第5章 人机交互前沿技术-2课件.ppt

第5章 人机交互前沿技术;虚拟现实;1. 虚拟现实概念;什么是虚拟现实 （Virtual Reality） 虚拟现实是用计算机产生逼真的三维视觉、听觉、触觉甚至嗅觉等感觉的虚拟世界，使得用户利用适当的设备如头盔、眼镜、屏幕、立体声设备、传感手套、服装等, 用自然方式对虚拟世界的客体对象进行交互，使其有置身于真实世界中的感觉。 ;虚拟现实系统的基本要素 （1）计算机生成的虚拟世界/环境: 一个能给人提供视觉、听觉、触觉、嗅觉以及味觉等多种感官刺激的世界。目前虚拟现实通常由视觉、听觉和触觉三种刺激构成。 （2）高级的人机交互: 多通道交互，对沉浸式系统要求采用自然方式的交互操作，对于非沉浸式系统也可使用常规交互设备进行交互操作。 ;虚拟现实系统组成;虚拟现实技术的两大特征是“沉浸”和“交互”。它要求计算机所创造的虚拟环境能使用户具有全身心的参与感和体验感。 通常把虚拟现实的精华浓缩成3I，即：Interactive （交互）；Immersion（沉浸）；Imagination （想像）。因此，虚拟现实技术是交互－沉浸－想像的总集成。 ;沉浸感（Immersion）: 给人们身临其境的感觉，全方位地沉浸在这个虚幻的世界中。 - 逼真的感觉: 包括视觉，听觉，触觉，嗅觉等 交互性（Interaction）:人能够以很自然的方式跟虚拟世界中的对象进行交互操作或者交流，着重强调使用手势、体势等身体动作(主要是通过头盔、数据手套、数据衣等来采集信号)和自然语言等自然方式的交流。 - 自然的交互: 包括运动，姿势，语言，身体跟踪等 想象性（Imagination）: 虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新意,启发创造性和想象力. - 用户的创造: 用户的眼、耳、身所感到的感觉信息迅速的响应感觉信息根据视点变化和用户输入及时更新;虚拟现实的纵向发展 可划分为四个层次： ? 桌面式虚拟现实系统(Desktop VR) – 立体(Stereoscopitic)显示技术 ?沉浸式/临境虚拟现实系统(Immersive VR) – 利用头盔显示器把用户的视觉、听觉和其它感觉封闭起来 ?混合现实: 增强现实、增强虚拟 ? 分布式虚拟现实(Distributed VR) – 分布式VR则是让不同的用户(参与者)共享同一个虚拟空间 ;增强现实技术（AR） 将计算机生成的虚拟物体或信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强” 在虚拟环境与真实世界之间的沟壑间架起了一座桥梁 ;增强现实系统具有虚实结合、实时交互的特点，它是将真实环境和虚拟现实的景象结合起来，既可减少生成复杂环境的开销，又便于对实际物体的操作. 虚实融合显示和无缝拼接 虚拟物体数字三维模型的建立：逼真，简单 真实世界光照模型的检测与利用：强度，方向，阴影 虚实物体相互遮挡的分析和体现 无缝拼接与系统实时性的矛盾 ;分布式虚拟现实/Distributed Virtual Reality (分布式虚拟环境/Distributed Virtual Environment) 多用户基于网络进行分布式交互、信息共享和仿真计算虚拟环境的技术. 利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地理上分布的用户可以通过网络共享该环境，并与环境以及相互之间进行交互。 其他同义词: Networked VE(VR), Shared VE(VR), Multi-User VE, etc. ; 美国大型军用交互仿真系统NPSNET及因特网上多人游戏MUD等 共享虚拟环境是一个综合应用计算机网络、分布计算、计算机仿真、数据库、计算机图形学、虚拟现实、人机交互、智能代理等多学科专业技术的研究领域；;2. 虚拟现实技术;虚拟现实技术;虚拟环境 虚拟环境中的场景由一系列对象组成，场景一般包括几何、传感器、光源、视点、人口、动画对象等，通过对这些对象的描述来构造虚拟环境。 几何对象：它是场景的基本元素，它的形状特征是利用已有的造型软件制作的，其中一部分具有静态特征，包括位置、方向、材料、属性等特征；另一部分还具有运动特征，它反映了物体对象的运动、行为、约束条件以及力的作用。 传感器对象：它的概念适合于任何为计算机提供输入线索的外部设备，这些输人主要用于控制对象的位置和方向，改变场景对象的行为，以及控制参与者的视点等。 光源对象：有点光源、平行光源、面光源、环境光源，还包括可以置于场景中任何地方和方向的有向光源。 视点对象：用户可指定观测参数，以便于在任何位置、任何方向、任何视角观察虚拟环境，在同一场景中还可以保留几个不同的视点，但同一时刻只能使用一个。它可以与传感器连接，根据传感器的运动，动态地改变视点，从而可使参与者在所构造的环境中漫游和浏览;虚拟环境建模 听觉模型