虚拟现实技术概论 第2版 课件 第1-3章 虚拟现实、虚拟现实技术、虚拟现实关键技术

虚拟现实01VR的概念1990年至今1973年~1989年1963年~1972年1963年以前虚拟现实技术的初现阶段虚拟现实技术概念和理论产生的初期阶段VR的概念-发展历程虚拟现实技术理论的完善和应用阶段虚拟现实思想的萌芽阶段虚拟现实思想的萌芽阶段1935年，美国科幻小说家斯坦利·温鲍姆（StanleyG.Weinbaum）在他的小说中首次构想了以眼镜为基础、涉及视觉、触觉、嗅觉等全方位沉浸式体验的虚拟现实概念，这是可以追溯到的最早的关于VR的构想。1957-1962年，莫顿·海利希（MortonHeilig）研究并发明了“全传感仿真器”（Sensorama），并在1962年申请了专利。这种“全传感仿真器”的发明，蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。VR的概念-发展历程《皮格马利翁眼镜》全传感仿真器虚拟现实技术的初现阶段1968年，美国计算机图形学之父伊凡·苏泽兰（IvanSutherlan）开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统，是VR技术发展史上一个重要的里程碑。VR的概念-发展历程伊凡·苏泽兰头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统虚拟现实技术概念和理论产生的初期阶段1975年，迈隆·克鲁格（MyronKrueger）设计了VIDEOPLACE系统,可以产生一个虚拟图形环境。1985年，麦克格雷维（MichaelMcGreevy）领导完成的VIEW系统。VR的概念-发展历程MyronKrueger（左一）

VIEW虚拟现实系统虚拟现实技术理论的完善和应用阶段1994年，日本游戏公司Sega和任天堂分别针对游戏产业而推出SegaVR-1和VirtualBoy，但是由于设备成本高等问题，以至于最后使VR的这次现身如昙花一现。VR的概念-发展历程2012年Oculus公司用众筹的方式将VR设备的价格降低到了300美元，同期的索尼头戴式显示器HMZ-T3高达6000元左右，这使得VR向大众视野走近了一步。2014年Google发布了GoogleCardBoard，三星发布GearVR。2016年苹果发布了为View-Master的VR头盔。另外HTC的HTCVive、索尼的PlayStationVR也相继出现。什么是虚拟现实虚拟现实(VirtualReality，简称VR)：是以沉浸感、交互性和多感知性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

02VR的特性多感知性(Multi-Sensory)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。交互性（Interactivity）利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样。沉浸性（Immesion）构想性（Imagination）使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识。VR的特性（1M3I）利用三维立体图像，给人一种身临其境的感觉。03VR的系统组成VR的系统组成使用者输入设备专业图形处理计算机输出设备应用软件系统数据库04VR的分类沉浸式VR系统ImmersiveVR桌面式VR系统DesktopVRVR分类分布式VR系统DistributedVR增强式VR系统AugmentedVRVR的分类基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。桌面式VR系统（DesktopVR）使用个人计算机（PC）或初级图形PC工作站去产生仿真，计算机的屏幕作为使用者观察虚拟环境的窗口。VR的分类立体眼镜、位置跟踪器、数据手套或者6个自由度的三维空间鼠标等设备操作虚拟场景中的各种对象。使用者是不完全投入的，仍然会受到周围现实环境的干扰。是一种高级的、较理想、较复杂的虚拟现实系统。沉浸式VR系统（ImmersiveVR）采用封闭的场景和音响系统将用户的视听觉与外界隔离，使用户完全置身于计算机生成的环境之中。VR的分类系统主要包含头盔式虚拟现实系统、洞穴式虚拟现实系统（CAVE）、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统四个类型。借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境增强式VR系统（AugmentedVR）具有虚实结合、实时交互和三维注册的新特点。VR的分类真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象。是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境。分布式VR系统（DistributedVR）位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，使多个用户同时参加一个虚拟现实环境。VR的分类与其他用户进行交互，共享信息，并对同一虚拟世界进行观察和操作。THANKS！VR技术基本原理

及主要技术基本原理头戴显示器的成像原理主要技术

视觉显示设备与技术计算机图形技术动作捕捉技术人机交互技术24头戴显示器25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。正立放大虚像液晶显示屏凸透镜头戴显示器26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。2728视觉显示设备与技术触觉与力觉显示设备内容—视觉感知的几个基本概念—立体视觉—视觉显示设备—常见的力/触觉显示设备“沉浸感”是虚拟现实系统最重要的基木特征。身临其境---

如何实现感官特性，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。常有的显示设备包括：视觉显示设备、听觉显示设备、力觉和触觉显示设备等。据统计，人类对客观世界的感知信息75%-80%来至视觉，所以视觉通道是VR系统中最重要的感知接口。

视觉显示设备与技术视觉感知的几个基本概念视域：一个物体能否被观察者看到，取决于该物体的图象是否落在观察者的视网膜上和落在视网膜上的什么位置。能够被眼睛看到的区域称为视域。

在实际中，全景显示产生水平±100°，垂直±30°的视域即可有很强的沉浸感。视角：视觉感知中关于可视目标大小的测量，可视目标在视网膜上的投影大小能够决定视觉感知的质量。一般认为理想的目标提示大小为:在正常光照条件下视角不应该小于15°，在较低光照条件下视角不应该小于21°。这是视景生成和头盔显示过程中的重要参考系数。立体视觉视觉生成外界景物发射或反射光线刺激视网膜感光细胞令视觉神经产生知觉立体视觉生成原理两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的主要原因。空间某个物体在两眼的视图中位置不同就产生了立体视差。人眼利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感,形成立体视觉，由此获得环境的三维信息。人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉：侧视网膜图象差：也称双目视差，在双目光轴平行时，由于几何位置的差别，两目看同一环境，却得到不同的图像，形成主要的深度感。运动视差：当观察者相对环境运动时，产生的深度感。如果头部运动，就可能发现物体之间的遮挡关系。运动视差是深度感知中的最有力的线索。事实上，许多动物和昆虫主要是靠运动视差识别目标，例如:兔子和蜜蜂.图象大小差异:对己知物体，图像尺寸的变化是透视深度感。人的直觉是，物体越远，看起来越小。如果物体A与B同样大，但A的图象比B的小.同样可认为A比B离观察者更远。纹理梯度:指视野中的物体在网膜上的投影大小和投影密度发生有层次的变化。例如，当你看沙滩上的石头。根据视网膜上纹理梯度的变化，把小而密的事物看成是比较远的，大而疏的物体看成是比较近的虚拟现实视觉的立体显示，仅仅实现双目视差。虚拟现实视觉的立体显示，还没有实现人类其他的深度感。为了实现立体显示，应该为双目提供不同的图像，有双目视差的图像。为此，对同一虚拟环境，由两个虚拟观察点分别透视投影，得到有双目视差的两个图像。立体显示就是给双目提供有双目视差的两个图像.视觉显示设备头盔显示器（HMD）：头盔显示器是3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形图像信号，借助空间跟踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。OculusRift38HTCVive39PlayStationVR40SamsungGearVR41GoogleCardboard42各产品性能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---2014.6Free43双目全方位显示器（BOOM）

是一种偶联头部的立体显示设备，类似使用望远镜，它把两个独立的显示器捆绑在一起，由两个相互垂直的机械臂支撑，这不仅让用户可以在半径2m的球面空间内用手自由操纵显示器的位置，还能降低显示器的重量加以巧妙的平衡而是指始终保持水平，不受平台运动的影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和HMD一样有实时的观测和交互能力。BOOM全方位显示器3D眼镜显示系统该系统设备包括：立体图像显示器和3D眼镜。立体图像显示器以两倍于正常扫描的速度刷新屏幕，计算机给显示器交替发送两幅有轻微偏差的图像。位于CRT（阴极射线管）显示器顶部的红外发射器与信号同步，以无线方式控制活动眼镜。红外控制器指导立体眼镜的液晶光栅交替地遮挡眼睛视野。大脑记录快速交替的左右眼图像序列，并通过立体视觉将其融合在一起，从而产生深度感。世界杯3D观看红外立体眼镜显示利用红外信号传送同步信号，用于控制液晶眼镜的开关。眼镜上备有轻便的锂电池，眼镜在无线状态下工作：红外立体眼镜显示系统超声波立体眼镜显示除了红外立体眼镜显示中的设备外，眼镜上还有头部跟踪的超声接受器。超声接受信号要经过导线传给头部跟踪系统，眼镜在有线状态下工作：超声波立体眼镜显示系统洞穴式立体显示系统（CAVE系统）使用投影系统，投射多个投影面，形成房间式的空间结构，使得围绕观察者具有多个图像画面显示的虚拟现实系统，增强了沉浸感。CAVE空间结构示意图CAVE系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境，该系统可提供一个房间大小的4面、5面或者6面的立方体投影显示空间，供多人参与:所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助音响技术和相应虚拟现实交互设备获得一种身临其境约高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。CAVE系统的优点：提供高质量的立体显示图像，即色彩丰富、无闪烁、大屏幕立体显示、多人参与和协同工作。

CAVE系统的缺点：价格昂贵，体积大，并且参与的人数有限，如果人数达到12人，CAVE的显示设备就显得太小了。目前CAVE系统并没有标准化，兼容性较差，因而限制了其普及。响应工作台立体显示系统计算机通过多传感器交互通道向用户提供视觉、听觉、触觉等多模态信息，具有非沉浸式、支持多用户协同工作佩戴立体眼镜，坐在显示器周围的多个用户可以同时在立体显示屏中看到三维对象浮在工作台上面，虚拟景象具有较强立体感，较适合辅助教学、产品演示。V-Desk6工作示意图裸眼立体显示系统显示技术结合双眼的视觉差和图片三维的原理，自动生成两幅图片，一幅给左眼看，另一幅给右眼看，使人的双眼产生视觉差异。双眼观看液晶的角度不同，不用戴上立体眼镜就可以看到立体的图像。立体液晶显示器墙式立体显示系统类似于放映电影形式的背投式显示设备，屏幕大，容纳的人数多，分为单通道立体投影系统和多通道立体投影系统。适用于教学和成果演示。单通道立体投影系统：以一台图形工作站为实时驱动平台，两台叠加的立体专业LCD投影仪作为投影主体。在显示屏上显示一幅高分辨率的立体投影影像。优点：是一种低成本、操作简便、占用空间较小、具有极好性能价格比的小型虚拟三维投影显示系统，其集成的显示系统使安装、操作使用更加容易和方便，被广泛应用于高等院校和科研院所的虚拟现实实验室中。多通道立体投影系统：用巨幅平面投影结构来增强沉浸感，配备了完善的多通道声响及多维感知性交互系统，充分满足虚拟显示技术的视、听、触等多感知应用需求，是理想的设计、协同和展示平台。它可根据场地定空间的大小灵活地配置两个、三个甚至是若千个投影通道，无缝地拼接成一幅巨大的投影幅面、极高分辨率的二维或三维立体图像，形成一个更大的虚拟现实仿真系统环境。如环幕投影系统：三通道环幕投影示例多通道折幕示例折幕也是被业界公认的体验式环境，根据环境及实际需求，可考虑不同类型的折幕方式，以产生不同的沉浸感。适合小型会议室和临时展览五折幕220度，10-30人360度环幕投影显示：由数字内容、硬件（投影系统、播放系统）和系统集成（多组投影同步控制系统、无缝拼接系统和曲面处理系统）组成。具有极强的沉浸感。360度环幕投影显示球幕无缝拼接系统半球，15-20人完全用商用投影机和普通计算机搭建的投影环境，没有接缝，形成整体效果。球幕无缝拼接显示全息投影显示也称虚拟成像技术，无需配戴眼镜，利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。在美国麻省一位叫ChadDyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理，将图像投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像。台湾利用湖面水幕展现3D姓名360度全息显示第六届中国—东盟博览会在南宁国际会展中心圆满落幕。TimeLink的360度全息影像技术成为东盟博览会的一大亮点。2010年3月9号晚间世嘉公司举办了一场名为“初音未来日的感谢祭”“初音之日”的初音未来所谓的全息投影演唱会。投影机直接背投在全息投影膜，是全息，但不是最理想化的全息投影。此外，网上也盛传着各种类似的3D全息作品。国际会展全息展示3D魔兽全息显示目录catalogue#1全息投影#2幻影成像#4高清投影膜#3互动投影1、全息投影通过3D全息影像技术，在舞台上展现花果山多彩壮观的奇景，有“美猴王”的招牌动作大耍金箍棒，更有高科技的3D全新影像技术重磅加身，使得“美猴王”现场腾云驾雾，而花果山、天宫等壮丽美景也得以再现舞台，画面震撼。@2016年辽宁春晚六小龄童3D美猴王

1、全息投影2015年春晚李宇春演唱《蜀绣》2014年公告牌音乐奖的颁奖仪式，就曾用这种技术“复活”了过世的天王迈克尔·杰克逊2010年初音未来演唱会（日本）1、全息投影（Front-projectedholographicdisplay）全息投影技术，也称虚拟成像技术。是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。全息投影技术不仅可以产生立体的空中幻像，还可以使幻像与表演者产生互动，一起完成表演，产生令人震撼的演出效果。主要适用于产品展览、汽车服装发布会、舞台节目、互动演出、酒吧娱乐等。1、全息投影真正的全息投影技术严格意义上来讲，3D的美猴王确实惊艳四座，但这不是真正的全息投影技术！立体动态全息还停留在实验室初级阶段，主要通过空间光调制器实现。一块相位型SLM售价十万人民币以上，要搭建一个稍微能看得过去的系统，没有百万美元是做不到的。@光调制器目录catalogue#1全息投影#4高清投影膜#3全息展柜#2幻影成像2、幻影成像幻影成像幻影舞台全息影柜将幻影成像系统配合专业的灯光设计，把播放的视讯呈现于立体空间之中，而配合音响系统及控制系统，即可以实现大型的梦幻演出，绘声绘色，虚幻莫测，非常直观的给人留下深深地印象。2.1幻影舞台幻影舞台原理示意图舞台幻影成像技术以宽银幕的环境、场景模型和灯光的变换为背景，使用投影机播放特殊的3D全息视频，经由透明全息半透膜的光学反射，将活动人像叠加进场景之中，构成了动静结合的影视画面。再加以声光电控制系统的渲染，构成气势磅礴的全息幻影舞台。2.1幻影舞台舞台在布置反射膜时候的施工图舞台幻影成像所使用的反射膜是特殊的专用膜，在膜的表面通过真空磁控溅射镀膜工艺镀制纳米级的感光涂层，使膜在保持较高的透过率95%以上的同时也具有高的反射率（镜面外观）。膜层主要成分是SOB感光材料，具有成像细腻，高清晰度成像功能，能使影像产生极大立体纵深感。智慧交互平台系统2.2全息影柜全息影柜原理示意图全息影柜是能够把影像悬浮于空中的立体成像技术，是由全息材料制成的反射面，将虚拟影像做成悬浮于空中，360度均能观看。根据功能需要，可做成180度、270度和360度的全息影柜，最大的可做成3m多宽。五大亮点四大优势将展示的产品配合成像逼真的立体特效重叠于一个空间中呈现，做成以假乱真的效果，带给人们视觉上强烈的冲击。主要应用于购物中心的高端精致商店展示、或者作为装潢设计风格的体现、房地产行业应用展示、甚至发布会中作为布置的亮点运用。@目录catalogue#1全息投影#4高清投影膜#3互动投影#2幻影成像3、互动投影互动投影采取动作捕捉的技术，适合各种设备，例如LED大屏幕，等离子、数字视频墙等，将参与者的动作转换成数据与虚拟影像互动。互动投影应用领域；商城、专卖店、大卖场等消费场所；酒吧、迪厅、KTV等娱乐场所；展览会、展品推介会、大型庆典等活动现场；博物馆、科技馆、图书馆等展馆。交互传感吸引人流：新奇的互动效果必然会吸引和引导人流的参观，同时好的设计和艺术效果为博物馆增加互动气氛。导引方向：可以用作功能式，比如智能的博物馆指引、查询，比起以往传统的指示牌查询屏得更加人性化。互动投影优点：非接触式的交流：更加人性化，同时减少了因人流接触而产生细菌传染。经济效益：新媒体艺术可以做成实时互动广告的形式，让游客与宣传内容互动，增加了博物馆的知名度，加深了游客对博物馆的印象，博物馆得到宣传的同时娱乐了观众，一举三得。交互传感3.1地面互动地面互动投影系统是参与者和投射在地面上的影像的真实互动，该系统由感应器、应用服务器和地面显示及互动软件四部分组成。多媒体互动投影系统适用于科技馆、规划馆、博物馆、行业展馆、主题展馆、企业展厅等诸多常年展馆。也适用于展览会现场、商场、大卖场、酒店宾馆、酒吧、迪厅、KTV、新产品发布、促销活动、舞台、婚庆婚典，以及写字楼、演出场馆、广场等传统用多媒体技术无法实现的场所。交互传感3.2体感互动体感互动系统实际上是一种3D体感摄影机，比一般的摄像头更为智能。首先，它能够发射红外线，从而对整个房间进行立体定位，摄像头则可以借助红外线来识别人体的运动。除此之外，动作感应器能追踪你全身的动作，并且会根据数据建立你的数位骨架，它可以对人体的20个部位进行实时追踪，该设备最多可以同时对两个玩家进行实时追踪。体感互体感互动系统利用即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识等功能让人们摆脱传统单调的操作模式。目录catalogue#1全息投影#3互动投影#2幻影成像#4高清投影膜4、高清投影膜投影膜在保持清晰显像的同时，能让观众透过投影膜看见背后景物。画质100%清晰亮丽，非凡超薄境界，绝无空间设限。无论光源是否充足的情况下，皆能透过正面及背面两侧同时、多角度直接观看影像的划时代专利技术投影膜。主要应用于虚拟迎宾，商场装饰等。触觉与力觉显示设备与技术常见的力/触觉显示设备力反馈鼠标力反馈操纵杆力反馈方向盘数据手套力反馈手臂THANKS！第5章增强现实概述径talo

gue01增强现实技术简介目录02增强现实技术原理03增强现实的发展与挑战04增强现实的未来展望增强现实技术简介，什么是增强现实昂`;,g;K

·!！

：－,卜，一勹山，＇I，扇1I 定义和基本原理：增强现实是一种可以将虚拟信息叠加到真实世界中的技术。它基千计算机视觉和传感技术，

通过识别和踉踪现实世界中的物体，

将虚拟信息与之关联。基本原理包括物体识别、

位置追踪和虚拟信息叠加。��I 增强现实的分类：增标强记型现实堵强可现以分实需为标要使记用型特堵强定现的标实和记非来标识别记物型体培强，

现而实非标。

记型培强现实则可以通过环境特征进行物标体记型识别堵强。

现实可以提供更准确和稳定的增强效果，

而非标记型堵强现实更加灵活和自由。一

--�-··'�-

·-,

-·夕．立凸l:言往-,I 增强现实与虚拟现实的区别：增强现实将虚拟信息叠个加完到全真的虚实世拟环界境中，，

使用户用户完全能够沉与浸真在虚实拟物体世界和虚中，拟物无体法与进真行交实物互体。

进行交互。虚拟现实则是创建一，

增强现实的应用领域

．

．

．增强现实可以在游戏中将虚拟角色和物体叠加到真实环境中，提供更加沉浸和互动的游戏体验。通过增强现实技术，用户可以在现实世界中进行虚拟射击、体感运动等娱乐活动。增强现实可以在教育和培训中提供更加生动和直观的学习方式。通过将虚拟模型和信息叠加到真实场景中，学生可以更好地理解抽象概念和复杂过程。增强现实在医疗和健康领域有很多应用，如手术辅助、病人教育和康复训练等。通过增强现实技术，医生可以在手术中获取更多的信息并进行精确操作，患者可以通过虚拟模型了解疾「1游戏与娱乐|

|教育与培训l

「-·-----疗与健康I增强现实可以在建筑和设计中提供更加直观和创新的方式来展示和演示设计方案。建筑师和设计师可以通过增强现实技术将虚拟建筑模型叠加到真实环境中，实时查看效果并进行设计调。增强现实技术原理，

传感技术I Part

01二I Part

03视觉传感技术声音传感技术位置传感技术Part04手势传感技术用千捕捉和识别用户的手势动作可以通过摄像头或者其他传感器获取手势数据通过手势识别算法实现手势的分析和识别用于捕捉和识别现实世界中的视觉信息可以通过摄像头或者其他传感器获取圈像数据通过图像处理算法实现目标检测、踉踪和识别用千捕捉和识别现实世界中的声音信息可以通过麦克风或者其他传感器获取声音数据通过声音处理算法实现声音的分析、识别和增强用千获取用户位置信息和环境中物体的位置信息可以通过GPS、惯性传感器等获取位置数据通过位置计算算法实现用户定位和物体定位．．．．，显示技术投影显示技术将增强现实信息投影到现实世界中可以通过投影仪将图像或者视频投影到墙壁、地面等表面实现在现实世界中显示虚拟信息的效果｀ 头戴式显示技术＠ 将增强现实信息通过头戴式显示设备展示给用户可以通过显示屏或者光学透视技术将虚拟信息叠加到现实世界中实现用户通过佩戴设备直接观察增强现实内容的效果手持式显示技术将增强现实信息通过手持式显示设备展示给用户可以通过手机、平板电脑等设备显示虚拟信息实现用户通过设备屏幕观察增强现实内容的效果其他显示技术巴 还有—些其他的增强现实显示技术，

如眼镜、HUD

等这些技术可以将虚拟信息直接投射到用户视野中实现用户通过眼睛观察增强现实内容的效果，

计算技术）实时姿态识别与跟踪）空间位置计算与定位）数据处理与国像合成）网络通信与协同计算实时识别和踉踪用户的姿态和动作通过算法分析图像或者传感器数据，实现姿态的检测和踉踪用千实现与虚拟信息的交互和操作实时计算和定位用户的空间位置通过算法分析传感器数据，实现用户的位置和方向的计算和定位用千实现增强现实信息的定位和对齐对传感器获取的数据进行处理和分析通过图像处理和计算机视觉算法，实现虚拟信息与现实世界的融合用千实现增强现实效果的生成和展示实现增强现实系统的网络通信和协同计算通过网络连接和分布式计算技术，实现多个设备之间的通信和协同计算用千实现多用户间的增强现实协同和共享体验增强现实的发展与挑战，历史发展回顾01

沙七J/

日七十斗勹f

i

和02

沙飞l

i

司补补州，0

3

沙拦f「tt

？才飞计\;早期增强现实技术的发展受限于硬件性能和可用的技术初期的增强现实技术主要应用于军事和航空领域早期的增强现实技术存在着显著的局限性和应用限制随着技术的发展和应用需求的增加，增强现实开始商业化商业化阶段的增强现实技术逐渐成熟并应用千多个行业领域商业化的成功案例推动了增强现实技术的进一步发展和普及当前增强现实技术正处千快速发展的阶段新的硬件设备和技术不断涌现，推动了增强现实的创新与应用增强现实在游戏、教育、医疗等领域得到广泛应用｀丿尸，

技术挑战与解决方案DOQO＠〉巴—a□。硬件成本与性能交互方式与用户体验内容创作与应用开发隐私与安全问题增强现实技术的硬件设备价格较增强现实交互方式的设计和用户增强现实内容创作和应用开发的增强现实技术涉及个人隐私和安高，限制了其普及和应用范图体验是当前亟待解决的间题复杂性是当前的挑战之—全问题，需要引起重视不断提升硬件性能和降低成本是提供直观、自然和便捷的交互方提供易用、高效的内容创作工具加强隐私保护和安全措施是解决解决该挑战的关键式是改善用户体验的关键和开发平台是解决该挑战的关键该问题的关键新的硬件技术和制造工艺的引入对人机交互技术的研究和创新有增强现实内容创作和应用开发的制定相关法规和规范，加强隐私有望解决硬件成本与性能问题助千改善增强现实的交互方式与标准化和工具化有助千推动其发和安全管理有助千解决该挑战用户体验展与应用增强现实的未来展望，

行业应用前景增强现实在各领域的应用前景增强现实技术在教育领域可以提供更加生动、直观的学习方式，

帮助学生更好地理解抽象的概念。在医疗领域，增强现实可以帮助医生进行手术导航、病情诊断等，

提高医疗效率和准确性。在建筑和房地产领域，

增强现实可以在项目规划和设计阶段帮助用户更好地理解建筑效果，提高效。率增强现实与人工智能、物联网的融合增强现实与人工智能的融合可以实现更智能的交互体验，例

如通过人脸识别技术进行身份验证。增强现实与物联网的融合可以实现更广泛的应用场景，

例如通过智能眼镜实时获取物联网设备的信息。产业发展趋势与商业机会随着增强现实技术的成熟和普及，增强现实产业将迎来快速发展的机会。增强现实技术在游戏、娱乐、培训等领域具有巨大的商业潜。力增强现实技术的商业化应用将会带动相关产业链的发展，

包括硬件设备、软件开发、内容制作等。，技术发展趋势硬件技术的进一步发展增强现实头显设备将会越来越轻便、舒适，并具备更高的分辨率和更广的视野。传感器技术将会进—步提升，实现更精准的定位和跟踪效果。算法与软件技术的创新增强现实算法会更加高效和智能，提供更加稳定和真实的增强现实体验。软件开发工具将会更加简化和普及，降低开发门槛，推动增强现实应用的快速发展。用户体验与交互方式的改进增强现实技术将会更加注重用户体验，提供更加自然、直观的交互方式。手势识别、语音识别等技术的发展将进—步改进用户与增强现实内容之间的交互方式。增强现实生态系统的建立增强现实内容创作、分发平台将会逐渐成熟，形成完整的增强现实生态系统。各类开发者和创作者将会涌现，为增强现实应用提供更多的创新和丰富的内容。谢谢大家Eii-E［ 汇报人：AIPPT第三章虚拟现实关键技术

知识目标如何实现？数据赋能！卖家卖的开心顾客买的满意掌握常用的虚拟现实建模技术，包括建模软件、建模方法和建模工作流程。掌握虚拟现实人机交互技术，包括交互设备、交互技术和用户体验设计原则。熟悉立体显示技术，了解不同类型的立体显示设备和其工作原理。熟悉三维虚拟声音的实现，了解音频处理技术和声音定位技术。熟悉碰撞检测的要求，了解虚拟环境中物体碰撞检测的算法和技术。目录CONTENTS环境建模技术三维虚拟声音的实现技术人机自然交互技术虚拟现实技术在各领域的应用立体显示技术实时碰撞检测技术55环境建模技术介绍01快速建模技术是近年来的新兴三维建模技术，通过各种工具和技术手段对真实物体进行数据收集并转化为数字信号进行自动建模。快速建模技术概述02相比传统建模技术，快速建模省略了许多复杂程序，极大提升了建模效率，已成为场景建模的主要手段之一。快速建模技术的优势03快速建模技术广泛应用于虚拟现实系统，可以展现真实世界中的场景，提升系统的运行效率与流畅性。快速建模技术的应用场景虚拟环境建模目的获取真实三维环境数据提高虚拟现实系统可信度实现客观世界仿真与折射虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，为建立相应的虚拟环境模型提供基础。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度，使用户能够更好地沉浸其中。虚拟现实的本质就是客观世界的仿真或折射，通过虚拟环境建模技术，可以模拟物体的行为能力，使其更符合客观规律。三维视觉与听觉建模三维视觉建模技术

三维视觉建模是虚拟现实系统中最常见的建模方式，它通过几何模型、纹理和光照等手段来构建虚拟环境中的物体外观。三维听觉建模技术

三维听觉建模是通过模拟声音的传播和反射来创建虚拟环境中的声音效果，使用户能够感受到真实世界中的声音环境。三维视觉与听觉建模应用案例

通过实际案例演示，展示三维视觉和听觉建模在游戏、电影等领域的应用，以及它们对用户体验的影响。三维建模一般主要是三维视觉建模。三维视觉建模可分为三种.几何建模01物理建模02行为建模0301几何建模技术几何建模技术介绍形状与外观的构成

物体的形状由多边形、三角形和顶点等元素确定，而外观则由纹理、颜色和光照系数等因素决定。几何建模在虚拟现实中的应用

几何建模是开发虚拟现实系统的基础工作，它通过设计数据结构和算法来表示和操作物体的形状和外观信息。几何建模可分为层次与属主建模法层次建模法层次建模法是一种将虚拟环境物体分解为多个层次，逐层进行建模的方法，适用于复杂场景的建模。属主建模法属主建模法是一种以物体为中心，通过定义物体的属性和行为来实现建模的方法，适用于具有特定属性和行为的物体建模。层次与属主建模法比较层次建模法适用于复杂场景，而属主建模法适用于具有特定属性和行为的物体，两者各有优势，可根据实际需求选择合适的建模方法。几何建模可通过人工与自动建模两种方法实现人工几何人工几何建模方法是通过设计师手动创建和调整几何模型，适用于对物体形状和外观有精确要求的场景。人工几何建模方法自动几何自动几何建模技术利用计算机算法和数据驱动的方法，快速生成几何模型，提高建模效率和准确性。自动几何建模技术VS人工建模方法注重细节和精确性，适用于艺术创作和复杂场景建模；自动建模方法高效且适用于大规模场景建模。人工与自动建模方法的比较02物理建模技术物理建模技术概述物理建模指的是虚拟对象的质量、重量、惯性、表面纹理（光滑或粗糙）、硬度、变形模式（弹性或可塑性）等特征的建模。物理建模是虚拟现实系统中比较高层次的建模，它需要物理学与计算机图形学配合，涉及到力的反馈问题，主要是重量建模、表面变形和软硬度等物理属性的体现。分形技术分形技术在地理特征建模中的应用

分形技术通过自相似性，能够精准地模拟出河流、山体等地理特征的复杂形状。01分形技术在虚拟现实静态远景建模中的优势

由于其自相似特性，分形技术在虚拟现实系统中常用于静态远景的建模，能有效地节省计算资源。02分形技术与粒子系统的结合应用

分形技术和粒子系统相结合，可以创建出具有自然美感和真实感的虚拟环境，如复杂的地形和动态的天气效果。03粒子系统粒子系统在虚拟现实中的应用

粒子系统是一种物理建模技术，常用于描述火焰、水流、雨雪等现象及动态运动的物体建模。粒子系统的基本原理

粒子系统通过简单的体素完成复杂的运动建模，每个粒子代表一个虚拟对象，具有质量、速度和加速度等属性。粒子系统的优势与局限性

粒子系统能够实现逼真的动态效果，但计算复杂度较高，对硬件性能要求较高，且难以处理复杂交互行为。应用分形技术在物理建模中的应用分形技术通过描述自相似特征的数据集，用于静态远景的建模，如山体和河流。粒子系统在行为建模中的应用粒子系统是一种物理建模系统，通过简单的体素实现复杂运动建模，常用于描述动态物体的运动。03行为建模技术行为建模技术概述01

客观规律的仿真是指通过计算机技术模拟现实世界中的物体或对象的行为和运动，以实现虚拟现实的效果。02

在虚拟环境行为建模中，建模方法主要包括基于数值插值的运动学方法和基于物理的动力学仿真方法，用于模拟物体在虚拟环境中的行为和运动。03

客观规律的仿真可以应用于各种领域，如游戏、动画、医学等，通过模拟真实世界中的物体行为，提供更加逼真和沉浸式的体验。仿真应用案例建模方法行为建模运动学与动力学仿真方法运动学方法在虚拟现实中的应用运动学方法通过数值插值技术，实现物体在虚拟环境中的平滑运动和交互。01动力学仿真方法基于物理原理，模拟物体在虚拟环境中受到力的作用后的动态行为，增加虚拟环境的逼真度。02动力学仿真方法在虚拟现实中的重要性02

结合运动学和动力学方法，可以制作出具有真实感和互动性的虚拟环境，如蝴蝶动画的制作。运动学与动力学方法的结合应用案例03THANKS第三章虚拟现实关键技术

知识目标如何实现？数据赋能！卖家卖的开心顾客买的满意掌握常用的虚拟现实建模技术，包括建模软件、建模方法和建模工作流程。掌握虚拟现实人机交互技术，包括交互设备、交互技术和用户体验设计原则。熟悉立体显示技术，了解不同类型的立体显示设备和其工作原理。熟悉三维虚拟声音的实现，了解音频处理技术和声音定位技术。熟悉碰撞检测的要求，了解虚拟环境中物体碰撞检测的算法和技术。目录CONTENTS环境建模技术三维虚拟声音的实现技术人机自然交互技术虚拟现实技术在各领域的应用立体显示技术实时碰撞检测技术5501立体显示技术立体视觉形成原理第一部分双目视差显示技术双眼视差原理解析探讨人眼间4-6cm距离带来的图像差异，理解立体视觉的形成。双眼视差与立体成像关系分析双眼视差如何影响大脑对图像的处理，形成立体视觉效果。双眼视差在虚拟现实中的应用讨论双眼视差显示技术在虚拟现实中的重要性和实际应用。分色技术01基本原理和流程分色技术原理

分色技术通过过滤特定颜色光线，使左眼和右眼看到不同的画面。分色技术流程

分色技术需要两次过滤，第一次在显示器端，第二次在眼睛端。分光技术02基本原理和流程分光技术基本原理

分光技术利用偏振光的特性，通过特制眼镜使左右眼看到不同影像。01分光技术流程详解

观众戴上偏光眼镜，左眼只能看到左像，右眼只能看到右像，大脑合成三维立体效果。02分光技术实现方法

使用偏振滤镜或偏振片滤除特定角度偏振光以外的所有光，让0度和90度的偏振光分别进入左右眼。03分时技术03基本原理和流程分时技术通过快速切换左右眼画面，利用人眼视觉暂留特性形成立体效果。分时技术原理分时技术首先在第一次刷新时播放左眼画面，遮住右眼；然后第二次刷新时播放右眼画面，遮住左眼，实现立体显示。分时技术流程分时技术无需佩戴眼镜即可实现立体显示，适用于各种虚拟现实应用场景。分时技术应用光栅技术04基本原理和流程光栅技术基本原理

光栅技术通过在显示器前端加上光栅，让左眼和右眼看到不同影像并形成立体效果。光栅技术的实现流程

光栅技术将两片液晶画板重叠组合而成，当位于前端的液晶面板显示条纹状黑白画面时，即可变成立体显示器。光栅技术的优势和应用

光栅技术无需佩戴眼镜，同时可以显示3D影像和兼容现有2D显示器，广泛应用于虚拟现实领域。010203第三章虚拟现实关键技术

全息技术05基本原理全息技术原理

计算机生成干涉图样，替代传统全息图物体光波纪录的干涉过程，实现全息显示。目录catalogue#1全息投影#2幻影成像#4高清投影膜#3互动投影1、全息投影通过3D全息影像技术，在舞台上展现花果山多彩壮观的奇景，有“美猴王”的招牌动作大耍金箍棒，更有高科技的3D全新影像技术重磅加身，使得“美猴王”现场腾云驾雾，而花果山、天宫等壮丽美景也得以再现舞台，画面震撼。2016年辽宁春晚六小龄童3D美猴王

1、全息投影2015年春晚李宇春演唱《蜀绣》2014年公告牌音乐奖的颁奖仪式，就曾用这种技术“复活”了过世的天王迈克尔·杰克逊2010年初音未来演唱会（日本）1、全息投影（Front-projectedholographicdisplay）全息投影技术，也称虚拟成像技术。是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。全息投影技术不仅可以产生立体的空中幻像，还可以使幻像与表演者产生互动，一起完成表演，产生令人震撼的演出效果。主要适用于产品展览、汽车服装发布会、舞台节目、互动演出、酒吧娱乐等。目录catalogue#1全息投影#4高清投影膜#3全息展柜#2幻影成像2、幻影成像幻影成像幻影舞台全息影柜将幻影成像系统配合专业的灯光设计，把播放的视讯呈现于立体空间之中，而配合音响系统及控制系统，即可以实现大型的梦幻演出，绘声绘色，虚幻莫测，非常直观的给人留下深深地印象。2.1幻影舞台幻影舞台原理示意图舞台幻影成像技术以宽银幕的环境、场景模型和灯光的变换为背景，使用投影机播放特殊的3D全息视频，经由透明全息半透膜的光学反射，将活动人像叠加进场景之中，构成了动静结合的影视画面。再加以声光电控制系统的渲染，构成气势磅礴的全息幻影舞台。2.1幻影舞台舞台在布置反射膜时候的施工图舞台幻影成像所使用的反射膜是特殊的专用膜，在膜的表面通过真空磁控溅射镀膜工艺镀制纳米级的感光涂层，使膜在保持较高的透过率95%以上的同时也具有高的反射率（镜面外观）。膜层主要成分是SOB感光材料，具有成像细腻，高清晰度成像功能，能使影像产生极大立体纵深感。2.2全息影柜全息影柜原理示意图全息影柜是能够把影像悬浮于空中的立体成像技术，是由全息材料制成的反射面，将虚拟影像做成悬浮于空中，360度均能观看。根据功能需要，可做成180度、270度和360度的全息影柜，最大的可做成3m多宽。五大亮点四大优势将展示的产品配合成像逼真的立体特效重叠于一个空间中呈现，做成以假乱真的效果，带给人们视觉上强烈的冲击。主要应用于购物中心的高端精致商店展示、或者作为装潢设计风格的体现、房地产行业应用展示、甚至发布会中作为布置的亮点运用。目录catalogue#1全息投影#4高清投影膜#3互动投影#2幻影成像3、互动投影互动投影采取动作捕捉的技术，适