第13章.无缝穿越-虚拟现实

第13章

无缝穿越——虚拟现实CONTENTS目录13.1虚拟现实的概述13.2虚拟现实技术的发展与现状13.3虚拟现实的应用虚拟现实的概述13.1什么是VR虚拟现实系统的主要分类虚拟现实运行原理虚拟现实的关键技术虚拟现实技术基本实现方式：以计算机技术为主，综合利用三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、显示技术、伺服技术等，借助计算机等产生一个逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界，从而使身处虚拟世界的人产生一种身临其境的感觉13.1.1什么是VR1．沉浸感沉浸感是指计算机操作人员作为人机环境的主导者存在于虚拟环境中。多媒体技术虽然为人们提供了丰富多彩的信息表示形式，且使人与计算机可以交互，但是在交互中，人们只能从计算机外部去观察这些表现形式。而虚拟现实技术通过多维方式与计算机所创造的虚拟环境进行交互，使参与者全身心地沉浸在计算机所生成的三维虚拟环境中，产生身临其境的感觉。通过将人与环境融为一体，使操作人员相信在虚拟环境中的人也是确实存在的，而且在操作过程中参与者可以自始至终地发挥作用，就像在真正的现实世界中一样。2．交互性交互性是指操作人员对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，操作人员可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握住东西的感觉，并可以感觉到物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。3．多感知性多感知性是指由于虚拟现实系统中装有多种视觉、听觉、触觉、动觉的传感器及反应装置，使用者在虚拟环境中可以获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的效果。13.1.2虚拟现实系统的主要分类虚拟现实的主要分类虚拟现实在不同领域得到较为广泛的应用，在科学研究、虚拟校园、虚拟教学、虚拟实验等方面的应用更为深入。桌面虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统增强式虚拟现实系统1.桌面虚拟现实系统一套基于普通PC的小型虚拟现实系统位置跟踪器数据手套力反馈器三维鼠标其他手控输入设备重要技术特征2.沉浸式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统利用头盔显示器将用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，产生出一种身在真实环境中的感觉3.分布式虚拟现实系统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多个用户多个虚拟环境网络协同工作4.增强式虚拟现实系统通过计算机技术，将虚拟信息应用到真实世界，两种信息相互补充、叠加，并同时存在于一个画面或空间中目的将计算机生成的虚拟对象与真实环境融为一体，以增强用户对真实环境的理解13.1.3虚拟现实运行原理虚拟现实的运行原理计算机屏幕通常只有一个，而我们却有两只眼睛，必须让左、右眼看到的图像各自独立分开，才能产生立体视觉3D立体眼镜控制IC让视差持续在屏幕上表现出来送出立体信号到屏幕送出同步信号到3D立体眼镜使其同步切换左、右眼图像3D立体眼镜是一个穿透液晶镜片，通过电路对液晶眼镜的开、关进行控制3D立体眼镜开可以控制眼镜镜片全黑，以便遮住一眼图像关可以控制眼镜镜片透明，以便眼看到另一眼该看到的图像3D立体眼镜3D立体眼镜可以模仿真实的状况，使左、右眼画面连续互相交替显示在屏幕上，同步配合3D立体眼镜,加上人眼视觉暂留的生理特性，就可以看到近似真实的立体3D图像VRVR的主体+主要情景人只是作为VR的一环，通过动作捕捉装置，参与到内容中去，深度体验并与内容互动13.1.4虚拟现实的关键技术虚拟现实关键技术虚拟现实是多种技术的综合，包括：实时三维计算机图形技术广角（宽视野）立体显示技术对观察者头眼手的跟踪技术触觉，力觉反馈立体声网络传输语音输入输出技术1.动态环境建模技术核心内容建立虚拟环境目的采用CAD技术(有规则的环境)、非接触式的视觉建模技术获取三维数据2.实时三维图形生成保证图形的刷新率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒真实性实时性依赖于实时三维图形的生成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数据手套的缺点延迟长分辨率低作用范围小使用不便跟踪精度低跟踪范围小虚拟现实设备的缺点4.应用系统开发关键寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力提高生产效率减轻劳动强度提高产品开发质量4.应用系统开发虚拟现实开发工具虚拟现实系统开发平台分布式虚拟现实技术5．触觉与力觉反馈在手套内层安装一些可以震动的触点来模拟触觉解决方式虚拟现实的概念虚拟现实的特点虚拟现实的主要分类虚拟现实的运行原理虚拟现实的关键技术虚拟现实技术的发展与现状13.213.2.1虚拟现实的发展概念萌芽期技术萌芽期技术积累期产品迭代期技术爆发期技术萌芽期虚拟现实原型机用以虚拟现实的方式进行模拟飞行训练1968年计算机图形学之父伊万·萨瑟兰开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器及头部位置跟踪系统达摩克利斯之剑应用范围受限伊万·萨瑟兰——虚拟现实之父技术积累期虚拟技术理论和概念形成时期贾龙·拉尼尔于1984年创建了VPLResearch公司，并推出划时代的虚拟现实设备EyephoneEyephone只是虚拟现实设备的头戴式显示器产品迭代期1991年出现的一款名为“Virtuality1000CS”的VR头盔体现了VR产品的尴尬之处：外形笨重功能单一价格昂贵第五阶段：2016年到至今，虚拟现实技术爆发期2016年：虚拟现实的产业元年2018年：云VR产业元年2019年：5G云VR产业元年2020至2021年：虚拟现实产业快速发展的时间窗口目前，全球已进入部分沉浸和成长培育期，整个VR行业正式进入内容爆发成长期，应用领域较为广泛第五阶段：2016年到至今，虚拟现实技术爆发期VR的应用领域拓展到：游戏娱乐、教育文化等领域消费者模式涉足VR领域的国内企业主要有：小米VR产业联盟和世界VR产业发展大会腾讯盛大集团13.2.2虚拟现实的现状虚拟现实的现状现阶段，VR技术已逐步进入消费者模式。在电子游戏领域，已经开发出开发者版本的头戴式显示器。目前VR产品火爆，众多国内外企业深入推进商业模式变革，硬件产品、内容资源不断丰富。VR的应用领域拓展到游戏娱乐、教育文化等领域。VR的用户规模不断扩大。这一时期，产业联盟和产业大会也逐步建立。例如，VR产业联盟和世界VR产业发展大会。涉足VR领域的国内企业主要有：小米、腾讯、盛大集团等。13.2.1虚拟现实的未来1提升硬件性能，如传感器性能，主要在于提升物体跟踪识别、超高清显示器件、CPU和GPU数据处理单元性能等2在应用软件和内容挖掘创新上继续发力，建设VR生态3加强同公共服务行业结合，同时落实政策法律法规监管3建立行业标准，提升设备、系统迁移性,并降低使用成本和使用难度虚拟现实的应用13.3游戏娱乐医疗交通教育工业旅游军事虚拟现实技术军事领域军事指挥人员训练提高指挥决策能力研制武器装备进行网络信息战构建虚拟战场环境单兵模拟训练网络化作战训练军事领域通过模拟器训练飞行员是一条行之有效的途径飞行模拟器可以作为一种试验床，对飞机的操纵性、稳定性和机动性进行测试和评定，进而分析飞机气动参数对飞行品质的影响。模拟飞行是虚拟现实技术应用的先驱游戏娱乐领域游戏场地人物模型电影场景游戏娱乐领域《我生命中的60秒》《三体》MUD多用户虚拟空间二维三维网络三维游戏由于人体的物理、肌理、生理和生化特征很多，差异较大，各种脏器各不相同，特征不一。供医疗所用的虚拟现实系统有一定难度。虚拟手术训练远程会诊手术规划导航手术协作医疗领域由于人体的物理、肌理、生理和生化特征很多，差异较大，各种脏器各不相同，特征不一。供医疗所用的虚拟现实系统有一定难度。患者关怀症状戒除心理疏导医疗领域工业领域VR优势

调试的各个环节都实现了三维立体可视化，让生产场景真实地呈现在人们眼前VR教育结合游戏、情景转换等多种手段,能够有效解决教育难题,激发学生兴趣。利用VR技术的沉浸感，在虚拟场景下为学生提供实操机会，让学生在一个形象逼真的环境下直接参与互动，更能激发学生的学习兴趣，对知识点的掌握更加牢固。教育领域旅游领域VR虚拟旅游更多的是对实景游的补充。在旅游前通过VR