虚拟现实技术导论 虚拟现实的概念 虚拟现实的概念.docx

虚拟现实的概念 PAGE 8 [文档标题 虚拟现实的概念 本次课程介绍虚拟现实的概念。 一、虚拟现实的概念 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。 二、虚拟现实的原理 首先我们来做一个小实验： 1.当你分别遮住一只眼睛，用另一只眼睛看你的左手时，你的两只眼睛各自看到的图像，会有一些微小的差别。这个就叫做人眼的双目视差。 2.当你把手机放在面前，先把头歪到左边，再把头歪到右边时，你的眼睛看到的就分别是手机的左边框和右边框。这个叫做人眼的移动视差。 3.而当你摊开两只手，先盯着左手看，再盯着右手看，也就是眼睛聚焦到不同的手上时，会依次看到左手清晰右手模糊，以及左手模糊右手清晰的图像。这是人眼的变焦功能。 正是因为人眼天然拥有以上这些视觉差异和变焦功能，你眼前的这个场景，才能在大脑的加工后变得立体和纵深；而传统相机的二维成像技术，和人眼这些复杂功能比起来，简直被甩开了好几条街。 那么，人眼这么复杂的视觉体验，虚拟现实又是怎么模仿出来的呢？ 我们再来做一个实验： 首先，如果把相机放在一个点上，拍摄广场上一远一近的两个人。那么当镜头对焦在不同的人身上时，就能拍到2张只有一个人清晰，而其他部分虚化的照片。 接着，如果在这两个人的斜后方再加一个人，整个场景里就出现了3个远近不同的人。那么镜头对焦在不同的人身上时，我们就能拍到3张只有一个人清晰，而其他部分虚化的照片。 而如果再不断地向斜后方增加人数，那么这个相机就能拍摄出无数张只有一个人清晰，而其他部分虚化的照片。 现在，见证奇迹的时刻来了。 如果把这些照片叠在一起，它们实际上就粗略地组成了在这个角度上，“很多人站在广场上”，这样的一个立体场景； 换句话说，相机在这个点上能够“看”到的整个立体的场景，可以被竖着切成无数张切片，也就是这无数张照片。 而如果我们再模仿人的双眼，以及在不同位置上的视角，再把眼前的场景从各个角度都切片，那么整个场景里所有角度的切片叠加在一起，就最终组成了一个完整的立体场景。 而就像我们刚才说的，传统相机不管怎么变焦，都只能采集整个立体场景中的这一片切片，或那一片切片； 但现在的虚拟现实，却可以通过采集整个场景中的很多切片，甚至是所有切片，来生成一个模拟人眼视觉的切片数据库； 这个数据库中的图像经过处理，就能在显示屏上再复现出立体的场景了。 另外，现在最先进的显示技术，甚至已经可以根据你眼睛和身体的动作，实时切换数据库中的切片—— 不管你在某个瞬间是移动了位置，还是眼睛切换了焦点，计算机都可以通过算法，筛选出你做出这个动作的瞬间应该看到的那一个切片，并且经过快速加工，把那个切片呈现在你眼前的显示屏上。 也就是说，随着你的动作变化，你的眼睛在这一瞬间该看到哪张切片，虚拟现实就给你看哪张切片。这样，你看着眼前这些人工加工的图像，就会感觉像在现实世界中一样了。 三、虚拟现实的应用领域 由于虚拟现实技术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。随着各种技术的深度融合，相互促进，虚拟现实技术在教育、军事、工业、艺术与娱乐、医疗、城市仿真、科学计算可视化、电影动漫等领域的应用都有极大的发展。 教育 军事 工业 娱乐 医学 建筑仿真 科学研究 电影动漫