第一节 虚拟现实技术概述.ppt

虚拟现实技术与应用 任课教师:郑德华 第一章 虚拟现实技术概述 1.什么叫虚拟现实技术 虚拟现实技术（Virtual Reality 简称VR) 是一种模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术，是在数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、人—机接口技术、计算机仿真技术及传感器技术等许多信息技术基础上发展起来的一门多学科的交叉技术。 与传统的模拟技术相比，VR技术的主要特征是：用户能够进入到一个由计算机系统生成的交互式的三维虚拟环境中，可以与之进行交互。 2.虚拟现实技术与三维动画技术的异同 VR技术和三维动画技术有本质上的区别,可以说交互性是两者最大的不同。可见下表: VR技术与三维动画技术的比较 3.虚拟现实技术的发展简史 VR技术的发展大致分为3个阶段： 20世纪50年代到70年代末，是VR 技术的探索阶段； 20世纪80年代初期到80年代中期，是VR技术系统化、从实验室走向实用的阶段； 20世纪80年代末期到达21世纪初，是VR技术高速发展的阶段。 4.虚拟现实系统的构成 典型的虚拟现实系统主要是由计算机、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成。如图： 典型虚拟现实系统的结构框图 5.虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术有3个主要特征：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想像性（Imagination）。 (1)沉浸性 沉浸性（Immersion）又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2) 交互性 交互性（Interactivity）的产生，主要借助于VR系统中的特殊硬件设备（如数据手套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。 (3) 想像性 想像性（Imagination）指虚拟的环境是人想像出来的，同时这种想像体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。 6.虚拟现实系统的分类 在实际应用中，根据虚拟现实技术对沉浸程度的高低和交互程度的不同，将虚拟现实系统划分为以下4种类型: (1) 桌面式VR系统 它是利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用计算机的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。 立体眼镜 桌面式VR系统具有以下主要特点： ①缺少完全沉浸感，参与者不完全沉浸，因为即使戴上立体眼镜，仍然会受到周围现实世界的干扰。 ②对硬件要求极低 ③应用比较普遍，因为它的成本相对较低 (2) 沉浸式VR系统 它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有： ①基于头盔式显示器的系统 ②投影式虚拟现实系统 ③远程存在系统 沉浸式VR系统的特点 ① 高度的沉浸感。 ② 高度实时性。 利用头盔显示器和数据手套 等交互设备进行的飞机战斗游戏 (3) 增强式VR系统 它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。常见的增强式VR系统有： ①基于台式图形显示器的系统。 ②基于单眼显示器的系统（一个眼睛看到显示屏上的虚拟世界，另一只眼睛看到的是真实世界）。 ③基于透视式头盔显示器的系统。 增强式VR系统有以下3个特点： ① 真实世界和虚拟世界融为一体。 ② 具有实时人机交互功能。 ③ 真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。 在房间原有的基础上进行虚拟设计 （4）分布式VR系统 它在沉浸式VR系统的基础上，将位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。 分布式VR系统具有以下5个特点： ① 各用户具有共享的虚拟工作空间。 ② 伪实体的行为真实感。 ③ 支持实时交互，共享时钟。 ④ 多个用户可用各自不同的方式相互通信。 ⑤ 资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟世界中的对象。 虚拟战场 8