信息技术导论-数字媒体与虚拟现实

数字媒体与虚拟现实11.1数字媒体11.3增强现实本章内容11.2虚拟现实掌握媒体、数字媒体、虚拟现实和增强现实的概念熟悉虚拟现实和增强现实的应用理解虚拟现实的特征和关键技术教学目标理解增强现实的特征和关键技术11.1数字媒体11.1数字媒体

第11章

11.1.1媒体媒体（也称为媒介、媒质）是指信息的载体，如文字、声音、图形、图像、视频等；或者传输和控制信息的材料和工具，如磁带、光盘和各种存储卡等；有时候也指控制信息传播的媒体机构，如新闻、广播、电视运营机构等。11.1数字媒体

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11.1.2媒体的分类按照信息载体出现的顺序来分类，媒体主要包括：传统媒体：报纸、杂志、广播、电影、电视新媒体：互联网、移动网络11.1数字媒体

第11章

11.1.2媒体的分类根据ITU（国际电信联盟）将媒体划分为如下五类：①感觉媒体：是指能够直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉的媒体，如语言、音乐、各种图像、图形、动画、文本等。②表示媒体：是指为了传输感觉媒体而人为研究出来的媒体，借助于此种媒体，能有效地存储感觉媒体或将感觉媒体从一个地方传送到另一个地方，如语言编码、电报码、条形码等。11.1数字媒体

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11.1.2媒体的分类③表现媒体：是指用于通信中使电信号和感觉媒体之间产生转换用的媒体，如输入、输出设备，包括键盘、鼠标器、显示器、打印机等。④存储媒体：是指用于存放表示媒体的媒体，如纸张、磁带、磁盘、光盘等。⑤传输媒体：是指用于传输某种媒体的物理媒体，如双绞线、电缆、光纤等。11.1数字媒体

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11.1.3自媒体2003年，肖恩·鲍曼（ShayneBowman）和克里斯·威利斯（ChrisWillis）明确提出了“WeMedia”（自媒体）这一概念自媒体是普通大众经由数字科技强化、与全球知识体系相连之后，一种开始理解普通大众如何提供与分享他们自身的事实、新闻的途径。简单说来，自媒体就是指普通大众通过网络等途径向外发布他们本身的事实和新闻的传播方式。11.1数字媒体

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11.1.3自媒体受经济利益驱动、平台监管不严、治理手段匮乏等影响，自媒体乱象不断，且逐步呈现运营管理机构化、内容创作组织化的特点，各种网络谣言犹如病毒，不断变异，其手段与危害都在升级。针对网络谣言，要保持清醒头脑，不要被不良媒体带节奏。我们自己也要做到“不信谣，不传谣”。如2022“唐山打人事件”，光微博就禁言上万违规账号!11.1数字媒体

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11.1.4媒体的特点（1）内容丰富，内容形式多样。（2）传播速度快。（3）传播范围广。（4）受众参与感强，互动性强。（5）信息保存长久和信息量大。（6）经济效益高。（7）互联网媒体综合了各种相关学科。11.1数字媒体

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11.1.5数字媒体的概念和发展数字媒体（DigitalMedia），即根据文化创意产业数字内容项目的创意策划，以数字技术、网络技术、多媒体技术、计算机图像图形等技术为支撑，主要研究图、文、音、像等数字媒体的捕获、处理、存储、传播、运营、管理、再现等各个环节相关的技术，使抽象的信息或创意变成可感知、可管理和可交互的数字内容作品。11.1数字媒体

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11.1.5数字媒体的概念和发展数字媒体行业作为一个大的新兴的前景行业已经给社会提出了新的要求。“文化为体，科技为媒”是数字媒体的精髓。数字媒体在世界各地得到了高度重视，各主要国家和地区纷纷制订了支持数字媒体发展的相关政策和发展规划。“十五”期间，国家率先支持了网络游戏引擎、协同式动画制作、三维运动捕捉、人机交互等关键技术研发以及动漫网游公共服务平台的建设11.2虚拟现实计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实（VR，VirtualReality）又称虚拟环境、灵境或人工环境，是指利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作的虚拟世界的技术。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实起源于1965年伊凡·苏泽兰特（Ivansutherland）发表的题为《终极的显示》（TheUltimateDisplay）的论文。论文中提出，人们可以把显示屏当作“一个通过它观看虚拟世界的窗口”，以此开创了研究虚拟现实的先河。1968年Ivansutherland研究成功头盔显示装置和头部及手部跟踪器。由于技术上的原因，20世纪80年代以前，VR技术发展缓慢，直到80年代后期信息处理技术的飞速发展促进了VR技术的进步。90年代初国际上出现了VR技术的热潮，VR技术开始成为独立研究开发的领域。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念在我国，早在90年代初期就有一批科学家在研究虚拟现实。1990年，两弹元勋钱学森已给VR起名为“灵境”，还写信解释说此译名“中国味特浓”。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念VR系统的基本特征是三个“I”：沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和想象（Imagination），强调人在VR系统中的主导作用，使信息处理系统适合人的需要，并与人的感官感觉相一致。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念在VR中，人不再只是被动地通过键盘﹑鼠标等设备简单地和虚拟环境做交互，而是能够主动地沉浸到虚拟环境中去，利用多维化的传感设备，以更自然的方式和更便捷的操作方式将行为和状态，甚至表情，反馈给计算机。计算机实时做出交互，从而使用户沉浸其中，使参与者有更“真实”的体验。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实系统按其功能大体可分为四类：1.桌面虚拟现实系统也称窗口中的VR。它可以通过桌上型机实现，所以成本较低，功能也最简单，主要用于CAD、CAM、建筑设计、桌面游戏等领域。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实系统按其功能大体可分为四类：2.沉浸式虚拟现实系统如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实系统按其功能大体可分为四类：3.分布式虚拟现实系统它在互联网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实应用。它通常是沉浸式虚拟现实系统的发展，也就是把分布于不同地方的沉浸式虚拟现实系统，通过互联网连接起来，共同实现某种用途。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.1虚拟现实的概念虚拟现实系统按其功能大体可分为四类：4.增强现实又称混合现实系统它把真实环境和虚拟环境结合起来，既可减少构成复杂真实环境的开销（虚拟环境取代部分真实环境），又可对实际物体进行操作（真实环境取代部分虚拟环境），达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.2虚拟现实的特征从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户提供视、听等直观而又自然的实时感知，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。虚拟现实技术主要具有以下四个重要特征。1.多感知性多感知性指虚拟现实除了具有视觉感知外，还包括听觉感知等。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.2虚拟现实的特征2.沉浸感沉浸感是指用户感受作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。3.交互性交互性是指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.2虚拟现实的特征4.自主性是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示、传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据，并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型；实时三维图形生成技术的关键是如何实现“实时”生成；立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.3虚拟现实的关键技术虚拟现实的关键技术主要包括：1.动态环境建模技术虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，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。2.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，那么关键就是“实时”生成。为保证实时，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.3虚拟现实的关键技术3.立体显示和传感器技术虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的设备不能满足需要，力学和触觉传感装置的研究也有待进一步深入，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。4.应用系统开发工具虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，提高产品质量。想要达到这一目的，则需要研究虚拟现实的开发工具。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.3虚拟现实的关键技术5.系统集成技术由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统集成技术起着至关重要的作用，集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.4虚拟现实的应用由于能够再现真实的环境，并且人们可以介入其中参与交互，使得虚拟现实系统可以在许多方面得到广泛应用。1.教育领域虚拟现实技术能将三维空间的事物清楚的表达出来，能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用。并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。这种呈现多维信息的虚拟学习和培训环境，将为学习者掌握一门新知识、新技能提供最直观、最有效的方式。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.4虚拟现实的应用2.军事领域在军事上，虚拟现实的最新成果往往被率先应用于航天和军事训练，利用虚拟现实技术可以模拟新式武器装备如飞机的操纵和训练，以取代危险的实际操作。利用虚拟现实仿真实际环境，可以在虚拟的或者仿真的环境中进行大规模的军事演习的模拟。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.4虚拟现实的应用3.工业领域虚拟现实已大量应用于工业领域。对汽车工业而言，虚拟现实技术既是一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种人工环境，人们可以在这种环境中以一种自然的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、实验和培训等方面。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.4虚拟现实的应用4.艺术与娱乐由于娱乐方面对虚拟现实的要求不是太高，近几年来VR在该方面发展最为迅速。作为显示信息的载体，VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（比如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使欣赏者更好的欣赏艺术。计算机分类

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11.2虚拟现实

11.2.4虚拟现实的应用5.医疗在医学教育和培训方面，医生见习和实习复杂手术的机会是有限的，而在VR系统中却可以反复实践不同的操作。VR将能对危险的、不能失误的、较少或难以提供真实演练的操作反复地进行十分逼真的练习。目前，国外很多医院和医学院已开始用数字模型训练外科医生。其做法是将X光扫描、超声波探测、核磁共振等手段获得的信息综合起来，建立起非常接近真实人体和器官的仿真模型。计算机分类

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11.2.4虚拟现实的应用6.城市仿真由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求较为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。计算机分类

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11.2.4虚拟现实的应用7.科学计算可视化在科学研究中人们总会遇到大量的随机数据，为了从中得到有价值的规律和结论，需要对这些数据进行分析，而科学可视化功能就是将大量字母、数字数据转化成比原始数据更容易理解的可视图像，并允许参与者借助可视虚拟设备检查这些“可见”的数据。它通常被用于建设分子结构、地震、地球环境的各组成成分的数字模型。11.3增强现实计算机分类

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11.3增强现实

11.3.1增强现实的概念增强现实（AR）是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术。其目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，通过计算机系统提供的一些信息再加上用户对现实社会感知，将虚拟的信息应用到真实的世界，并且将计算机设备生成的信息跟现实真正的场景融合，从而实现对现实的增强。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.1增强现实的概念AR通常是以透过式头盔显示系统和注册（AR系统中用户观察点和计算机生成的虚拟物体的定位）系统相结合的形式来实现的。除了看清楚自己的世界，还可以亲身体验别人的世界，这就是AR技术带来的冲击效果之一。随着随身电子产品CPU运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.2增强现实的特征1.虚实结合它可以将显示器屏幕扩展到真实环境，使计算机窗口与图标叠映于现实对象，由眼睛凝视或手势指点进行操作；让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要交互地改变其形状和外观；对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X射线透视的增强效果；将地图信息直接插入现实景观以引导驾驶员的行动；通过虚拟窗口调看室外景象、使墙壁仿佛变得透明。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.2增强现实的特征2.实时交互它使交互从精确的位置扩展到整个环境，从简单的人面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中。用户可通过交互设备直接与虚拟物体或虚拟环境进行交互。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.2增强现实的特征3.在三维尺度空间中增添定位虚拟物体例如，视频式增强现实系统，一方面由摄像机拍摄所得的视频直接显示在显示器中，使用户看到真实场景，另一方面由虚拟摄像机拍摄到的虚拟视频被送到显示器，通过虚、实两个摄像机的全方位对准，使虚、实场景融合一体，可在三维空间中自由增添、定位虚拟物体。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.3增强现实的工作原理早期AR是移动式增强现实系统，将图像、听觉等感官增强功能实时添加到真实世界的环境中。这些系统只能看到从一个视角的图像，全面图像的却不能看见。未来的增强现实系统将会看到从不同的视角所看到的图像。增强现实要努力实现的不仅是将图像实时添加到真实的环境中，而且还要更改这些图像以适应用户的头部及眼睛的转动，以便图像在用户视角范围内观看。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.3增强现实的工作原理AR的三大技术要点是三维注册（跟踪注册技术）、虚拟现实融合显示、人机交互。首先，通过摄像头和传感器将真实场景进行数据采集，并传入处理器对其进行分析和重构；然后，通过AR头戴式显示器或智能移动设备上的摄像头、陀螺仪、传感器等配件实时更新用户在现实环境中的空间位置变化数据，从而得出虚拟场景和真实场景的相对位置，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景与现实场景的融合计算；最后，将其合成影像呈现给用户。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.3增强现实的工作原理AR的三大技术要点是三维注册（跟踪注册技术）、虚拟现实融合显示、人机交互。用户可通过AR头戴式显示器或智能移动设备上的交互配件，如话筒、眼动追踪器、红外感应器、摄像头、传感器等设备采集控制信号，并进行相应的人机交互及信息更新，实现增强现实的交互操作。其中，三维注册是AR技术的核心，即以现实场景中二维或三维物体为标识物，将虚拟信息与现实场景信息进行对位匹配，即虚拟物体的位置、大小、运动路径等与现实环境必须完美匹配，达到虚实相生的地步。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.3增强现实的工作原理AR应用因自身技术的复杂性使其硬件发展受到许多限制，尽管其硬件目前的状况还不尽如人意，但随着电子和光学技术的进步和完善，AR硬件也在快速迭代之中不断改进。AR头戴式显示器因佩戴使用时用户往往有诸多不适感，因此AR应用的主要载体为手持智能移动设备，如智能手机、平板电脑。其天然包含了AR所需的各种元素：陀螺仪、摄像头、加速器、话筒等，以及强大的CPU、GPU。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.3增强现实的工作原理目前，主要的AR开发平台有苹果针对iOS系统的ARKit、谷歌针对安卓系统的ARCore、亚马逊的AmazonSumerian等。这些开发平台可为智能手机、平板电脑、头戴显示器、浏览器等快速创建VR、AR和3D应用内容。计算机分类

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11.3增强现实

11.3.4增强现实的典型应用1.医疗领域