虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用 -課件

VirtualReality

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用VirtualReality

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)典型硬件裝置虛擬現(xiàn)實(shí)的圖形學(xué)基礎(chǔ)真實(shí)感圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)碰撞檢測(cè)與三維真實(shí)感聲音主要內(nèi)容虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述目錄2示例教學(xué)北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)典型硬件裝置虛擬現(xiàn)實(shí)的圖形學(xué)基礎(chǔ)北京郵電大學(xué)

產(chǎn)生背景虛擬現(xiàn)實(shí)概述北京郵電大學(xué)產(chǎn)生背景虛擬現(xiàn)實(shí)概述北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力

—如何讓計(jì)算機(jī)更容易被人使用操作人員可以以更為自然的方式使用計(jì)算機(jī)將結(jié)果以更易被操作人員接受的方式盡快地表現(xiàn)出來(lái)計(jì)算機(jī)能夠更準(zhǔn)確地理解人的意圖北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力

—如北京郵電大學(xué)從60年代末起

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)各種計(jì)算提出“可視”的要求在計(jì)算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上要解釋數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)，把計(jì)算得到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為直觀的、用視頻或聲頻信息表示的、隨時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或模擬的物理現(xiàn)象先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算將能洞察到傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算所不可能看見(jiàn)的結(jié)果（Toseetheunseen），可視化是把某些不可見(jiàn)對(duì)象或抽象事物轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的、可感知的結(jié)果“Thepurposeofcomputingisinsight,notnumber”---RichardHamming北京郵電大學(xué)從60年代末起

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)各種計(jì)算北京郵電大學(xué)人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求在觀察計(jì)算所得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，能感受計(jì)算所得的形象結(jié)果和全局觀念研究人員甚至還希望能沉浸在計(jì)算所得、計(jì)算所創(chuàng)建的三維空間中，能交互地控制、駕馭和修改所“看見(jiàn)和感受到”的計(jì)算結(jié)果自90年代初起

在高性能計(jì)算的支持下要求實(shí)現(xiàn)沉浸式的可視計(jì)算北京郵電大學(xué)人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求在北京郵電大學(xué)解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本成熟，基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)資源共享基于統(tǒng)一的開(kāi)放體系框架結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序接口和面向?qū)ο蟮闹虚g件，已能實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”、“即插即用”的協(xié)同式的可視化計(jì)算自90年代中旬以來(lái)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的支持下要求實(shí)現(xiàn)協(xié)同式的可視化計(jì)算北京郵電大學(xué)解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān)自90年代中北京郵電大學(xué)總之：沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算促進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展,高性能計(jì)算機(jī)為沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算提供基礎(chǔ)

關(guān)鍵技術(shù)高性能計(jì)算機(jī)和高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大量的、快速的、分布的、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值計(jì)算開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、中間件、人機(jī)接口和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕褦?shù)據(jù)映射成可視化的、具有某種物理屬性的對(duì)象（虛物實(shí)化）把實(shí)物轉(zhuǎn)化為可融入虛擬環(huán)境的虛擬對(duì)象（實(shí)物虛化）美國(guó)各個(gè)國(guó)家計(jì)算中心和有關(guān)部門都提出迎接21世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的相應(yīng)規(guī)劃，如：DOE2000和NSF的PACI等北京郵電大學(xué)總之：沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算促進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)北京郵電大學(xué)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)

的處理空間

串行的單維的封閉的預(yù)定程序人思考問(wèn)題

的認(rèn)知空間并行的多維的開(kāi)放的歸納演繹前30年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

減小人的認(rèn)知空間和計(jì)算機(jī)的處理空間的差異

努力建立和

諧人機(jī)環(huán)境

M大規(guī)模并行

M多媒體

O開(kāi)放系統(tǒng)

O面向?qū)ο?/p>

N網(wǎng)絡(luò)計(jì)算

逐步減小人和

機(jī)器間的隔閡北京郵電大學(xué)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)

的處理空間人思考問(wèn)題

的認(rèn)知空北京郵電大學(xué)和諧的人機(jī)環(huán)境MMOONAKv后20年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

從MMOON到AKV

有望實(shí)現(xiàn)和諧的人機(jī)環(huán)境

在繼續(xù)發(fā)展MMOON的基礎(chǔ)上，突破以下關(guān)鍵技術(shù)，逐步構(gòu)建和諧的人機(jī)環(huán)境ArchiveStorageandProcessing--海量信息存儲(chǔ)與處理KnowledgeProcessing--知識(shí)處理VisualizedComputing&VirtualReality--可視化計(jì)算與虛擬現(xiàn)實(shí)北京郵電大學(xué)MMOONAKv后20年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

從MM北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展里程碑1965年，Sutherland在篇名為《終極的顯示》的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想，從此，人們正式開(kāi)始了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究探索歷程。第一階段－產(chǎn)生隨后的1966年，美國(guó)MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始了頭盔式顯示器的研制工作。在這第一個(gè)HMD的樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺(jué)的力反饋裝置加入到這個(gè)系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)?；趶?0年代以來(lái)所取得的一系列成就，美國(guó)的JaronLanier在80年代初正式提出了“VirtualReality”一詞。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展里程碑1965年，Sutherla北京郵電大學(xué)第二階段－發(fā)展80年代為虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與集成階段。出現(xiàn)了若干個(gè)典型的、有代表性的應(yīng)用系統(tǒng)，如：美國(guó)NASA的View系統(tǒng)，它是第一個(gè)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，給出了VR系統(tǒng)普遍采用的基本硬件體系結(jié)構(gòu)，裝備了數(shù)據(jù)手套、頭部跟蹤器，提供了語(yǔ)音、手勢(shì)等交互手段；1986年美國(guó)空軍基地設(shè)計(jì)的虛擬工作臺(tái)系統(tǒng)（SuperCockpit），把視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)系統(tǒng)集成起來(lái)，為飛行員提供頭部、眼睛、語(yǔ)言及手部控制輸入等多種交互控制方式，用于全面開(kāi)發(fā)飛行員的感知、認(rèn)知及心理活動(dòng)等各方面的能力；VPL公司開(kāi)發(fā)了用于生成虛擬現(xiàn)實(shí)的PB2軟件和DataGlove數(shù)據(jù)手套，為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了開(kāi)發(fā)工具；北京郵電大學(xué)第二階段－發(fā)展80年代為虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與集成階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展(續(xù))VIEW在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展史上的地位舉足輕重。當(dāng)1985年VIEW系統(tǒng)的雛形在美國(guó)NASAAmes研究中心完成時(shí)，該系統(tǒng)以低廉的造價(jià)、讓參與者有“真實(shí)體驗(yàn)”的效果引起有關(guān)專家的注目。該系統(tǒng)的雛形是在MichaelMcGreevy領(lǐng)導(dǎo)下完成的。VIEW系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：保持了低造價(jià)的優(yōu)勢(shì)裝備了數(shù)據(jù)手套、頭部跟蹤器等硬件設(shè)備提供了語(yǔ)音、手勢(shì)等交互式手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展(續(xù))VIEW北京郵電大學(xué)第三階段－全面應(yīng)用第三階段90年代至今為虛擬現(xiàn)實(shí)的全面發(fā)展階段。隨著傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)致力于人機(jī)和諧環(huán)境研究的專家、學(xué)者及工程技術(shù)人員，在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及應(yīng)用系統(tǒng)推廣方面做了大量工作，興起了虛擬現(xiàn)實(shí)的研究熱潮，并且廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練、醫(yī)療、娛樂(lè)、教育、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域中。北京郵電大學(xué)第三階段－全面應(yīng)用第三階段90年代至今為虛擬現(xiàn)實(shí)北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念15虛擬現(xiàn)實(shí)效果展示北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念15虛擬現(xiàn)實(shí)效果展示北京郵電大學(xué)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality)虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality)簡(jiǎn)稱VR，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬世界是全體虛擬環(huán)境或給定仿真對(duì)象的全體，虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過(guò)視、聽(tīng)及觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)多種技術(shù)發(fā)展而成的一門新技術(shù)。

16北京郵電大學(xué)概述16北京郵電大學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式人機(jī)交互環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)視景真實(shí)、動(dòng)作真實(shí)、聲音真實(shí)、感覺(jué)真實(shí)的虛擬環(huán)境的技術(shù)。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于可計(jì)算信北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的一定范圍的虛擬環(huán)境，用戶可以借助必要的裝備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互作用、相互影響，從而獲得親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)高端的人機(jī)接口，包括通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)等多種感覺(jué)通道的實(shí)時(shí)模擬和實(shí)時(shí)交互北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualRealityVR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬環(huán)境（VirtualEnvironmentVE）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用它可以使人以更為自然和諧的方式使用計(jì)算機(jī)。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualRealityVR）北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特征（3I圖）Immersion（沉浸）Imagination（構(gòu)想）Interaction（交互性）沉浸（Immersion）

VR系統(tǒng)的核心，表示用戶投入到由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中的能力，用戶在虛擬場(chǎng)景中有身臨其境之感。交互性

（Interaction）用戶與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。交互性包含對(duì)象的可操作程度及用戶從環(huán)境中得到反饋的自然程度，以及虛擬場(chǎng)景中對(duì)象依據(jù)物理學(xué)定律運(yùn)動(dòng)的程度等。VR是自主參考系，即以用戶的視點(diǎn)變化進(jìn)行虛擬交換互。構(gòu)想

（Imagination）

VR不僅僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而且可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。因此，VR是啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維的活動(dòng)。20概述北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特征（3I圖）Immersio北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

概述21北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)分布式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)桌面式沉浸式概北京郵電大學(xué)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基本上是一套基于普通PC平臺(tái)的小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的參與者是不完全沉浸的，他要求參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的顯示器和立體顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)手套和六個(gè)自由度的三維空間鼠標(biāo)器，戴上立體眼鏡坐在監(jiān)視器前，在一些專業(yè)軟件的幫助下，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬境界。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類22概述北京郵電大學(xué)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基北京郵電大學(xué)23沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺(jué)空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類概述北京郵電大學(xué)23沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高多用戶虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一次允許多個(gè)用戶參與。典型的系統(tǒng)有：mWorld,CAVE，DIVE等

主要應(yīng)用：虛擬研討環(huán)境(聊天室),虛擬社區(qū)主要問(wèn)題：保證多個(gè)用戶對(duì)虛擬環(huán)境有一致的感受王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.多用戶虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一次允許多個(gè)用戶參與。王兆其《虛擬環(huán)境中北京郵電大學(xué)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象，這種系統(tǒng)既可減少對(duì)構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類概述25北京郵電大學(xué)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境AugmentedReality應(yīng)用領(lǐng)域：維修，醫(yī)學(xué)檢查，培訓(xùn)等主要問(wèn)題：虛實(shí)一致性王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.R.T.Azuma,ASurveyofAugmentedReality,Presence:TeleoperatorsandVirtualEnvironments,1997,6(4):355~385AugmentedReality應(yīng)用領(lǐng)域：維修，醫(yī)學(xué)檢查，北京郵電大學(xué)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來(lái)，多個(gè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用提升到了一個(gè)更高的境界。

概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類27北京郵電大學(xué)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布于不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要應(yīng)用：軍事仿真，多用戶虛擬環(huán)境典型系統(tǒng)：SIMNET，NPSNET，STOW，DVENET主要問(wèn)題：系統(tǒng)的一致性(由數(shù)據(jù)分布與網(wǎng)絡(luò)延遲引起)王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布于不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(4)遙存在(Tele-Presence)真實(shí)世界與操作人員相隔兩地主要應(yīng)用：遠(yuǎn)程手術(shù)，遠(yuǎn)程探測(cè)等王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.(4)遙存在(Tele-Presence)真實(shí)世界與操作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)論哪種VR系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成都可以劃分為以下6個(gè)功能模塊：檢測(cè)反饋傳感器控制3D模型建模模塊用戶虛擬世界現(xiàn)實(shí)世界概述31北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)論哪種VR系統(tǒng)，其系統(tǒng)北京郵電大學(xué)檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。檢測(cè)模塊接受來(lái)自傳感器模塊的信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。反饋模塊一方面接受來(lái)自用戶的操作命令，將其作用于虛擬環(huán)境，另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以相應(yīng)的反饋形式提供給用戶傳感器模塊對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用?？刂颇K現(xiàn)實(shí)世界各組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。3D模型庫(kù)獲取現(xiàn)實(shí)世界各組成部分的三維數(shù)據(jù)，并建立它們的三維模型。建模模塊概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

32北京郵電大學(xué)檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)北京郵電大學(xué)概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，為了使人與計(jì)算機(jī)能夠融洽的交互，讓人沉浸到計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中去，必須配備相應(yīng)的硬件設(shè)備。常用的交互設(shè)備包括：跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)的任務(wù)是要實(shí)時(shí)檢測(cè)出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中人的頭、身體和手的位置與指向，以便把這些數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，生成隨視線變化的圖象。

實(shí)現(xiàn)方式：電磁跟蹤聲學(xué)跟蹤光學(xué)跟蹤33北京郵電大學(xué)概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件33北京郵電大學(xué)觸覺(jué)（力覺(jué)）系統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，產(chǎn)生“沉浸”效果的關(guān)鍵因素是用戶能用手或身體的其他能動(dòng)部分去操作虛擬物體，并在操作同時(shí)能夠感覺(jué)到虛擬物體的反作用力。力學(xué)反饋手套是最常用的觸覺(jué)系統(tǒng)，它使用2只手套，在第一只手套的下部安裝20個(gè)壓敏元件，當(dāng)戴上手套時(shí)，用戶感覺(jué)到壓敏元件隨著手的用力產(chǎn)生的阻力,壓敏元件輸出經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后,傳送給主機(jī)處理。第二只手套有20個(gè)空氣室，由20個(gè)空氣泵來(lái)控制膨脹和收縮，從而對(duì)用戶施加力感。概述34北京郵電大學(xué)觸覺(jué)（力覺(jué)）系統(tǒng)概述34北京郵電大學(xué)音頻系統(tǒng)

聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)由語(yǔ)音與音響合成設(shè)備、識(shí)別設(shè)備和聲源定位設(shè)備所構(gòu)成，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)通道提供的輔助信息可以加強(qiáng)用戶對(duì)環(huán)境的感知。為了能產(chǎn)生逼真的環(huán)境音，人們已開(kāi)始嘗試使用多聲道系統(tǒng)，采用空間聲音合成方法，通過(guò)由不同方向到達(dá)左、右耳道的聲音測(cè)試得到響應(yīng)。概述圖象生成和顯示系統(tǒng)在VR環(huán)境中，圖象生成和顯示系統(tǒng)的工作主要包括3個(gè)步驟:計(jì)算生成真實(shí)感的圖形,其圖形具有顏色、光照、立體感和運(yùn)動(dòng)感。計(jì)算生成或直接從圖象庫(kù)中取得已經(jīng)壓縮且有真實(shí)感的背景圖象。經(jīng)過(guò)掃描變換將圖形和背景圖象統(tǒng)一安排在同一坐標(biāo)系中。35北京郵電大學(xué)音頻系統(tǒng)概述圖象生成和顯示系統(tǒng)35北京郵電大學(xué)1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)功效(飛機(jī)，空間站等)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用北京郵電大學(xué)1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)功效(飛機(jī)，空間站等)虛擬最為成功的例子就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的修復(fù)和維護(hù)”。經(jīng)過(guò)這個(gè)虛擬系統(tǒng)的訓(xùn)練，宇航員于1993年12月，成功地完成了從航天飛機(jī)上取出備件更換哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上損壞的MRI這一復(fù)雜而又費(fèi)時(shí)的任務(wù)。空間技術(shù)VR最為成功的例子就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的修復(fù)和維護(hù)”。經(jīng)過(guò)這個(gè)虛擬系北京郵電大學(xué)虛擬原型的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證虛擬裝配虛擬人機(jī)工程學(xué)機(jī)器人領(lǐng)域北京郵電大學(xué)虛擬原型的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證北京郵電大學(xué)典型應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃波音公司完全使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)波音777新型客機(jī)獲得成功多倫多市（Toronto）的城市規(guī)劃與管理城市規(guī)劃大型工程漫游名勝古跡虛擬旅游數(shù)字化酒店展示系統(tǒng)北京郵電大學(xué)典型應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃北京郵電大學(xué)奧迪效果圖和線框圖北京郵電大學(xué)奧迪效果圖和線框圖北京郵電大學(xué)2）科學(xué)計(jì)算可視化北京郵電大學(xué)2）科學(xué)計(jì)算可視化北京郵電大學(xué)用于核彈B-61-x的虛擬組裝系統(tǒng)3）虛擬組裝北京郵電大學(xué)用于核彈B-61-x的虛擬組裝系統(tǒng)3）虛擬北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)4）仿真訓(xùn)練北京郵電大學(xué)4）仿真訓(xùn)練中國(guó)海警某型主力艇虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)用中國(guó)海警某型主力艇虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)VirtualRealitysystems

totrainaircraftpilotsandtankcommandersVirtualRealitysystems

totr北京郵電大學(xué)5）協(xié)同工作環(huán)境的仿真北京郵電大學(xué)5）協(xié)同工作環(huán)境的仿真北京郵電大學(xué)6）娛樂(lè)游戲《半條命2》北京郵電大學(xué)6）娛樂(lè)游戲《半條命2》虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用課件北京郵電大學(xué)Secondlife北京郵電大學(xué)Secondlife北京郵電大學(xué)中國(guó)人的SecondLife北京郵電大學(xué)中國(guó)人的SecondLife北京郵電大學(xué)教育、藝術(shù)和娛樂(lè)教育虛擬校園，虛擬實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，遠(yuǎn)程教育和特殊教育，技能培訓(xùn)，建筑設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃娛樂(lè)1990,battleTechcenter1991,W-IndustriesLtd浙大虛擬乒乓球?qū)幉ㄐ挛娜S：室內(nèi)高爾夫運(yùn)動(dòng)模擬器，虛擬主持人等騰訊的3DQQshow.北京郵電大學(xué)教育、藝術(shù)和娛樂(lè)教育北京郵電大學(xué)藝術(shù)文化遺產(chǎn)保護(hù)：北大故宮，浙大和德國(guó)合作敦煌數(shù)字化虛擬博物館和虛擬旅游：故宮，盧浮宮虛擬音樂(lè)：東京Waseda大學(xué)開(kāi)發(fā)的musicalvirtualspace.虛擬演播室：1991

NHK的Nanospace虛擬演員電影：侏羅紀(jì)公園，泰坦尼克，星球大戰(zhàn)，動(dòng)捕北京郵電大學(xué)藝術(shù)北京郵電大學(xué)中視典數(shù)字科技有限公司，總部注冊(cè)于深圳高新技術(shù)園區(qū)，成立于2002年，北京分公司成立于2005年1月。是從事虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真、多媒體技術(shù)、三維動(dòng)畫研究與開(kāi)發(fā)的專業(yè)機(jī)構(gòu)，是國(guó)際領(lǐng)先的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtualrealityTechnology）整體解決方案供應(yīng)商和相關(guān)服務(wù)提供商。北京郵電大學(xué)中視典數(shù)字科技有限公司，總部注冊(cè)于深圳高新技術(shù)園北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)以清華大學(xué)工業(yè)系仿真實(shí)驗(yàn)室雄厚的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力為基礎(chǔ)，自成立之日起就以開(kāi)發(fā)和制作適合中國(guó)虛擬仿真市場(chǎng)的仿真系統(tǒng)解決方案和適于推廣的可視化軟件平臺(tái)為主要方向，立志創(chuàng)造中國(guó)虛擬仿真軟硬件的旗幟名牌。公司現(xiàn)已獨(dú)立研發(fā)了包括數(shù)據(jù)手套，虛擬環(huán)境的力反饋等系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)了中國(guó)第一套動(dòng)作捕捉系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，成績(jī)豐碩，已成為用戶中國(guó)仿真界中首選的理想合作企業(yè)。北京郵電大學(xué)以清華大學(xué)工業(yè)系仿真實(shí)驗(yàn)室雄厚的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力為基北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)主要問(wèn)題與研究方向主要問(wèn)題與研究方向北京郵電大學(xué)存在的主要問(wèn)題虛物實(shí)化如何根據(jù)虛擬環(huán)境生成人可直接感受到的真實(shí)信號(hào)（聲、光、電）。是一個(gè)顯示（輸出）問(wèn)題。實(shí)物虛化如何將真實(shí)世界中的物（特別是人）與事件（特別是人的動(dòng)作）傳入虛擬環(huán)境中。是一個(gè)感知的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何讓多個(gè)用戶（特別是不在同一地理位置的多個(gè)用戶）參與到同一個(gè)虛擬環(huán)境中。北京郵電大學(xué)存在的主要問(wèn)題虛物實(shí)化北京郵電大學(xué)主要研究方向之一：

感知技術(shù)的研究研究如何感知真實(shí)世界中人和物的存在及相關(guān)事件的發(fā)生：電磁感知：三維定位跟蹤技術(shù)。數(shù)據(jù)手套與數(shù)據(jù)衣感知技術(shù)。視覺(jué)感知：基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理感知技術(shù)。聽(tīng)覺(jué)感知：基于聲音定位原理的感知技術(shù)。觸覺(jué)與力覺(jué)感知：觸覺(jué)與力覺(jué)感知技術(shù)。多種感知信息的融合技術(shù)。北京郵電大學(xué)主要研究方向之一：

感北京郵電大學(xué)主要研究方向之二：

合成顯示技術(shù)的研究研究虛擬環(huán)境的合成顯示，包括圖像、聲音、觸覺(jué)和力覺(jué)的輸出。立體顯示技術(shù)聲音合成技術(shù)觸覺(jué)與力覺(jué)合成顯示技術(shù)北京郵電大學(xué)主要研究方向之二：

合成顯示技術(shù)的研究北京郵電大學(xué)主要研究方向之三：

建模技術(shù)的研究研究虛擬環(huán)境的表示技術(shù)虛擬環(huán)境的幾何空間表示技術(shù)逼真環(huán)境建模技術(shù)(紋理技術(shù)，LOD技術(shù))基于物理特性的建模技術(shù)（仿真）北京郵電大學(xué)主要研究方向之三：

建模技術(shù)的研北京郵電大學(xué)主要研究方向之四：

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究研究多用戶共享虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。1)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（帶寬，延遲問(wèn)題）2)數(shù)據(jù)共享技術(shù)(一致性處理）北京郵電大學(xué)主要研究方向之四：

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的北京郵電大學(xué)主要研究方向之五：

支撐軟件與開(kāi)發(fā)工具的研究支持開(kāi)發(fā)滿足虛擬環(huán)境建模要求的新一代造型工具；開(kāi)發(fā)同時(shí)支持現(xiàn)有和新的模型的軟件工具；支持在虛擬環(huán)境內(nèi)建模的軟件工具的開(kāi)發(fā)；虛擬環(huán)境語(yǔ)言模型的研究；限時(shí)計(jì)算與繪制的軟件工具的開(kāi)發(fā)；多用戶虛擬環(huán)境的支撐軟件的研制…北京郵電大學(xué)主要研究方向之五：

支撐軟件與開(kāi)發(fā)工具的研北京郵電大學(xué)主要研究方向之六：

其他相關(guān)問(wèn)題的研究運(yùn)動(dòng)病虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)病可導(dǎo)致參與者出現(xiàn)惡心和嘔吐，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頭痛、頭暈、眼脹、昏睡和疲勞等癥狀，因此，必須加強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)病的研究。人的因素確定有效使用三維輸入輸出的方法；在用戶界面中有效地集成聲音和語(yǔ)音；虛擬環(huán)境的認(rèn)知研究。北京郵電大學(xué)主要研究方向之六：

其他相關(guān)問(wèn)題北京郵電大學(xué)71參考網(wǎng)站北京郵電大學(xué)71參考網(wǎng)站北京郵電大學(xué)虛擬南京明孝陵

72參考網(wǎng)站北京郵電大學(xué)虛擬南京明孝陵72參考網(wǎng)站北京郵電大學(xué)

86VR虛擬無(wú)忌

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ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoedittitlestyle73北京郵電大學(xué)86VR虛擬無(wú)忌86VRTextinhe北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的作用

1．彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足。在教學(xué)中，往往會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因，而使一些應(yīng)該開(kāi)設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。2．避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。以往對(duì)于危險(xiǎn)的或?qū)θ梭w健康有危害的實(shí)驗(yàn)，一般采用電視錄像的方式來(lái)取代實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn)，獲得感性認(rèn)識(shí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)．則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的或危害人體的實(shí)驗(yàn)。EXP.化學(xué)實(shí)驗(yàn)/外科手術(shù)/飛機(jī)駕駛教學(xué)3．徹底打破空間、時(shí)間的限制。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。EXP.虛擬發(fā)電廠。虛擬技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。EXP.孟德?tīng)栠z傳定律4．可以虛擬人物形象。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、偉人、名人等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠在自然、親切的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)。VR在教育中的應(yīng)用74北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的作用

VR在教育中的應(yīng)用7北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用

VR在教育中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個(gè)角色，這對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用主要有以下四個(gè)方面。

1．知識(shí)學(xué)習(xí)。知識(shí)學(xué)習(xí)是指遠(yuǎn)教學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)學(xué)習(xí)各種知識(shí)。它的應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是再現(xiàn)實(shí)際生活中無(wú)法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過(guò)程，為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識(shí)難點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)在知識(shí)學(xué)習(xí)中的另一個(gè)應(yīng)用是，使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便學(xué)生對(duì)抽象概念的理解。75北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用VR在教育中的應(yīng)北京郵電大學(xué)

2．探索學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬，通過(guò)虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。例如，在虛擬的化學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生可以按照自己的假設(shè)，將不同的分子組合在一起，電腦便虛擬出組合的物質(zhì)來(lái)。通過(guò)這種探索式的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生很有可能研究出新的物質(zhì)。利用虛擬技術(shù)，學(xué)生還可以進(jìn)行溫室效應(yīng)、電路設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等方面的探索學(xué)習(xí)，從而研究出二氧化碳對(duì)全球氣候的影響規(guī)律，或設(shè)計(jì)出新的電路、新的建筑物。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3．虛擬實(shí)驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室，在“實(shí)驗(yàn)室”里，學(xué)生可以自由地做各種實(shí)驗(yàn)。在虛擬物理實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生可以做重力、慣性等實(shí)驗(yàn)。在虛擬的地理實(shí)驗(yàn)室里，可以做地震波傳播、火山噴發(fā)等實(shí)驗(yàn)。在虛擬的生物實(shí)驗(yàn)里，可以做各種解剖實(shí)驗(yàn)。在虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，可以利用各種化學(xué)藥品和天平、砝碼、溫度計(jì)等工具，做各種不同的化學(xué)反應(yīng)，觀察燃燒、爆炸等反應(yīng)現(xiàn)象。

4．技能訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。VR在教育中的應(yīng)用76北京郵電大學(xué)2．探索學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程北京郵電大學(xué)結(jié)語(yǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)前進(jìn)基礎(chǔ)上，融合多種技術(shù)的結(jié)果。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代寬帶大規(guī)模應(yīng)用的到來(lái)，市場(chǎng)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越迫切。大有風(fēng)雨欲來(lái)，風(fēng)滿樓之勢(shì)。X3D、Cult3D、Viewpoint、360度環(huán)視等技術(shù)將逐步被廣泛應(yīng)用。目前，盡管虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件設(shè)備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價(jià)格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新型的遠(yuǎn)教媒體，以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和潛力，將會(huì)逐漸受到教育工作者的重視和青睞，并在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。77北京郵電大學(xué)結(jié)語(yǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技7878VirtualReality

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用VirtualReality

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)典型硬件裝置虛擬現(xiàn)實(shí)的圖形學(xué)基礎(chǔ)真實(shí)感圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)碰撞檢測(cè)與三維真實(shí)感聲音主要內(nèi)容虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述目錄80示例教學(xué)北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)典型硬件裝置虛擬現(xiàn)實(shí)的圖形學(xué)基礎(chǔ)北京郵電大學(xué)

產(chǎn)生背景虛擬現(xiàn)實(shí)概述北京郵電大學(xué)產(chǎn)生背景虛擬現(xiàn)實(shí)概述北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力

—如何讓計(jì)算機(jī)更容易被人使用操作人員可以以更為自然的方式使用計(jì)算機(jī)將結(jié)果以更易被操作人員接受的方式盡快地表現(xiàn)出來(lái)計(jì)算機(jī)能夠更準(zhǔn)確地理解人的意圖北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力

—如北京郵電大學(xué)從60年代末起

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)各種計(jì)算提出“可視”的要求在計(jì)算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上要解釋數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)，把計(jì)算得到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為直觀的、用視頻或聲頻信息表示的、隨時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或模擬的物理現(xiàn)象先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算將能洞察到傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算所不可能看見(jiàn)的結(jié)果（Toseetheunseen），可視化是把某些不可見(jiàn)對(duì)象或抽象事物轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的、可感知的結(jié)果“Thepurposeofcomputingisinsight,notnumber”---RichardHamming北京郵電大學(xué)從60年代末起

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下已對(duì)各種計(jì)算北京郵電大學(xué)人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求在觀察計(jì)算所得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，能感受計(jì)算所得的形象結(jié)果和全局觀念研究人員甚至還希望能沉浸在計(jì)算所得、計(jì)算所創(chuàng)建的三維空間中，能交互地控制、駕馭和修改所“看見(jiàn)和感受到”的計(jì)算結(jié)果自90年代初起

在高性能計(jì)算的支持下要求實(shí)現(xiàn)沉浸式的可視計(jì)算北京郵電大學(xué)人機(jī)和諧、定性定量結(jié)合是創(chuàng)造性研究的源泉，要求在北京郵電大學(xué)解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本成熟，基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)資源共享基于統(tǒng)一的開(kāi)放體系框架結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序接口和面向?qū)ο蟮闹虚g件，已能實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”、“即插即用”的協(xié)同式的可視化計(jì)算自90年代中旬以來(lái)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的支持下要求實(shí)現(xiàn)協(xié)同式的可視化計(jì)算北京郵電大學(xué)解決復(fù)雜問(wèn)題，必須跨領(lǐng)域合作集體攻關(guān)自90年代中北京郵電大學(xué)總之：沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算促進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展,高性能計(jì)算機(jī)為沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算提供基礎(chǔ)

關(guān)鍵技術(shù)高性能計(jì)算機(jī)和高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大量的、快速的、分布的、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值計(jì)算開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、中間件、人機(jī)接口和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕褦?shù)據(jù)映射成可視化的、具有某種物理屬性的對(duì)象（虛物實(shí)化）把實(shí)物轉(zhuǎn)化為可融入虛擬環(huán)境的虛擬對(duì)象（實(shí)物虛化）美國(guó)各個(gè)國(guó)家計(jì)算中心和有關(guān)部門都提出迎接21世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的相應(yīng)規(guī)劃，如：DOE2000和NSF的PACI等北京郵電大學(xué)總之：沉浸式、協(xié)同式的可視化計(jì)算促進(jìn)高性能計(jì)算機(jī)北京郵電大學(xué)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)

的處理空間

串行的單維的封閉的預(yù)定程序人思考問(wèn)題

的認(rèn)知空間并行的多維的開(kāi)放的歸納演繹前30年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

減小人的認(rèn)知空間和計(jì)算機(jī)的處理空間的差異

努力建立和

諧人機(jī)環(huán)境

M大規(guī)模并行

M多媒體

O開(kāi)放系統(tǒng)

O面向?qū)ο?/p>

N網(wǎng)絡(luò)計(jì)算

逐步減小人和

機(jī)器間的隔閡北京郵電大學(xué)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)

的處理空間人思考問(wèn)題

的認(rèn)知空北京郵電大學(xué)和諧的人機(jī)環(huán)境MMOONAKv后20年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

從MMOON到AKV

有望實(shí)現(xiàn)和諧的人機(jī)環(huán)境

在繼續(xù)發(fā)展MMOON的基礎(chǔ)上，突破以下關(guān)鍵技術(shù)，逐步構(gòu)建和諧的人機(jī)環(huán)境ArchiveStorageandProcessing--海量信息存儲(chǔ)與處理KnowledgeProcessing--知識(shí)處理VisualizedComputing&VirtualReality--可視化計(jì)算與虛擬現(xiàn)實(shí)北京郵電大學(xué)MMOONAKv后20年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

從MM北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展里程碑1965年，Sutherland在篇名為《終極的顯示》的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想，從此，人們正式開(kāi)始了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究探索歷程。第一階段－產(chǎn)生隨后的1966年，美國(guó)MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始了頭盔式顯示器的研制工作。在這第一個(gè)HMD的樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺(jué)的力反饋裝置加入到這個(gè)系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)?；趶?0年代以來(lái)所取得的一系列成就，美國(guó)的JaronLanier在80年代初正式提出了“VirtualReality”一詞。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展里程碑1965年，Sutherla北京郵電大學(xué)第二階段－發(fā)展80年代為虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與集成階段。出現(xiàn)了若干個(gè)典型的、有代表性的應(yīng)用系統(tǒng)，如：美國(guó)NASA的View系統(tǒng)，它是第一個(gè)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，給出了VR系統(tǒng)普遍采用的基本硬件體系結(jié)構(gòu)，裝備了數(shù)據(jù)手套、頭部跟蹤器，提供了語(yǔ)音、手勢(shì)等交互手段；1986年美國(guó)空軍基地設(shè)計(jì)的虛擬工作臺(tái)系統(tǒng)（SuperCockpit），把視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)系統(tǒng)集成起來(lái)，為飛行員提供頭部、眼睛、語(yǔ)言及手部控制輸入等多種交互控制方式，用于全面開(kāi)發(fā)飛行員的感知、認(rèn)知及心理活動(dòng)等各方面的能力；VPL公司開(kāi)發(fā)了用于生成虛擬現(xiàn)實(shí)的PB2軟件和DataGlove數(shù)據(jù)手套，為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了開(kāi)發(fā)工具；北京郵電大學(xué)第二階段－發(fā)展80年代為虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與集成階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展(續(xù))VIEW在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展史上的地位舉足輕重。當(dāng)1985年VIEW系統(tǒng)的雛形在美國(guó)NASAAmes研究中心完成時(shí)，該系統(tǒng)以低廉的造價(jià)、讓參與者有“真實(shí)體驗(yàn)”的效果引起有關(guān)專家的注目。該系統(tǒng)的雛形是在MichaelMcGreevy領(lǐng)導(dǎo)下完成的。VIEW系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：保持了低造價(jià)的優(yōu)勢(shì)裝備了數(shù)據(jù)手套、頭部跟蹤器等硬件設(shè)備提供了語(yǔ)音、手勢(shì)等交互式手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展(續(xù))VIEW北京郵電大學(xué)第三階段－全面應(yīng)用第三階段90年代至今為虛擬現(xiàn)實(shí)的全面發(fā)展階段。隨著傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)致力于人機(jī)和諧環(huán)境研究的專家、學(xué)者及工程技術(shù)人員，在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及應(yīng)用系統(tǒng)推廣方面做了大量工作，興起了虛擬現(xiàn)實(shí)的研究熱潮，并且廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練、醫(yī)療、娛樂(lè)、教育、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域中。北京郵電大學(xué)第三階段－全面應(yīng)用第三階段90年代至今為虛擬現(xiàn)實(shí)北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念93虛擬現(xiàn)實(shí)效果展示北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念15虛擬現(xiàn)實(shí)效果展示北京郵電大學(xué)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality)虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality)簡(jiǎn)稱VR，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬世界是全體虛擬環(huán)境或給定仿真對(duì)象的全體，虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過(guò)視、聽(tīng)及觸覺(jué)等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)多種技術(shù)發(fā)展而成的一門新技術(shù)。

94北京郵電大學(xué)概述16北京郵電大學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式人機(jī)交互環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)視景真實(shí)、動(dòng)作真實(shí)、聲音真實(shí)、感覺(jué)真實(shí)的虛擬環(huán)境的技術(shù)。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于可計(jì)算信北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的一定范圍的虛擬環(huán)境，用戶可以借助必要的裝備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互作用、相互影響，從而獲得親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)高端的人機(jī)接口，包括通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)等多種感覺(jué)通道的實(shí)時(shí)模擬和實(shí)時(shí)交互北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)就是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualRealityVR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬環(huán)境（VirtualEnvironmentVE）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用它可以使人以更為自然和諧的方式使用計(jì)算機(jī)。北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualRealityVR）北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特征（3I圖）Immersion（沉浸）Imagination（構(gòu)想）Interaction（交互性）沉浸（Immersion）

VR系統(tǒng)的核心，表示用戶投入到由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中的能力，用戶在虛擬場(chǎng)景中有身臨其境之感。交互性

（Interaction）用戶與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。交互性包含對(duì)象的可操作程度及用戶從環(huán)境中得到反饋的自然程度，以及虛擬場(chǎng)景中對(duì)象依據(jù)物理學(xué)定律運(yùn)動(dòng)的程度等。VR是自主參考系，即以用戶的視點(diǎn)變化進(jìn)行虛擬交換互。構(gòu)想

（Imagination）

VR不僅僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而且可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。因此，VR是啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維的活動(dòng)。98概述北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特征（3I圖）Immersio北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

概述99北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)分布式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)桌面式沉浸式概北京郵電大學(xué)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基本上是一套基于普通PC平臺(tái)的小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的參與者是不完全沉浸的，他要求參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的顯示器和立體顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)手套和六個(gè)自由度的三維空間鼠標(biāo)器，戴上立體眼鏡坐在監(jiān)視器前，在一些專業(yè)軟件的幫助下，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬境界。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類100概述北京郵電大學(xué)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基北京郵電大學(xué)101沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺(jué)空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類概述北京郵電大學(xué)23沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高多用戶虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一次允許多個(gè)用戶參與。典型的系統(tǒng)有：mWorld,CAVE，DIVE等

主要應(yīng)用：虛擬研討環(huán)境(聊天室),虛擬社區(qū)主要問(wèn)題：保證多個(gè)用戶對(duì)虛擬環(huán)境有一致的感受王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.多用戶虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一次允許多個(gè)用戶參與。王兆其《虛擬環(huán)境中北京郵電大學(xué)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象，這種系統(tǒng)既可減少對(duì)構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類概述103北京郵電大學(xué)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境AugmentedReality應(yīng)用領(lǐng)域：維修，醫(yī)學(xué)檢查，培訓(xùn)等主要問(wèn)題：虛實(shí)一致性王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.R.T.Azuma,ASurveyofAugmentedReality,Presence:TeleoperatorsandVirtualEnvironments,1997,6(4):355~385AugmentedReality應(yīng)用領(lǐng)域：維修，醫(yī)學(xué)檢查，北京郵電大學(xué)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來(lái)，多個(gè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用提升到了一個(gè)更高的境界。

概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類105北京郵電大學(xué)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布于不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要應(yīng)用：軍事仿真，多用戶虛擬環(huán)境典型系統(tǒng)：SIMNET，NPSNET，STOW，DVENET主要問(wèn)題：系統(tǒng)的一致性(由數(shù)據(jù)分布與網(wǎng)絡(luò)延遲引起)王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布于不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(4)遙存在(Tele-Presence)真實(shí)世界與操作人員相隔兩地主要應(yīng)用：遠(yuǎn)程手術(shù)，遠(yuǎn)程探測(cè)等王兆其《虛擬環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)逼真性的研究》博士論文，北京航空航天大學(xué)，1999.6.(4)遙存在(Tele-Presence)真實(shí)世界與操作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)論哪種VR系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成都可以劃分為以下6個(gè)功能模塊：檢測(cè)反饋傳感器控制3D模型建模模塊用戶虛擬世界現(xiàn)實(shí)世界概述109北京郵電大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)論哪種VR系統(tǒng)，其系統(tǒng)北京郵電大學(xué)檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。檢測(cè)模塊接受來(lái)自傳感器模塊的信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。反饋模塊一方面接受來(lái)自用戶的操作命令，將其作用于虛擬環(huán)境，另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以相應(yīng)的反饋形式提供給用戶傳感器模塊對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用?？刂颇K現(xiàn)實(shí)世界各組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。3D模型庫(kù)獲取現(xiàn)實(shí)世界各組成部分的三維數(shù)據(jù)，并建立它們的三維模型。建模模塊概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

110北京郵電大學(xué)檢測(cè)用戶的操作命令，并通過(guò)傳感器模塊作用于虛擬環(huán)北京郵電大學(xué)概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，為了使人與計(jì)算機(jī)能夠融洽的交互，讓人沉浸到計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中去，必須配備相應(yīng)的硬件設(shè)備。常用的交互設(shè)備包括：跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)的任務(wù)是要實(shí)時(shí)檢測(cè)出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中人的頭、身體和手的位置與指向，以便把這些數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，生成隨視線變化的圖象。

實(shí)現(xiàn)方式：電磁跟蹤聲學(xué)跟蹤光學(xué)跟蹤111北京郵電大學(xué)概述虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件33北京郵電大學(xué)觸覺(jué)（力覺(jué)）系統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，產(chǎn)生“沉浸”效果的關(guān)鍵因素是用戶能用手或身體的其他能動(dòng)部分去操作虛擬物體，并在操作同時(shí)能夠感覺(jué)到虛擬物體的反作用力。力學(xué)反饋手套是最常用的觸覺(jué)系統(tǒng)，它使用2只手套，在第一只手套的下部安裝20個(gè)壓敏元件，當(dāng)戴上手套時(shí)，用戶感覺(jué)到壓敏元件隨著手的用力產(chǎn)生的阻力,壓敏元件輸出經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后,傳送給主機(jī)處理。第二只手套有20個(gè)空氣室，由20個(gè)空氣泵來(lái)控制膨脹和收縮，從而對(duì)用戶施加力感。概述112北京郵電大學(xué)觸覺(jué)（力覺(jué)）系統(tǒng)概述34北京郵電大學(xué)音頻系統(tǒng)

聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)由語(yǔ)音與音響合成設(shè)備、識(shí)別設(shè)備和聲源定位設(shè)備所構(gòu)成，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)通道提供的輔助信息可以加強(qiáng)用戶對(duì)環(huán)境的感知。為了能產(chǎn)生逼真的環(huán)境音，人們已開(kāi)始嘗試使用多聲道系統(tǒng)，采用空間聲音合成方法，通過(guò)由不同方向到達(dá)左、右耳道的聲音測(cè)試得到響應(yīng)。概述圖象生成和顯示系統(tǒng)在VR環(huán)境中，圖象生成和顯示系統(tǒng)的工作主要包括3個(gè)步驟:計(jì)算生成真實(shí)感的圖形,其圖形具有顏色、光照、立體感和運(yùn)動(dòng)感。計(jì)算生成或直接從圖象庫(kù)中取得已經(jīng)壓縮且有真實(shí)感的背景圖象。經(jīng)過(guò)掃描變換將圖形和背景圖象統(tǒng)一安排在同一坐標(biāo)系中。113北京郵電大學(xué)音頻系統(tǒng)概述圖象生成和顯示系統(tǒng)35北京郵電大學(xué)1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)功效(飛機(jī)，空間站等)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用北京郵電大學(xué)1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)功效(飛機(jī)，空間站等)虛擬最為成功的例子就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的修復(fù)和維護(hù)”。經(jīng)過(guò)這個(gè)虛擬系統(tǒng)的訓(xùn)練，宇航員于1993年12月，成功地完成了從航天飛機(jī)上取出備件更換哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上損壞的MRI這一復(fù)雜而又費(fèi)時(shí)的任務(wù)?？臻g技術(shù)VR最為成功的例子就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的修復(fù)和維護(hù)”。經(jīng)過(guò)這個(gè)虛擬系北京郵電大學(xué)虛擬原型的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證虛擬裝配虛擬人機(jī)工程學(xué)機(jī)器人領(lǐng)域北京郵電大學(xué)虛擬原型的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證北京郵電大學(xué)典型應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃波音公司完全使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)波音777新型客機(jī)獲得成功多倫多市（Toronto）的城市規(guī)劃與管理城市規(guī)劃大型工程漫游名勝古跡虛擬旅游數(shù)字化酒店展示系統(tǒng)北京郵電大學(xué)典型應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃北京郵電大學(xué)奧迪效果圖和線框圖北京郵電大學(xué)奧迪效果圖和線框圖北京郵電大學(xué)2）科學(xué)計(jì)算可視化北京郵電大學(xué)2）科學(xué)計(jì)算可視化北京郵電大學(xué)用于核彈B-61-x的虛擬組裝系統(tǒng)3）虛擬組裝北京郵電大學(xué)用于核彈B-61-x的虛擬組裝系統(tǒng)3）虛擬北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)4）仿真訓(xùn)練北京郵電大學(xué)4）仿真訓(xùn)練中國(guó)海警某型主力艇虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)用中國(guó)海警某型主力艇虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)&視景仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)VirtualRealitysystems

totrainaircraftpilotsandtankcommandersVirtualRealitysystems

totr北京郵電大學(xué)5）協(xié)同工作環(huán)境的仿真北京郵電大學(xué)5）協(xié)同工作環(huán)境的仿真北京郵電大學(xué)6）娛樂(lè)游戲《半條命2》北京郵電大學(xué)6）娛樂(lè)游戲《半條命2》虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用課件北京郵電大學(xué)Secondlife北京郵電大學(xué)Secondlife北京郵電大學(xué)中國(guó)人的SecondLife北京郵電大學(xué)中國(guó)人的SecondLife北京郵電大學(xué)教育、藝術(shù)和娛樂(lè)教育虛擬校園，虛擬實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，遠(yuǎn)程教育和特殊教育，技能培訓(xùn)，建筑設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃娛樂(lè)1990,battleTechcenter1991,W-IndustriesLtd浙大虛擬乒乓球?qū)幉ㄐ挛娜S：室內(nèi)高爾夫運(yùn)動(dòng)模擬器，虛擬主持人等騰訊的3DQQshow.北京郵電大學(xué)教育、藝術(shù)和娛樂(lè)教育北京郵電大學(xué)藝術(shù)文化遺產(chǎn)保護(hù)：北大故宮，浙大和德國(guó)合作敦煌數(shù)字化虛擬博物館和虛擬旅游：故宮，盧浮宮虛擬音樂(lè)：東京Waseda大學(xué)開(kāi)發(fā)的musicalvirtualspace.虛擬演播室：1991

NHK的Nanospace虛擬演員電影：侏羅紀(jì)公園，泰坦尼克，星球大戰(zhàn)，動(dòng)捕北京郵電大學(xué)藝術(shù)北京郵電大學(xué)中視典數(shù)字科技有限公司，總部注冊(cè)于深圳高新技術(shù)園區(qū)，成立于2002年，北京分公司成立于2005年1月。是從事虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真、多媒體技術(shù)、三維動(dòng)畫研究與開(kāi)發(fā)的專業(yè)機(jī)構(gòu)，是國(guó)際領(lǐng)先的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtualrealityTechnology）整體解決方案供應(yīng)商和相關(guān)服務(wù)提供商。北京郵電大學(xué)中視典數(shù)字科技有限公司，總部注冊(cè)于深圳高新技術(shù)園北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)以清華大學(xué)工業(yè)系仿真實(shí)驗(yàn)室雄厚的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力為基礎(chǔ)，自成立之日起就以開(kāi)發(fā)和制作適合中國(guó)虛擬仿真市場(chǎng)的仿真系統(tǒng)解決方案和適于推廣的可視化軟件平臺(tái)為主要方向，立志創(chuàng)造中國(guó)虛擬仿真軟硬件的旗幟名牌。公司現(xiàn)已獨(dú)立研發(fā)了包括數(shù)據(jù)手套，虛擬環(huán)境的力反饋等系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)了中國(guó)第一套動(dòng)作捕捉系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，成績(jī)豐碩，已成為用戶中國(guó)仿真界中首選的理想合作企業(yè)。北京郵電大學(xué)以清華大學(xué)工業(yè)系仿真實(shí)驗(yàn)室雄厚的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力為基北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)主要問(wèn)題與研究方向主要問(wèn)題與研究方向北京郵電大學(xué)存在的主要問(wèn)題虛物實(shí)化如何根據(jù)虛擬環(huán)境生成人可直接感受到的真實(shí)信號(hào)（聲、光、電）。是一個(gè)顯示（輸出）問(wèn)題。實(shí)物虛化如何將真實(shí)世界中的物（特別是人）與事件（特別是人的動(dòng)作）傳入虛擬環(huán)境中。是一個(gè)感知的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何讓多個(gè)用戶（特別是不在同一地理位置的多個(gè)用戶）參與到同一個(gè)虛擬環(huán)境中。北京郵電大學(xué)存在的主要問(wèn)題虛物實(shí)化北京郵電大學(xué)主要研究方向之一：

感知技術(shù)的研究研究如何感知真實(shí)世界中人和物的存在及相關(guān)事件的發(fā)生：電磁感知：三維定位跟蹤技術(shù)。數(shù)據(jù)手套與數(shù)據(jù)衣感知技術(shù)。視覺(jué)感知：基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理感知技術(shù)。聽(tīng)覺(jué)感知：基于聲音定位原理的感知技術(shù)。觸覺(jué)與力覺(jué)感知：觸覺(jué)與力覺(jué)感知技術(shù)。多種感知信息的融合技術(shù)。北京郵電大學(xué)主要研究方向之一：

感北京郵電大學(xué)主要研究方向之二：

合成顯示技術(shù)的研究研究虛擬環(huán)境的合成顯示，包括圖像、聲音、觸覺(jué)和力覺(jué)的輸出。立體顯示技術(shù)聲音合成技術(shù)觸覺(jué)與力覺(jué)合成顯示技術(shù)北京郵電大學(xué)主要研究方向之二：

合成顯示技術(shù)的研究北京郵電大學(xué)主要研究方向之三：

建模技術(shù)的研究研究虛擬環(huán)境的表示技術(shù)虛擬環(huán)境的幾何空間表示技術(shù)逼真環(huán)境建模技術(shù)(紋理技術(shù)，LOD技術(shù))基于物理特性的建模技術(shù)（仿真）北京郵電大學(xué)主要研究方向之三：

建模技術(shù)的研北京郵電大學(xué)主要研究方向之四：

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究研究多用戶共享虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。1)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（帶寬，延遲問(wèn)題）2)數(shù)據(jù)共享技術(shù)(一致性處理）北京郵電大學(xué)主要研究方向之四：

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的北京郵電大學(xué)主要研究方向之五：

支撐軟件與開(kāi)發(fā)工具的研究支持開(kāi)發(fā)滿足虛擬環(huán)境建模要求的新一代造型工具；開(kāi)發(fā)同時(shí)支持現(xiàn)有和新的模型的軟件工具；支持在虛擬環(huán)境內(nèi)建模的軟件工具的開(kāi)發(fā)；虛擬環(huán)境語(yǔ)言模型的研究；限時(shí)計(jì)算與繪制的軟件工具的開(kāi)發(fā)；多用戶虛擬環(huán)境的支撐軟件的研制…北京郵電大學(xué)主要研究方向之五：

支撐軟件與開(kāi)發(fā)工具的研北京郵電大學(xué)主要研究方向之六：

其他相關(guān)問(wèn)題的研究運(yùn)動(dòng)病虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)病可導(dǎo)致參與者出現(xiàn)惡心和嘔吐，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頭痛、頭暈、眼脹、昏睡和疲勞等癥狀，因此，必須加強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)病的研究。人的因素確定有效使用三維輸入輸