虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述

第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成

3.全景視頻系統(tǒng)第1頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實，VitualReality（VR）。于1989年被提出。它通常是指用立體眼鏡和傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來實現(xiàn)一個三維現(xiàn)實，人們經(jīng)過這些設(shè)施以自然技能（如頭轉(zhuǎn)動、身體運動等）向計算機(jī)送入各種動作信息，而且經(jīng)過視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到三維視覺、聽覺及觸覺等感覺世界。虛擬現(xiàn)實最主要目標(biāo)：真實體驗和方便自然人機(jī)交互。能夠到達(dá)或者部分到達(dá)這么目標(biāo)系統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

1.1基本概念第2頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)擴(kuò)大到與之相關(guān)很多方面，虛擬現(xiàn)實不一樣形式或術(shù)語：人工實現(xiàn)（ArtificialReality）遙在（Telepresence）虛擬環(huán)境（VirtualEnvironment）賽伯空間（Cyberspace）

1.1基本概念第3頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是要利用各種先進(jìn)硬件技術(shù)及軟件工具，設(shè)計出合理硬件、軟件及交互伎倆，使參加者能交互式地觀察和操縱系統(tǒng)生成虛擬世界。

從概念上講，任何一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都能夠用三個“I”來描述其特征：沉醉（Immersion）交互（Interactive）想象（Imagination）

1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特征第4頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實首先，要使參加者有“真實”體驗，這種體驗就是沉醉或投入。理想情況下虛擬環(huán)境應(yīng)該到達(dá)使用戶難以區(qū)分真假程度。為了到達(dá)這個目標(biāo)，就必須含有多感知能力，理想虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)該含有些人類所含有一切感知能力，包含視覺、聽覺、觸覺，甚至味覺和嗅覺。

1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特征第5頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實第二，系統(tǒng)要能提供方便、豐富、主要是基于自然技能人機(jī)交互伎倆。這些伎倆使得參加者能夠?qū)μ摂M環(huán)境進(jìn)行實時操縱，能從虛擬環(huán)境中得到反饋信息，也能使系統(tǒng)了解參加者關(guān)鍵部位位置、狀態(tài)、變形等各種需要系統(tǒng)知道數(shù)據(jù)。同時，實時性是非常主要，假如在交互時存在比較大延遲，與人心理經(jīng)驗不一致，就談不上自然交互，也極難取得沉醉感。為到達(dá)這個目標(biāo)，高速計算和處理就必不可少。

1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特征第6頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實第三，因為虛擬現(xiàn)實不但僅是一個媒體或用戶高端接口，而且它還是針對某一特定領(lǐng)域、處理一些問題應(yīng)用。怎樣處理這些問題，不但需要了解應(yīng)用需求，了解技術(shù)能力，而且還需要有豐富想象力。想象力已經(jīng)稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵問題之一。

1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特征第7頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實參加者在虛擬環(huán)境中活動或經(jīng)歷有兩種形式：主觀參加（First-personactivities）:參加者是整個經(jīng)歷中心，一切圍繞參加者進(jìn)行；客觀參加（second-personactivitie）：參加者能夠在虛擬環(huán)境中看到他自己與其它物體交互。

1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)特征第8頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實顯示：頭盔三維顯示等交互：數(shù)據(jù)手套等含有里程碑意義工作：立體電影、立體聲與傳感影院：立體圖像顯示、嗅覺、振動等模擬器：如飛行系統(tǒng)仿真器

1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡史第9頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實3.無障礙虛擬現(xiàn)實環(huán)境VIDEOPLACE4.虛擬視覺環(huán)境顯示器（VIVED：VirtualVisualEnvironmentDisplay）5.MIT“白楊城影片地圖（AspenMovieMap）”，一個模型在街道上行走系統(tǒng)。這種用戶導(dǎo)航運行方式為以后超媒體、虛擬空間交互等提供了豐富經(jīng)驗。6.視覺增強(qiáng)系統(tǒng)

1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡史第10頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實（一）非沉醉類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：（1）全景視頻系統(tǒng)：利用連續(xù)拍攝圖像和視頻在計算機(jī)中拼接建立實景化虛擬空間。（2）基于座艙系統(tǒng)（3）桌面虛擬現(xiàn)實CAD系統(tǒng)：對虛擬世界進(jìn)行建模，經(jīng)過計算機(jī)顯示器進(jìn)行觀察，并能自由控制觀察視點和視角（4）基于劇情虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.4虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分類第11頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實（二）沉醉類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：利用特殊設(shè)備把參加者視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，提供一個新、虛擬感覺空間，使得參加者產(chǎn)生一個身在身在虛擬環(huán)境中，并能夠全身心投入和沉醉其中感覺。（1）基于頭盔系統(tǒng)（2）投影虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：把參加者動畫圖像和其它圖像結(jié)合到一起，插入到虛擬環(huán)境中。（3）遙在系統(tǒng)：虛擬現(xiàn)實與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合系統(tǒng)，當(dāng)在某處操作員操作一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)時，其結(jié)果卻在另一個地方發(fā)生。

1.4虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分類第12頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實（三）分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)假如在上述兩種系統(tǒng)基礎(chǔ)上能夠使得多個用戶連接到一起，并能夠共享同一個虛擬空間，則成為分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。（四）增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)為了增強(qiáng)操作員對真實環(huán)境感受。輔助數(shù)據(jù)與觀察員所觀察到實際環(huán)境疊加到一起，以幫助操作員進(jìn)行操作或工作。這種疊加方式增強(qiáng)了原始環(huán)境信息。

1.4虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分類第13頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

1.什么是虛擬現(xiàn)實科學(xué)計算可視化計算機(jī)輔助設(shè)計飛行、騎車、外科手術(shù)等操作模擬軍事模擬與仿真教育與培訓(xùn)遙在系統(tǒng)心里試驗娛樂藝術(shù)通信與協(xié)同工作

1.5虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用第14頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)感知和行為模型人與外界交互分為兩大部分：感知與行為。感知系統(tǒng)：感知系統(tǒng)劃分為：方向、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺及視覺等六個子系統(tǒng)。在感知系統(tǒng)模型中，分別對這些子系統(tǒng)行為方式、接收單元、器官模擬、器官形成、刺激元及外部信息。行為系統(tǒng)：姿勢、方向、走動、飲食、動作、表示及語義七個子系統(tǒng)。

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第15頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第16頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成從總體上看，系統(tǒng)主要由人機(jī)接口設(shè)備、人機(jī)接口處理、現(xiàn)實產(chǎn)生器以及對應(yīng)管理、模型及分布子系統(tǒng)等組成。

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第17頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第18頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成虛擬現(xiàn)實發(fā)生器，又稱為虛擬現(xiàn)實引擎，是任何虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關(guān)鍵，由它處理和產(chǎn)生虛擬環(huán)境。含有強(qiáng)大處理能力、滿足實時性要求等

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)第19頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成大視場雙眼體視顯示技術(shù)跟蹤裝置觸覺反饋聲音子系統(tǒng)三維人機(jī)交互

2.2人機(jī)交互設(shè)備及技術(shù)第20頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成幾何建模：描述虛擬對象形狀和外表；運動建模：主要是對象位置移動和碰撞檢測兩個部分；物理建模：定義對象質(zhì)量、重量、慣性、表面紋理、硬度、形狀改變模式等；對象行為建模：對象能夠含有自己行為特征，并不一定與用戶輸入直接相關(guān)；模型分割：將虛擬環(huán)境分割成較小單元；三維數(shù)據(jù)格式：三維建?；A(chǔ)；

2.3三維場景建模第21頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

2.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成VRMLCult3D全景

2.4虛擬現(xiàn)實軟件及開發(fā)工具第22頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

3.全景視頻系統(tǒng)全景視頻（panoramicVideo）：假定在一室內(nèi)空間中進(jìn)行觀察，室內(nèi)空間分為六個表面，假如獲取了這六個表面許多不一樣距離、不一樣方位實景照片，并將這些照片按攝影互關(guān)系有機(jī)地連接起來，就能夠在視覺上形成對這個房間整個空間整體認(rèn)識，即全景。在觀察時，能夠改變角度、改變視點、改變距離。只要照片足夠精細(xì)，連接緊密正確，就能夠取得空間感。

3.1基本概念第23頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

3.全景視頻系統(tǒng)和其它形式虛擬現(xiàn)實技術(shù)相比，全景視頻主要特點：（1）不局限于計算機(jī)生成圖像（2）不需要真正視頻，實際存放和組織不是視頻幀序列，而是不一樣層次全景圖。（3）全景視頻能夠?qū)?60度全景圖無扭曲地映射到平面顯示器上。（4）必須有計算機(jī)幫助

3.1基本概念第24頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

3.全景視頻系統(tǒng)全景圖生成：全景圖是利用多幅圖像拼接生成。靜態(tài)圖像：多幅圖像將重合部分裁剪，做拼接，對拼接好全景圖利用柱面變形技術(shù)進(jìn)行變形，使平面全景圖像產(chǎn)生深度感覺。這么，就得到了一個視點、一個焦距和一個移動下全景圖。對所需要其它視點和焦距下圖像按一樣方法處理。

3.2全景視頻實現(xiàn)方法第25頁第十四章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

3.全景視頻系統(tǒng)全景圖視點空間和移動從觀察者角度來看，假設(shè)觀察者位置不變，他能夠觀察某一時刻空間是一個球面。假如焦距f不變，則球半徑為f。底部和頂部不慣用，能夠簡化為“柱面”。移動：分為焦距改變移動和焦距不變移動