01-虚拟现实概论78

虚拟现实

杨刚yanggang@03:17

S.2内容目录虚拟现实概念与分析虚拟世界的构建与VR引擎基于图像的VR技术虚拟现实的接口设备虚拟现实的应用模式虚拟现实相关的图形技术增强现实/混合现实技术介绍总结与思考“虚”与“实”昔者庄周梦为蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻适志与！不知周也。俄然觉，则蘧蘧然周也。不知周之梦为蝴蝶与，蝴蝶之梦为周与？——《庄子·齐物论》“IthinkthereforeIam”柏拉图：真正的世界只是存在于我们的想象中。笛卡尔：我思故我在！佛陀：一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观…记忆裂痕虚拟偶像（SIMONE，又名虚拟情人、西蒙妮）15’11”、22’00”、37’逃出克隆岛（TheIsland）时空悍将（Virtuosity）异次元骇客（TheThirteenthFloor，又名十三阶梯、十三度空间）黑客帝国盗梦空间虚拟现实（VirtualReality）就是研究一种计算机技术，把人们想象中的东西转化为一种虚拟境界和虚拟存在，而这种虚拟境界和虚拟存在对我们的感觉器官就象真的客观存在一样。

S.7虚拟现实的终极目标《黑客帝国》黑客帝国影片片段

S.8黑客帝国来自/p/87573649703:17

S.9虚拟现实的终极目标《黑客帝国》距离这个目标还有相当的距离为什么要研究虚拟现实？对“虚拟世界”的追求是人的一种本能走神做梦至幻剂成瘾小说、戏剧、电影虚拟现实在娱乐、工业、训练、科学研究中确实很有用03:17

S.10人们每天走神的次数大约有两千次；大脑大约15%-25%的时间都在开小差虚拟现实VirtualReality1989年由美国Jaron.Lanier发明出来的一个词灵境、幻境、赛伯空间、虚拟现实虚拟现实（VirtualReality）虚拟的现实虚拟化现实03:17

S.12虚拟现实系统中的“现实”（即所虚拟的环境）大致可分为三种情况：第一种：模仿真实世界中的环境。03:17

S.13第二种：人类主观虚构的环境。魔兽世界场景03:17

S.14第三种：模仿真实世界中的人类不可见的环境。一个蛋白质分子的示例03:17

S.15虚拟现实的概念虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，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03:17

S.16虚拟现实的特点1.多感知性(Multi-Sensory)计算机生成一个给人多种感官刺激的虚拟环境：视觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等

2.交互性(Interaction)指人能以自然方式与虚拟世界进行交互操作专用交互设备，如数据手套、跟踪器、触觉和力反馈装置3.沉浸感（Immersion,存在感、临场感）它是指虚拟现实系统对介入者的刺激在物理上和认知上符合人的已有经验，从而使介入者感到自己作为主角存在于模拟环境中的真实程度虚拟现实的特点----另一种说法3I特性交互性（Interaction）沉浸感（Immersion）构想性（Imagination）03:17

S.17虚拟现实概念辨析虚拟现实与三维漫游虚拟现实与三维游戏虚拟现实与景观动画虚拟现实与计算机图形学03:17

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S.19虚拟现实应用目标的变化虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉应用需求使VR的应用重点进行了多种变化强调自然交互产生的应用----如Kinect诸多应用不再强调沉浸感，而强调信息提供----增强现实03:17

S.20虚拟现实概念与分析什么是虚拟现实虚拟现实的三个特点虚拟现实的终极目标为什么需要虚拟现实虚拟现实的概念辨析虚拟现实应用目标的变化虚拟现实的发展历史与演变虚拟现实概念的进一步总结虚拟现实的概念性体系结构虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）03:17

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S.22萌芽与诞生（60年代-80年代末）萌芽1929年，EdwinA.Link发明了飞行模拟器，使乘坐者的感觉和坐在真的飞机上是一样的。1956年，MortonHeileg开发了一个叫做Sensorama(传感景院）的摩托车仿真器。1962年，MortonHeileg申请了专利“全传感仿真器”。该专利蕴涵了虚拟现实技术的思想。1962年，美国电影摄影师MortonHeilig研制的Sensorama的立体电影系统诞生1966年，美国MIT林肯实验室研制出了第一个头盔式显示器(HelmetMountedDisplay即HMD)

1968年，Sutherlan在哈佛大学的组织下开发了头盔式立体显示器及一个虚拟系统，可称得上是第一个虚拟现实系统。03:17

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S.25虚拟现实系统诞生1987年，《科学的美国人》(“ScientificAmerican”)上发表了一篇题为先进的计算机界面（InterfacesforAdvancedComputing）一文；该杂志还发表了一篇报导数据手套的文章基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality”一词。03:17

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S.27军事与航天的推动（70年代-80年代）70年代和80年代早期，美国军方开展“飞行头盔”和军事现代仿真器的研究1983年美国DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET。SIMNET03:17

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S.29军事与航天的推动（70年代-80年代）70年代和80年代早期，美国军方开展“飞行头盔”和军事现代仿真器的研究1983年美国DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局）研制成功具有现代虚拟现实系统雏形的VIVED系统1988年NASA研究完成VIEW系统NASA研制的VIVED和VIEW系统03:17

S.30渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激（90年代）3D游戏主题公园、游乐场三维场景漫游/三维产品展示飞行、航海、医学等的模拟训练03:17

S.311990年最早出现的两款3D游戏03:17

S.321995年03:17

S.33毁灭战士1&2（Doom1&2）2004年Doom3的阴影03:17

S.342011年，Crysis203:17

S.352013Unreal403:17Infiltrator视频主题公园、游乐场4D影院03:17

S.374D影院演示24D影院演示1虚拟高尔夫球场03:17

S.38三维场景漫游/三维产品展示虚拟博物馆虚拟校园房地产展示产品展示……03:17

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S.40飞行训练飞行、航海驾驶模拟航海模拟器03:17

S.41医学模拟、仿真03:17

S.42演示:medicien.mpg渐入民间---软硬件技术的发展显卡的出现与飞速发展计算机图形基础算法的发展游戏引擎、虚拟现实平台软件的研发03:17

S.43虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）03:17

S.44VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）03:17

S.4503:17SecondLife/GoogleLively03:17

S.47VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）2006-2007年随secondlife的被报道而繁荣国内出现很多类似产品局面迟迟无法打开，大都面临破产原因分析技术问题无法找到盈利模式03:17

S.48VR应用的大众化与多元化（21世纪）多媒体创意展示奥运、世博、春晚3D电影阿凡达03:17

S.49清明上河图---水晶石公司制作03:17

S.50多媒体创意展示虚拟现实艺术虚拟现实与数字媒体、文化创意紧密结合起来国家政策的显著影响03:17

S.51VR应用的大众化与多元化（21世纪）适当放宽对沉浸感的追求，而重视用户体验创意展示、体验人机交互----Kinect,IPhone增强现实03:17

S.52增强现实03:17

S.53google眼镜与微软Hololens03:17

S.54GoogleglassHololensGoogle眼镜演示虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）03:17

S.55头盔的重生2013.4，OculusRift头盔推出2014.3，Sony公司公布了Morpheus头盔计划，预计2016年第2季度发布Valve和HTC宣布，HTCVive将于2015年底发布2014.7，GoogleCardboard2014.12，三星发售GearVR国内出现了大量跟进：暴风魔镜、3glasses、蚁视、印象派等等Googleglasses(2012.4-2015.1)微软的HoloLens(2015.1.22)03:17

S.56-----沉浸式虚拟现实的重生！？虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）03:17

S.57虚拟现实概念的进一步总结有很深的哲学渊源是一种理念新的应用模式不断产生，应用热点在不断发生变化是多学科的融合03:17

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S.59虚拟现实及其相关学科虚拟现实计算机图形学自动化控制计算机视觉模式识别科学计算可视化数字图像处理人机交互……生理学、心理学等输入/输出设备人工智能计算机网络虚拟现实概念的变化科学意义上的纯粹的概念：虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉应用意义上的概念利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境，人能够高效、自然地对此信息环境进行感知、交互，产生沉浸感或达到某种信息传达的目的。03:17

S.60虚拟现实概念的分析应用意义上的概念利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境，人能够高效、自然地对此信息环境进行感知、交互，产生沉浸感或达到某种信息传达的目的。虚拟现实（VirtualReality）虚拟的现实虚拟化现实虚拟与现实03:17

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S.62第一章虚拟现实概念与分析什么是虚拟现实虚拟现实的三个特点虚拟现实的终极目标为什么需要虚拟现实虚拟现实的概念辨析虚拟现实应用目标的变化虚拟现实的发展历史与演变虚拟现实概念的进一步总结虚拟现实概念性系统的组成03:17

S.63虚拟现实概念系统的组成03:17

S.64虚拟现实概念系统的组成介入者（人）虚拟世界生成设备---VR的计算机系统VR的人机接口感知设备：给介入者提供感知信号跟踪设备：探测（接受）介入者的反应动作虚拟世界介入者（人）感知设备跟踪设备人机接口感官刺激信号反应动作03:17

S.65虚拟世界生成设备硬件计算机软件操作系统；虚拟现实引擎；建模软件……网络分布式交互仿真已经成为现代仿真技术，特别是军事仿真的潮流。通讯网络可以把VE转换成共享的分布式计算环境。03:17

S.66虚拟现实概念系统的组成虚拟世界介入者（人）感知设备跟踪设备人机接口感官刺激信号反应动作03:17

S.67VR的人机接口VR的人机接口有两个作用：给人提供环境感知信息----感知设备机器人跟踪、探测人的动作和响应----跟踪设备人机器眼、耳、鼻、舌、身、意根据实验心理学家统计，人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，这两个加起来有94%。还有3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉03:17

S.68感知设备视觉感知设备种类繁多03:17

S.69视觉感知设备CAVEBOOMHMD03:17

S.70180度环状屏幕03:17