虚拟现实概论

虚拟现实杨刚yanggang@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运用方式虚拟现实相关的图形技术加强现实/混合现实技术引见总结与思索20:49S.2“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，那么蘧蘧然周也。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，如梦境泡影，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〕就是研讨一种计算机技术，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觉得器官就象真的客观存在一样。虚拟现实的终极目的<黑客帝国>黑客帝国影片片段S.7黑客帝国来自httptieba.baidu/p/875736497S.8虚拟现实的终极目的<黑客帝国>间隔这个目的还有相当的间隔20:49S.9为什么要研讨虚拟现实？对“虚拟世界〞的追求是人的一种天性走神做梦至幻剂成瘾小说、戏剧、电影虚拟现真实文娱、工业、训练、科学研讨中确实很有用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20:49S.10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：模拟真实世界中的环境。20:49S.12第二种：人类客观虚拟的环境。魔兽世界场景20:49S.13第三种：模拟真实世界中的人类不可见的环境。一个蛋白质分子的例如20:49S.14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。用户应该可以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，身临其境的觉得20:49S.15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展交互操作公用交互设备，如数据手套、跟踪器、触觉和力反响安装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阅历，从而使介入者感到本人作为主角存在于模拟环境中的真实程度20:49S.16虚拟现实的特点----另一种说法3I特性交互性〔Interaction〕沉浸感〔Immersion〕想象性〔Imagination〕20:49S.17虚拟现实概念辨析虚拟现实与三维遨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20:49S.18虚拟现实运用目的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。用户应该可以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，身临其境的觉得运用需求使VR的运用重点进展了多种变化强调自然交互产生的运用----如Kinect诸多运用不再强调沉浸感，而强调信息提供----加强现实20:49S.19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的为什么需求虚拟现实虚拟现实的概念辨析虚拟现实运用目的的变化虚拟现实的开展历史与演化虚拟现实概念的进一步总结虚拟现实的概念性体系构造20:49S.20虚拟现实的开展历史与演化萌芽与诞生〔60年代-80年代末〕军事与航天的推进〔70年代-80年代〕渐入民间---游戏、文娱、模拟运用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、加强现实头盔的重生〔2021-今〕20:49S.21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，使乘坐者的觉得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恳求了专利“全传感仿真器〞。该专利蕴涵了虚拟现实技术的思想。20:49S.221962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。20:49S.24虚拟现实系统20:49S.25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年代以来所获得的一系列成就，美国的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality〞一词。20:49S.26军事与航天的推进〔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讨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适用的虚拟战场系统SIMNET。20:49S.27SIMNET20:49S.28军事与航天的推进〔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讨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适用的虚拟战场系统SIMNET。1984年NASA〔NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局〕研制胜利具有现代虚拟现实系统雏形的VIVED系统1988年NASA研讨完成VIEW系统20:49S.29NASA研制的VIVED和VIEW系统20:49S.30渐入民间---游戏、文娱、模拟运用的刺激〔90年代〕3D游戏主题公园、游乐场三维场景遨游/三维产品展现飞行、航海、医学等的模拟训练20:49S.311990年最早出现的两款3D游戏20:49S.321995年消灭战士1&2〔Doom1&2〕20:49S.332004年Doom3的阴影20:49S.342021年，Crysis220:49S.352021Unreal4Infiltrator视频20:49主题公园、游乐场4D影院4D影院演示24D影院演示120:49S.37虚拟高尔夫球场20:49S.38三维场景遨游/三维产品展现虚拟博物馆虚拟校园房地产展现产品展现……20:49S.39飞行训练飞行、航海驾驶模拟20:49S.40航海模拟器20:49S.41医学模拟、仿真演示:medicien.mpg20:49S.42渐入民间---软硬件技术的开展显卡的出现与飞速开展计算机图形根底算法的开展游戏引擎、虚拟现实平台软件的研发20:49S.43虚拟现实的开展历史与演化萌芽与诞生〔60年代-80年代末〕军事与航天的推进〔70年代-80年代〕渐入民间---游戏、文娱、模拟运用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、加强现实头盔的重生〔2021-今〕20:49S.44VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会，就提出了VRML这个名字。SecondLife，There，GoogleLively国内：HiPiHi20:49S.45SecondLifesecondlife/20:49GoogleLively20:49S.47VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕2006-2007年随secondlife的被报道而昌盛国内出现很多类似产品局面迟迟无法翻开，大都面临破产缘由分析技术问题无法找到盈利方式20:49S.48VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕多媒体创意展现奥运、世博、春晚3D电影阿凡达20:49S.49清明上河图---水晶石公司制造20:49S.50多媒体创意展现虚拟现实艺术虚拟现实与数字媒体、文化创意严密结合起来国家政策的显著影响20:49S.51VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕适当放宽对沉浸感的追求，而注重用户体验创意展现、体验人机交互----Kinect,IPhone加强现实20:49S.52加强现实20:49S.53google眼镜与微软HololensGoogleglassHololensGoogle眼镜演示20:49S.54虚拟现实的开展历史与演化萌芽与诞生〔60年代-80年代末〕军事与航天的推进〔70年代-80年代〕渐入民间---游戏、文娱、模拟运用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、加强现实头盔的重生〔2021-今〕20:49S.55头盔的重生2021.4，OculusRift头盔推出2021.3，Sony公司公布了Morpheus头盔方案，估计2021年第2季度发布Valve和HTC宣布，HTCVive将于2021年底发布2021.7，GoogleCardboard2021.12，三星出卖GearVR国内出现了大量跟进：暴风魔镜、3glasses、蚁视、印象派等等Googleglasses(2021.4-2021.1)微软的HoloLens(2021.1.22)-----沉浸式虚拟现实的重生！？20:49S.56虚拟现实的开展历史与演化萌芽与诞生〔60年代-80年代末〕军事与航天的推进〔70年代-80年代〕渐入民间---游戏、文娱、模拟运用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰〔90年代中-21世纪〕VR运用的群众化与多元化〔21世纪〕世博会、春晚、文化创意产业、3D电影人机交互、加强现实头盔的重生〔2021-今〕20:49S.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运用方式不断产生，运用热点在不断发生变化是多学科的交融20:49S.58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方式识别科学计算可视化数字图像处置人机交互……生理学、心思学等输入/输出设备人工智能计算机网络20:49S.59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。用户应该可以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，身临其境的觉得应意图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，人可以高效、自然地对此信息环境进展感知、交互，产生沉浸感或到达某种信息传达的目的。20:49S.60虚拟现实概念的分析应意图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，人可以高效、自然地对此信息环境进展感知、交互，产生沉浸感或到达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20:49S.61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的为什么需求虚拟现实虚拟现实的概念辨析虚拟现实运用目的的变化虚拟现实的开展历史与演化虚拟现实概念的进一步总结虚拟现实概念性系统的组成20:49S.62虚拟现实概念系统的组成20:49S.63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〕介入者的反响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响动作20:49S.64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曾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。20:49S.65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响动作20:49S.66VR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、探测人的动作和呼应----跟踪设备人机器眼、耳、鼻、舌、身、意根据实验心思学家统计，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20:49S.67感知设备视觉感知设备种类繁多20:49S.68视觉感知设备CAVEBOOMHMD20:49S.69180度环状屏幕20:49S.70球面投影显示系统20:49