虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件基礎(chǔ)§4虛擬設(shè)計(jì)中的建模技術(shù)§5虛擬設(shè)計(jì)與虛擬制造虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)2§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述22023/8/233§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述1、概念及優(yōu)點(diǎn)定義虛擬現(xiàn)實(shí)是當(dāng)代信息科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域，它綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)視覺，心理學(xué)，傳感器等多方面技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中營造一個(gè)虛擬的環(huán)境，通過實(shí)時(shí)的，立體的三維圖形顯示、聲音模擬、自然的人機(jī)交互界面來仿真現(xiàn)實(shí)世界中早已發(fā)生、正在發(fā)生或尚未發(fā)生的事件，并使用戶產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)感覺。優(yōu)點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)實(shí)質(zhì)在于提供一種高級的人機(jī)接口。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了人與計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，給用戶提供了一個(gè)趨于人性化的虛擬信息空間。虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，使人們從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中解放出來，這種形式是傳統(tǒng)表現(xiàn)方式所無法比擬的，它給人們提供了一個(gè)嶄新的信息交流平臺。2023/8/33§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述1、概念及優(yōu)點(diǎn)3§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述2、發(fā)展歷史1929年EdwinLink設(shè)計(jì)了一種飛行模擬器1965年IvanSutherland設(shè)計(jì)了一種頭戴式圖形顯示器1972年NolanBushnell開發(fā)了一種電子游戲，允許通過電視屏幕操縱一個(gè)彈跳的乒乓球80年代中期美國宇航局NASA的Ames研究中心利用液晶顯示器和其他零部件開始研制低成本的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述2、發(fā)展歷史4§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述3、特征指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺之外，還有聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動感，甚至包括味覺、嗅覺等。又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。多感知性沉浸性交互性構(gòu)象性指參與者對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度?！?虛擬現(xiàn)實(shí)概述3、特征指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺之5§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述4、組成BECDA交互作用（Interaction）視覺(VisualPerception)聽覺(AcousticPerception)觸覺(HapticPerception)嗅覺（OlfactoryPerception）虛擬現(xiàn)實(shí)的組成§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述4、組成BECDA交互作用視覺聽覺觸覺嗅覺6§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域1）飛行模擬：飛行模擬是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)。通過模擬器訓(xùn)練飛行員是一條有效的途徑，同時(shí)，飛行模擬器可以作為一種試驗(yàn)床，對飛機(jī)的操縱性、穩(wěn)定性和機(jī)動性進(jìn)行測試和評定，較容易分析飛機(jī)氣動參數(shù)的修改對飛行品質(zhì)的影響?！?虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域7§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域2）醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)可以用于教學(xué)、復(fù)雜手術(shù)過程的規(guī)劃、在手術(shù)過程中提供操作和信息上的輔助、預(yù)測手術(shù)結(jié)果等。此外，遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)也是一個(gè)很有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。也可以用于醫(yī)學(xué)心理學(xué)，尤其是在與心理失調(diào)有關(guān)的恐懼和憂慮疾病方面?！?虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域8§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域3）虛擬戰(zhàn)場虛擬戰(zhàn)場既通過建立虛擬戰(zhàn)場環(huán)境來訓(xùn)練軍事人員，同時(shí)又可以通過虛擬戰(zhàn)場來檢查和評估武器系統(tǒng)的性能§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域9§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域4）娛樂、藝術(shù)和教育如家庭中的桌面游戲，公共場所的各種仿真等。目前基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的游戲主要有駕駛型游戲、作戰(zhàn)型游戲和智力型游戲三類。在北京奧運(yùn)會的開幕式中也用到了虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。三維沙盤軟件：包括各種活動的三維動畫展示。電影3D效果：為電影提供逼真，震撼的視覺效果§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域10§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述5、應(yīng)用領(lǐng)域11§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類桌面虛擬現(xiàn)實(shí)：利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的交互。特點(diǎn)：參與者缺少完全的沉浸，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但是成本也相對較低，因而，應(yīng)用比較廣泛?！?虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類桌面虛擬現(xiàn)實(shí)：利用個(gè)人12§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類

沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)：高級虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，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。特點(diǎn)：高度的實(shí)時(shí)性高度的沉浸感支持多種I/O交互設(shè)備并行§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)：高級虛13§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)：利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)來增強(qiáng)參與者對真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。例如：戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡?。?虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)：14§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類分布式虛擬現(xiàn)實(shí)：在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作的目的?！?虛擬現(xiàn)實(shí)概述6、虛擬現(xiàn)實(shí)的分類分布式虛擬現(xiàn)實(shí)：在分布15§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述7、發(fā)展趨勢動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)VR技術(shù)的核心內(nèi)容，其目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率新型交互 設(shè)備的研制新型、便宜、優(yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研究的重要方向?qū)δＰ偷膶傩?、方法和一般特點(diǎn)的描述通過語音識別技術(shù)轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)智能化語音虛擬現(xiàn)實(shí)建模大型網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，采用協(xié)議和數(shù)據(jù)庫，形成一個(gè)在時(shí)空上互相耦合的虛擬、合成環(huán)境，參與者可自由地進(jìn)行交互§1虛擬現(xiàn)實(shí)概述7、發(fā)展趨勢動態(tài)環(huán)境VR技術(shù)的核實(shí)時(shí)三維在16§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件傳感手套三維鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣觸覺與力反饋的裝置虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)3D位置跟蹤器立體顯示設(shè)備3D聲音生成器§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件傳感手套三維鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣觸覺與力172023/8/2318§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件數(shù)據(jù)手套2023/8/318§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件182023/8/2319§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件立體顯示器立體眼鏡立體投影設(shè)備三維顯示器頭盔式顯示器2023/8/319§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)1、硬件立體眼鏡立19§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)2、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)人位置傳感器頭盔顯示器立體聲耳機(jī)數(shù)據(jù)手套硬件層位置信息聲音實(shí)時(shí)生成觸覺實(shí)時(shí)生成圖形實(shí)時(shí)生成與渲染軟件層§2虛擬現(xiàn)實(shí)硬件基礎(chǔ)2、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)人位置傳感器頭盔顯示器20§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)語言類：如C＋＋、OpenGL、VRML、OGRE等1虛擬環(huán)境中采用的軟件有四類：2建模軟件類：如AutoCAD、Pro/Engineer、CATIA等3應(yīng)用軟件類：指用戶自己的各種需求，選擇或者開發(fā)的自用軟件4通用的商用工具軟件包：幫助用戶建立虛擬環(huán)境的通用和基本軟件§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)語言類：1虛擬環(huán)境中采用的軟件有四類212023/8/2322§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)1、

SmartCollision是一個(gè)來自美國和日本科學(xué)家共同研發(fā)的基于多邊形的碰撞檢測庫和計(jì)算機(jī)力反饋（計(jì)算機(jī)觸覺）應(yīng)用驅(qū)動引擎，可判斷物體是否有穿透能力，不僅可以計(jì)算穿透深度，而且還能檢測和分析滲透量。更可貴的是它在精確地處理復(fù)雜3D曲面體之間的實(shí)時(shí)碰撞檢測分析的同時(shí)，還讓你的應(yīng)用程序跑得飛快，這一切使得它在虛擬裝配、虛擬維修、虛擬操做、人工智能、地震救援演示碰撞檢測分析、虛擬力反饋和計(jì)算機(jī)觸覺等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，將虛擬仿真應(yīng)用的開發(fā)效率和仿真真實(shí)感成佰倍的提高。

2023/8/322§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)1、Smart22§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)1、

SmartCollision§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)1、SmartCollision23§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)2、Amira

強(qiáng)大的自動和交互分割工具能夠支持對3D圖形數(shù)據(jù)的處理。創(chuàng)新而快捷的重建算法將使從分割的對象創(chuàng)建多邊模型變得簡單。此外，生成高質(zhì)量的四面體柵格非常適用于高級有限元的模擬。模擬的結(jié)果和其他數(shù)據(jù)被定義在多種不同的柵格中，使用一個(gè)強(qiáng)大的可是化方法集合可以方便的對其進(jìn)行研究。Amira在生物、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)中的應(yīng)用Amira在分子表現(xiàn)方面的應(yīng)用Amira在沉浸式VR系統(tǒng)中的應(yīng)用§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)2、Amira強(qiáng)大的自動242023/8/2325§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFrom

FreeForm是目前全世界第一套能夠讓設(shè)計(jì)者在電腦上利用觸覺就能完成3D模型設(shè)計(jì)與建構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，就好像通過觸覺去雕刻黏土一樣，可以雕刻設(shè)計(jì)任何形態(tài)的三維造型，再結(jié)合電腦CAD的功能，讓使用者能夠快速且隨心所欲地創(chuàng)造出自己想要的模型。

觸覺設(shè)計(jì)是所有形態(tài)作品創(chuàng)作的要素之一。而觸覺式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)則是所有三維造型設(shè)計(jì)師和工藝美術(shù)家們一直以來夢寐以求的設(shè)計(jì)境界。

Freeform完全擺脫了一般3D設(shè)計(jì)軟件的限制，設(shè)計(jì)師不需要繼續(xù)在復(fù)雜的電腦程序－數(shù)學(xué)方程式、鼠標(biāo)與鍵盤指令、程序化的方法等阻礙下工作，系統(tǒng)提供了我們與真實(shí)世界互動的最基本方式－——觸覺，你可以通過觸感，與您的模型進(jìn)行直接和自然的互動。例如，一個(gè)象恐龍一樣復(fù)雜的三維數(shù)字模型，設(shè)計(jì)師30分鐘就可以解決問題，大大縮短了傳統(tǒng)3D設(shè)計(jì)軟件的自作周期，這樣，您將擁有更多的時(shí)間和精力投身于真正的挑戰(zhàn)，將您更多的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂焚|(zhì)的產(chǎn)品或工藝作品。2023/8/325§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFr25§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFrom

SensAble’s

FreeForm?Modelingplusbase?系統(tǒng)是一款獨(dú)特的、三維可觸式概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能讓用戶使用當(dāng)今最有效的和最直觀的3D工具輕松建立和清楚地表達(dá)設(shè)計(jì)觀念。

FreeFormModelingplusbase系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者迅速而概略地勾畫出模型，在決定生成比較細(xì)致的模型和物理模型之前用色彩和圖片“修飾”或渲染出具有不同設(shè)計(jì)理念地的測試品?！?虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFrom26§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFrom

FreeForm?ModelingPlus?系統(tǒng)是一種獨(dú)特的3D計(jì)算機(jī)觸覺輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用戶迅速地生成細(xì)節(jié)豐富、原始的模型，從而加速整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。FreeFormModelingPlus是復(fù)雜設(shè)計(jì)、自由形態(tài)之形狀、交付可制造模型、快速造型文件及圖片-真實(shí)渲染的理想工具。該系統(tǒng)特色包括了直覺、3D可觸摸的設(shè)計(jì)工具，這些工具為制造設(shè)計(jì)的建模人員集成了綜合的澆鑄部件和模制品骨架功能?！?虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)3、FreeFrom272023/8/2328§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、

OpenInventorOpenInventor是目前世界上最被廣泛使用的對象導(dǎo)向繪圖軟件開發(fā)接口(API)，對于程序開發(fā)者而言O(shè)penInventor具有跨平臺的能力，因此只要撰寫一份程序代碼即可編譯成在Unix/Linux和MicrosoftWindows可執(zhí)行的程序，至于程序開發(fā)使用的語言目前支持C++和Java。

OpenInventor將開發(fā)繪圖程序所需要呼叫的復(fù)雜函式，轉(zhuǎn)為易于使用的對象，使得繪圖程序的建立變得更有效率。另外關(guān)于繪圖場景的管理可以用數(shù)據(jù)庫的概念來進(jìn)行，比如開發(fā)者可以建立、修改或是將對象組合成3-D的階層結(jié)構(gòu)(如樹狀結(jié)構(gòu))。透過使用這些龐大內(nèi)建的對象，開發(fā)者可將主要時(shí)間花在指揮這些對象如何運(yùn)作與建立其關(guān)聯(lián)性，或是研究領(lǐng)域的仿真運(yùn)算等。2023/8/328§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、OpenI28§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、

OpenInventorOpenInventor軟件特色：·具有Multi-Pipe延伸模塊支持多執(zhí)行·具有VolumeViz延伸模塊支持VolumeRendering·具有處理LargeModelVisualization的能力·具有處理大型項(xiàng)目所產(chǎn)生大量資料集(DataSets)的能力·具有繪圖最佳化的技術(shù)達(dá)成實(shí)時(shí)互動(Real-TimeInteraction)的要求·可發(fā)展虛擬實(shí)境之應(yīng)用程序(StereoViewing,ImmersiveVR...)§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、OpenInventorOpe29§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、

OpenInventorOpenInventor應(yīng)用領(lǐng)域：·BusinessGraphics

·Cartography

·Chemistry

·Engineering

·VirtualRealityandVRML

·AECandSimulations·MechanicalCAEandCAD

·ArchitecturalDesign

·MedicalandScientificImaging

·GeophysicalSciences

·ScientificDataVisualization

·Animation§3虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)4、OpenInventorOpe30§4虛擬現(xiàn)實(shí)中的建模技術(shù)虛擬設(shè)計(jì)中的建模技術(shù)有：幾何建?；谔卣鞯慕；谔卣鞯膮?shù)化建模幾何建模用計(jì)算機(jī)及其圖形工具描述幾何物體的形狀、設(shè)計(jì)幾何形體模擬物體動態(tài)處理過程特征建模將特征技術(shù)引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，用具有更高一層次的具有工程意義的特征體素來描述零件。基于特征的參數(shù)化建模將特征造型技術(shù)與參數(shù)化技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對多種設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)形式的支持?！?虛擬現(xiàn)實(shí)中的建模技術(shù)虛擬設(shè)計(jì)中的建模技術(shù)有：幾何建模基31§5虛擬設(shè)計(jì)與虛擬制造1、虛擬設(shè)計(jì)開發(fā)