、直播等泛娱乐领域率先兴起。据测算，全球VR游戏市场未来3年的盈利空间分别为12亿美元、23亿美元和52亿美元，每年呈现爆发式增长。12第十二页，共60页。基本原理

及

主要(zhǔyào)技术基本原理头戴显示器的成像原理主要技术(jìshù)计算机图形技术(jìshù)动作捕捉技术(jìshù)人机交互技术(jìshù)13第十三页，共60页。头戴显示器14头戴显示器（HeadMountDisplay，HMD）是一种可穿戴式显示装置，一般戴在头上或作为头盔的一部分，通过(tōngguò)小型液晶显示屏显示图像，经过光学系统校正后投射到用户眼中。正立(zhènɡlì)放大虚像液晶(yèjīng)显示屏凸透镜第十四页，共60页。头戴显示器15为了使用户获得3D的视觉体验，即深度知觉（Depthperception），HMD需要在左右眼显示不同(bùtónɡ)的图像，常用的方法包括使用双路视频输出，或者将视频按奇偶帧进行时分复用等。第十五页，共60页。16第十六页，共60页。17第十七页，共60页。计算机图形(túxíng)技术计算机图形学（ComputerGraphics，CG）是一种使用数学算法将二维或三维形体转化为计算机图形的科学，是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中的重构，并保存部分物理属性(shǔxìng)，逼真的计算机图形可以构筑出以假乱真的虚拟世界，是使用者产生身临其境的感觉。18第十八页，共60页。人机交互技术(jìshù)人机交互（Human-ComputerInteraction）技术就是让用户能从虚拟环境中获取和真实环境一样或者相似的听觉、感觉、触觉和力觉等感官(gǎnguān)认知并与虚拟现实世界产生互动的关键技术，包括体感控制、手势识别、语音控制等。19第十九页，共60页。动作(dòngzuò)追踪技术追踪（Tracking）技术(jìshù)通过惯性测量单元、红外传感器、摄像头等传感器对用户头部的HMD及手中的控制器进行动作追踪，当用户转动头部或是移动身体，虚拟现实系统会对用户的动作进行实时反馈，追踪系统的好坏会极大影响用户的使用体验。20第二十页，共60页。主要的

VR

硬件(yìnɡjiàn)产品基于(jīyú)台式机的VR产品基于(jīyú)PC的VR基于(jīyú)游戏主机的VR移动VR产品基于(jīyú)智能手机的VR轻量级移动VR21第二十一页，共60页。OculusRift22第二十二页，共60页。HTCVive23第二十三页，共60页。PlayStationVR24第二十四页，共60页。SamsungGearVR25第二十五页，共60页。GoogleCardboard26第二十六页，共60页。各产品性能(xìngnéng)对比产品名称分辨率刷新频率视野范围发售时间价格OculusRift2160x120090Hz110°2016.3$599HTCVive2160x120090Hz110°2016.4$799PlayStationVR1920x1080120Hz100°2016.10$399GearVR2560x144060Hz96°2015.11$99GoogleCardboard---2014.6Free27第二十七页，共60页。VR在

各行业(hángyè)

的应用事件直播商务(shāngwù)医疗保健电子游戏娱乐和电影旅游28第二十八页，共60页。事件(shìjiàn)直播NextVR等公司已经通过专属算法和360度摄像机来提供体育和其他事件的VR直播，包括NBA和NHL等体育赛事，用户观看时可以获得(huòdé)身临其境的感觉，好像自己就在现场。NextVR目前已经支持多个VR平台，包括三星GearVR、索尼PlayStationVR、OculusRift和HTCVive。29第二十九页，共60页。商务(shāngwù)零售商已开始创建VR购物体验，提供一种类似于实体展厅的观赏体验，这不仅允许消费者虚拟体验任何一款服装或其他(qítā)消费者产品，还允许零售商捕捉到一些极具价值的信息，如用户试用了哪些产品，倾向于哪种虚拟展示方式等。30第三十页，共60页。医疗保健许多公司在医疗保健领域探索VR的应用潜力。通过(tōngguò)创建个性化的VR体验来模拟现实生活，医生和治疗师正尝试通过(tōngguò)这种新疗法来治疗恐惧症和其他疾病患者。例如，美国南加州大学创新技术学院(USCICT)就推出了一种VR疗法，用于治疗创伤后应激障碍(PTSD)。而伦敦VirtualExposureTherapy公司也利用VR来治疗恐惧症。31第三十一页，共60页。电子游戏(diànzǐyóuxì)所有三家台式机VR公司Oculus、HTC和索尼都为今年的首发(shǒufā)准备了大量游戏，许多游戏和内容工作室也已经针对VR发布了其游戏主题。32第三十二页，共60页。娱乐(yúlè)和电影从质量的角度讲，以VR形式展现(zhǎnxiàn)电影内容能为观众提供更好的沉浸式体验。Oculus已经成立了自己的电影工作室StoryStudios，制作原生VR内容。该工作室已经表示，计划制作5部较短的VR动画片。此外，Oculus还与Felix&PaulStudios工作室合作为OculusRift创作VR内容。33第三十三页，共60页。旅游(lǚyóu)如今，海滩、丛林、瀑布、金字塔和世界其他奇观都可以通过VR系统来“实地”体验。马克•扎克伯格曾为希望去意大利小镇的观光者展示了一段VR旅游视频。在澳大利亚，澳洲航空已经在其长程航班上部署了VR体验。此外，澳洲航空还与三星和RapidVR合作制作一部新VR电影，允许乘客以360度视角(shìjiǎo)感受大堡礁。34第三十四页，共60页。将虚拟与现实(xiànshí)结合VRVirtualReality

虚拟现实纯虚拟ARAugmented

Reality增强现实虚拟+现实35第三十五页，共60页。增强(zēngqiáng)现实增强现实技术（AugmentedReality，AR），是一种实时地计算观察者的位置及角度并生成虚拟(xūnǐ)图像并进行叠加显示的技术，这种技术的目标是把虚拟(xūnǐ)内容套在现实世界并进行互动。36第三十六页，共60页。常见(chánɡjiàn)的

AR应用视频媒体电视转播生活应用手机导航公共安全救援系统(xìtǒng)国防军事战斗辅助系统(xìtǒng)37第三十七页，共60页。电视转播足球比赛中，前锋越位时回放慢(fànɡmàn)动作38第三十八页，共60页。手机(shǒujī)导航Layar软件(ruǎnjiàn)使用GPS及陀螺仪收集附近信息并叠加显示39第三十九页，共60页。公共安全LandForm+将实景增强(zēngqiáng)的地理信息搜索和救援40第四十页，共60页。国防(guófáng)军事FA-18战斗(zhàndòu)机上HUD（平视显示器）搭载的辅助战斗(zhàndòu)系统41第四十一页，共60页。基本原理

及

主要(zhǔyào)技术基本原理混合显示(xiǎnshì)的成像原理主要技术机器学习计算机视觉人机交互技术42第四十二页，共60页。混合(hùnhé)显示43投影透镜半透膜虚拟内容真实世界区别于常见的增强现实技术，光学穿透式增强现实设备采用光学组合器（如半反半透玻璃）直接将虚拟场景(chǎngjǐng)同外部世界在人眼中融合，使用者可以在看到周围真实环境的同时看到计算机产生的增强信息。第四十三页，共60页。机器(jīqì)学习机器学习（Machinelearning）理论主要是设计(shèjì)和分析一些让计算机可以自动“学习”的算法。通过机器学习可以从一类从数据中自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测。44第四十四页，共60页。计算机视觉(shìjué)计算机视觉（Computervision）是使用计算机及相关设备对生物视觉的一种模拟，它的主要任务就是通过对采集的图片(túpiàn)或视频进行处理以获得相应场景的三维信息。45第四十五页，共60页。识别(shíbié)技术识别（Recognition）技术通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，对视野中的人物、场景、物体等信息进行识别，或利用指纹、虹膜、语音(yǔyīn)等特征来进行个人身份的鉴定。46第四十六页，共60页。主要(zhǔyào)的

AR

硬件产品单眼(dānyǎn)式双眼式近眼光场式47第四十七页，共60页。GoogleGlass48第四十八页，共60页。MicrosoftHoloLens49第四十九页，共60页。EyeTap（概念(