第一章虛擬現(xiàn)實概述

虛擬現(xiàn)實技術2023/12/162虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實技術概述2023/12/163第1章虛擬現(xiàn)實技術概述本章主要包含的內容：虛擬現(xiàn)實的概念；虛擬現(xiàn)實的本質特征；虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成；虛擬現(xiàn)實的分類；虛擬現(xiàn)實的運用；虛擬現(xiàn)實的開展和現(xiàn)狀；2023/12/164計算機運用的開展階段第一階段第二階段第三階段用戶技術人員專業(yè)人員消費者體系結構顯示主機文本個人計算機2D圖形網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實元素請求，報告窗口，菜單，圖標場景，替身控制文本，鍵盤光標，鼠標發(fā)掘，交談2023/12/1651.1虛擬現(xiàn)實的根本概念2023/12/166虛擬現(xiàn)實的提出 虛擬現(xiàn)實，英文名為VirtualReality，簡稱VR技術，這一名詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾(JaronLanier)在80年代初提出的，但在二十世紀末才興起的的綜合性信息技術。 作為一項尖端科技，虛擬現(xiàn)實交融了數(shù)字圖像處置、計算機圖形學、多媒體技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術、網(wǎng)絡并行處置等多個信息技術分支，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)，從而大大推進了計算機技術的開展。由于虛擬現(xiàn)實生成的視覺環(huán)境是立體的、音效是立體的，人機交互是調和友好的，改掉人與計算機之間鼠標鍵盤，枯燥、生硬和被動的交互方式的現(xiàn)狀。因此，目前虛擬現(xiàn)實技術曾經(jīng)成為計算機相關領域中繼多媒體技術、網(wǎng)絡技術及人工智能之后關注及研討、開發(fā)與運用的熱點。也是目前開展最快的一項多學科綜合技術。2023/12/1671.1.1虛擬現(xiàn)實的概念1989年，美國VPLResearch公司開創(chuàng)人JaronLanier提出了“VirtualReality〞〔虛擬現(xiàn)實〕的概念。“Reality〞的含義是現(xiàn)實的世界，或現(xiàn)實的環(huán)境。“VirtualReality〞〔虛擬現(xiàn)實〕=“VirtualEnvironment〞〔虛擬環(huán)境〕“Virtual〞闡明，世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實的。這個世界或環(huán)境是人工構造的，是存在于計算機內部的。用戶應該可以“進入〞這個虛擬的環(huán)境中。"進入"這個虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)境交互〔包括感知環(huán)境并干涉環(huán)境〕，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，身臨其境的覺得。

2023/12/168概念："VirtualReality"〔虛擬現(xiàn)實〕或"VirtualEnvironment"〔虛擬環(huán)境〕是人工構造的，存在于計算機內部的環(huán)境。用戶應該可以以自然的方式與這個環(huán)境交互〔包括感知環(huán)境并干涉環(huán)境〕，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得。

1.1.1虛擬現(xiàn)實的概念要點：1.環(huán)境：人造的，計算機內部的2.自然的方式交互：人類感知周圍環(huán)境的聽覺，視覺，觸覺等方式來感知環(huán)境。人以自然的不停的身體運動來干涉環(huán)境。3.效果：虛偽的，沉浸的，身臨其境的覺得。2023/12/1691.1.1虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“虛擬環(huán)境〞，能夠有以下幾種情況：第一種情況是完全對真實世界中的環(huán)境進展再現(xiàn)。如虛擬小區(qū)對現(xiàn)實小區(qū)的虛擬再現(xiàn)、軍隊中的虛擬戰(zhàn)場、虛擬實驗室中的各種儀器等，這種真實環(huán)境，能夠曾經(jīng)存在，如以下圖所示，也能夠是曾經(jīng)設計好但是尚未建成，也能夠是原來完好，如今被破壞。2023/12/16101.1.1虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種情況。第二種情況是完全虛擬的，人類客觀構造的環(huán)境。如影視制造或電子游戲中，三維動畫設計的虛擬世界。此環(huán)境完全是虛擬的，用戶也可以參與，并與之進展交互的非真實世界。但它的交互性和參與性不是很明顯，2023/12/16111.1.1虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種情況。第三種情況是對真實世界中人類不可見的景象或環(huán)境進展仿真。如分子構造、各種物理景象等。這種環(huán)境是真實環(huán)境，客觀存在的，但是遭到人類視覺、聽覺器官的限制不能感應到。普通情況是以特殊的方式〔如放大尺度的方式〕進展模擬和仿真，使人可以看到，聽到，或者感遭到，表達科學可視化。2023/12/1612虛擬現(xiàn)實概念包含三層含義：1．環(huán)境虛擬現(xiàn)實強調環(huán)境，而不是數(shù)據(jù)和信息。2．自動式交互虛擬現(xiàn)實強調的交互方式是經(jīng)過專業(yè)的傳感設備來實現(xiàn)的，改良了傳統(tǒng)的人機接口方式。虛擬現(xiàn)實人機接口是完全面向用戶來設計，用戶可以經(jīng)過在真實世界中的行為干涉虛擬環(huán)境。3．沉浸感經(jīng)過相關的設備，采用逼真的感知和自然的動作，使人仿佛置身于真實世界，消除了人的枯燥、生硬和被動的覺得，大大提高任務效率。1.1.1虛擬現(xiàn)實的概念2023/12/1613虛擬現(xiàn)實的概念中有三個I：

〔1〕Immersion(沉浸)，是指逼真的，身臨其境的覺得。

〔2〕Interaction(交互)，是指用戶感知與操作環(huán)境。

〔3〕Imagination(想象)，是指發(fā)明性。1.1.2虛擬現(xiàn)實的本質特征I32023/12/1614沉浸感(Immersion)又稱臨場感，是虛擬現(xiàn)實最重要的技術特征，是指用戶借助交互設備和本身感知覺系統(tǒng)，置身于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應該運用戶難以分辨真假，運用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切覺得都是真的，好像在現(xiàn)實世界中一樣。1.1.2虛擬現(xiàn)實的本質特征2023/12/1615交互性〔Interaction)是用戶經(jīng)過運用專門輸入和輸出設備，用人類的自然技藝對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反響的自然程度。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)強調人與虛擬世界之間以近乎自然的方式進展交互。即不僅用戶經(jīng)過傳統(tǒng)設備(鍵盤和鼠標等)和傳感設備〔特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等〕，運用本身的言語、身體的運動等自然技藝，對虛擬環(huán)境中的對象進展操作。而且計算機可以根據(jù)用戶的頭、手、眼、言語及身體的運動來調整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。(手握東西)1.1.2虛擬現(xiàn)實的本質特征2023/12/1616想象性〔Imagination)又稱發(fā)明性，是虛擬世界的起點。想象力使設計者構思和設計虛擬世界，并表達出設計者的發(fā)明思想。所以，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是設計者借助虛擬現(xiàn)實技術，發(fā)揚其想象力和發(fā)明性而設計的。比如建造一座現(xiàn)代化的橋梁之前，設計師要對其構造做細致的構思。1.1.2虛擬現(xiàn)實的本質特征2023/12/1617普通的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要由專業(yè)圖形處置計算機、運用軟件系統(tǒng)、輸入輸出設備和數(shù)據(jù)庫來組成。1.1.3虛擬現(xiàn)實的組成

Computer專業(yè)圖形處置計算機InputDevices輸入設備OutputDevices輸出設備SoftwareSystem運用軟件系統(tǒng)Database數(shù)據(jù)庫User用戶2023/12/1618計算機：是系統(tǒng)的心臟，也稱之為虛擬世界的發(fā)動機。擔任虛擬世界的生成、人與虛擬世界的自然交互等功能的實現(xiàn)。由于其復雜性，計算量極大，對計算機的配置提出了極高的要求。輸入與輸出設備(接口)：特殊的設備，用以識別用戶各種方式的輸入，并實時生成相應反響信息。常用的設備有用于手勢輸入的數(shù)據(jù)手套，用于語音交互的三維聲音系統(tǒng)等。運用軟件：虛擬世界中物體的幾何模型、物理模型、運動模型的建立；三維虛擬立體聲的生成；模型管理技術及實時顯示技術、虛擬世界數(shù)據(jù)庫的建立與管理等。數(shù)據(jù)庫：存放整個虛擬世界中一切物體的各方面信息。1.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成2023/12/16192023/12/16202023/12/16211.2虛擬現(xiàn)實的分類2023/12/1622根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術對“沉浸性〞程度的高低和交互程度的不同劃為四種典型的類型：〔1〕桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。 〔2〕沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。〔3〕加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)?！?〕分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分類2023/12/1623它是利用個人計算機或初級圖形任務站等設備，以計算機屏幕作為用戶察看虛擬世界的一個窗口，采用立體圖形、自然交互等技術，產生三維立體空間的交互場景，經(jīng)過包括鍵盤、鼠標和力矩球等各種輸入設備支配虛擬世界，實現(xiàn)與虛擬世界的交互。其特點：1)用戶處于不完全沉浸的環(huán)境，短少完全沉浸、身臨其境的覺得，即使戴上立體眼鏡，仍能感遭到周圍現(xiàn)實世界的干擾。2)對硬件設備要求極低，簡單型的只需求計算機，或添加數(shù)據(jù)手套，空間跟蹤設置等。3)本錢相對較低，運用相對比較普遍，也具備了沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一些技術要求。1.2.1桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/16242023/12/16252023/12/1626它是一種高級的、較理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，較復雜。提供一個完全沉浸的體驗，運用戶有一種仿佛置身于真實世界之中的覺得。操作過程：用戶的視覺、聽覺和其他覺得首先被封鎖起來，并提供一個新的、虛擬的覺得空間，利用空間位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等輸入設備和視覺、聽覺等設備，運用戶產生一種身臨其境、完全投入和沉浸于其中的覺得。例如，在消防仿真演習系統(tǒng)中，消防員會沉浸于極度真實的火災場景并做出不同反響。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺陷是系統(tǒng)設備尤其是硬件價錢相對較高，難以大規(guī)那么普及推行。1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/16271.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構造圖2023/12/1628常見的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)等。(1)頭盔式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。采用頭盔顯示器來實現(xiàn)單用戶的立體視覺、聽覺的輸出，使人完全沉浸其中。(2)洞穴式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(CAVE)。該系統(tǒng)是一種基于多通道視景同步技術和立體顯示技術的房間式投影可視協(xié)同環(huán)境，該系統(tǒng)可提供一個房間大小的四面〔或六面〕立方體投影顯示空間，供多人參與。1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/16292023/12/1630常見的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)等。(3)座艙式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。座艙是一種最為古老的虛擬現(xiàn)實模擬器。當用戶進入座艙后，不用佩戴任何現(xiàn)實設備，就可以經(jīng)過座艙的窗口觀看一個虛擬境界。(4)投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。該系統(tǒng)是采用一個或多個大屏幕投影來實現(xiàn)大畫面的立體視覺和聽覺效果，是多個用戶同時具有完全投入的覺得。1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/1631常見的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)等。(5)遠程存在。遠程存在是一種遠程控制方式，用戶雖與某個真實現(xiàn)場相隔遙遠，但可以經(jīng)過計算機和電子安裝獲得足夠的覺得現(xiàn)實和交互反響，恰似身臨其境，并可以介入對現(xiàn)場進展遙操作。此系統(tǒng)需求一個立體顯示器和兩臺攝像機生成三維圖像，這種圖像使得操作員有一種深度的覺得，觀看的虛擬境界更明晰。1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/1632加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：既可以允許用戶看到真實世界，同時也可以看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一同的一種系統(tǒng)，既可減少構成復雜真實環(huán)境的計算，又可對實踐物體進展操作，真正到達了亦真亦幻的境界。其特點：1)真實世界和虛擬世界融為一體；2)具有實時人機交互功能；3)真實世界和虛擬世界在三維空間中整合。1.2.3加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/1633〔3〕加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)常見的加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有：1)基于臺式圖形顯示器系統(tǒng)；2)基于單眼顯示器的系統(tǒng)；3)基于光學透視式頭盔顯示器的系統(tǒng)；4)基于視頻透視式頭盔顯示器的系統(tǒng)。運用場所：醫(yī)學可視化、軍用飛機導航、設備維護與維修、文娛、文物古跡的復原等。1.2.3加強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/1634〔4〕分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)絡的可供異地多用戶同時參與的分布式虛擬環(huán)境。在這個環(huán)境中，位于不同物理環(huán)境位置的多個用戶或多個虛擬環(huán)境經(jīng)過網(wǎng)絡相銜接，或者多個用戶同時參與一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境，經(jīng)過計算機與其他用戶進展交互，并共享信息。在分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，多個用戶可經(jīng)過網(wǎng)絡對同一虛擬世界進展察看和操作，以到達協(xié)同任務的目的。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的特征： 1)共享的虛擬任務空間； 2)偽實體的行為真實感； 3)支持實時交互，共享時鐘； 4)多個用戶以多種方式相互通訊；5)資源信息共享以及允許用戶自然操作環(huán)境中對象。1.2.4分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2023/12/16351.3虛擬現(xiàn)實的開展和現(xiàn)狀2023/12/163620世紀50年代~70年代：虛擬現(xiàn)實技術的探求階段；20世紀80年代初期~80年代中期，虛擬現(xiàn)實技術系統(tǒng)化，從實驗室走向適用階段；80年代末期~目前，虛擬現(xiàn)實技術高速開展的階段。1.3.1虛擬現(xiàn)實的開展歷程2023/12/163720世紀50年代~70年代：虛擬現(xiàn)實技術的探求階段；1956年，在全息電影技術的啟發(fā)下，美國電影攝影師MortonHeiling開發(fā)了Sensorama。Sensorama是一個多通道體驗的顯示系統(tǒng)。用戶可以感知到事先錄制好的體驗，包括景觀、聲音、氣味等。1960年，MortonHeiling研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng)，獲得美國專利，此設備與20世界90年代的HMD非常類似，只能供一個人觀看，具有多種感官刺激的立體顯示設備。1965年，計算機圖形學的奠基者美國科學家IvanSutherland博士在一篇論文“TheUltimateDisplay(終極的顯示)〞中，初次提出了全新的，富有挑戰(zhàn)行的圖形顯示技術。1.3.1虛擬現(xiàn)實的開展歷程2023/12/163820世紀50年代~70年代：虛擬現(xiàn)實技術的探求階段；1968年，IvanSutherland運用兩個可以戴在眼睛上的陰極射線管研制出第一個頭盔式顯示器。70年代，IvanSutherland在原來的根底上，把可以模擬力量和觸覺的力反響安裝參與到系統(tǒng)中，研制出一個功能較齊全的頭盔式顯示器系統(tǒng)。該顯示器運用類似于電視機顯像管的微型陰極射線管〔CRT〕和光學器件，為每只眼鏡顯示獨立的圖像，并提供與機械或超聲波跟蹤器的接口。1976年MyronKruger完成了Videoplace原型，它運用攝像機和其他輸入設備創(chuàng)建一個由參與者的動作控制的虛擬世界。1.3.1虛擬現(xiàn)實的開展歷程2023/12/163920世紀80年代初期~80年代中期，虛擬現(xiàn)實技術系統(tǒng)化，從實驗室走向適用階段； 80年代，美國的VPL公司開創(chuàng)人JaronLanier正式提出了“VirtualReality〞一詞。當時，研討此項技術的目的是提供一種比傳統(tǒng)計算機模擬更好的方法。1984年，美國宇航局NASA研討中心虛擬行星探測實驗室開發(fā)了用于火星探測的虛擬世界視覺顯示器，將火星探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計算機，為地面研討人員構造火星外表的三維虛擬世界。1.3.1虛擬現(xiàn)實的開展歷程2023/12/164080年代末期~目前，虛擬現(xiàn)實技術高速開展的階段。1996年10月31日，世界第一個虛擬現(xiàn)實技術博覽會在倫敦開幕。全世界的人們可以經(jīng)過因特網(wǎng)坐在家中觀賞這個沒有場地，沒有任務人員，沒有真實展品的虛擬博覽會。1996年12月，世界第一個虛擬現(xiàn)實環(huán)球網(wǎng)在英國投入運轉。這樣，因特網(wǎng)用戶便可以在一個由立體虛擬現(xiàn)實世界組成的網(wǎng)絡中遨游，身臨其境般地欣賞各地風光、觀賞博覽會和大學課堂聽講座等。1.3.1虛擬現(xiàn)實的開展歷程2023/12/1641美國是虛擬現(xiàn)實技術研討的發(fā)源地，其研討程度根本就代表國際虛擬現(xiàn)實開展的程度。近年來，虛擬現(xiàn)真實美國航空航天和軍事領域的假設干勝利運用獲得的了宏大經(jīng)濟效益和社會效益，促使美國政府進一步加大對虛擬現(xiàn)實技術研討的支持力度。1.3.2國外虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀美國空軍技術研討所(AirForceInstituteofTechnology)主要研討人類要素的檢測、計算機圖形學以及與大規(guī)模分布綜合環(huán)境運用有關的人機交互問題，尤其是研討培育實踐操作人員的環(huán)境。其目的是實如今大規(guī)模、復雜的環(huán)境中，活動者在明確的目的的驅動下，自動采取行動的過程。海軍研討生院圖形和圖像實驗室(NavalPostgraduateSchoolGraphicsandVideolaboratory)主要研討基于網(wǎng)絡化虛擬環(huán)境的交互仿真開發(fā)低價錢模擬器。目前正在研制一種廉價的、實時網(wǎng)絡化的飛行模擬器NPSNET4，它運用SIMNET和分布式交互仿真兩種協(xié)議進展主機之間的通訊。 2023/12/1642 美國宇航局〔NASA〕曾經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓練系統(tǒng)，空間站VR訓練系統(tǒng)，并且曾經(jīng)建立了可供全國運用的VR教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學(UNC)的計算機系是進展VR研討最早的大學，他們主要研討分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。施樂公司研討中心在VR領域主要從事利用VRT建立未來辦公室的研討，并努力設計一項基于VR使得數(shù)據(jù)存取更容易的窗口系統(tǒng)。波音公司的波音777運輸機采用全無紙化設計，利用開發(fā)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將虛擬環(huán)境疊加于真實環(huán)境之上，把虛擬的模板顯示在正在加工的工件上，工人根據(jù)此模板控制待加工尺寸，從而簡化加工過程。1.3.2國外虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1643 在歐洲，英國在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處置、輔助設備(包括觸覺反響)設計和運用研討方面。在歐洲來說是領先的。英國Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR運用的交點應集中在整體綜合技術上，在軟件和硬件的某些領域處于領先位置。英國ARRL公司關于遠地呈現(xiàn)的研討實驗，主要包括VR重構問題。其產品還包括建筑和科學可視化計算。 瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個基于Unix的，不同節(jié)點上的多個進程可以在同一世界中任務的異質分布式系統(tǒng)。 2021年10月27-29日在法國舉行的ACMSymposi-umonVirtualRealitySoftwareandTechnology大會，整體上促進了虛擬現(xiàn)實技術的深化開展。1.3.2國外虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1644 日本，在東京技術學院精細和智能實驗室研討了一個用于建立三維模型的人性化界面，稱為SpmARNEC公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用代用手來處置CAD中的三維形體模型日本國際工業(yè)和商業(yè)部產品科學研討院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反響安裝；東京大學的高級科學研討中心的研討重點主要集中在遠程控制方面，最近的研討工程是可以運用戶控制遠程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機械人手臂的主從系統(tǒng)；東京大學廣瀨研討室重點研討虛擬現(xiàn)實的可視化問題。1.3.2國外虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1645近幾年流行的3D街畫也是一種虛擬現(xiàn)實。3D街畫是運用彩色粉筆或者蠟筆來作畫，所以又稱作粉筆畫。 它是一種極具視覺沖擊的變形藝術，利用特殊的透視原理，運用復雜的幾何進展作畫，經(jīng)過彩筆勾擦揉抹，產生清新明麗、豐富細膩的顏色效果，在街頭地面或墻面上發(fā)明出逼真虛擬的、復雜的場景物體，也可以精細入微地描寫籠統(tǒng)的質地肌理。站在特定的角度位置可以到達以假亂真、籠統(tǒng)逼真的感官效果和身臨其境的感受。3D街畫被國家地理雜志譽為一種全新的藝術方式。以下圖為3D街畫巨匠KurtWenner的作品。1.3.2國外虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/16462023/12/16471.3.3國內虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀北京航空航天大學計算機系是國內最早進展VR研討、最有權威的單位之一，其虛擬實現(xiàn)與可視化新技術研討室集成了分布式虛擬環(huán)境，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境、用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實運用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等，并著重研討了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處置；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關算法及實現(xiàn)方法等。清華大學國家光盤工程研討中心所作的“布達拉宮〞，采用了QuickTime技術，實現(xiàn)大全景VR制。2023/12/1648浙江大學CAD＆CG國家重點實驗室開發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時遨游系統(tǒng)，還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速遨游算法和一種遞進網(wǎng)格的快速生成算法。哈爾濱工業(yè)大學計算機系曾經(jīng)勝利地合成了人的高級行為中的特定人臉圖像，處理了表情的合成和唇動合成技術問題，并正在研討人說話時手勢和頭勢的動作、語音和語調的同步等。武漢理工大學智能制造與控制研討所主要研討運用虛擬現(xiàn)實技術進展機械的虛擬制造，包括虛擬規(guī)劃、虛擬裝配、產品原型快速生成等。1.3.3國內虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1649中視典數(shù)字科技，總部注冊于深圳高新技術園區(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)實與仿真、多媒體技術、三維動畫研討與開發(fā)的專業(yè)機構，是國際領先的虛擬現(xiàn)實技術〔virtualrealityTechnology〕整體處理方案供應商和相關效力提供商。北京陽光中圖數(shù)字技術，以計算機三維圖形技術為中心，業(yè)務范圍涵蓋圖形仿真、地學工程三維仿真、地理三維可視化城市信息統(tǒng)計運用、地理資源三維建模與資源管理、虛擬現(xiàn)實、三維動畫及多媒體信息產業(yè)等運用領域。1.3.3國內虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1650廈門創(chuàng)壹軟件〔OneSoft〕主要努力于互聯(lián)網(wǎng)絡三維動態(tài)交互軟件平臺的研制、開發(fā)、運用與推行。它累積近20年國內外最先進的虛擬現(xiàn)實技術的科研閱歷，以英國、新加坡各大院校及相關研討機構的技術背景為依托，擁有完全自主知識產權的創(chuàng)壹在線虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)引擎。該引擎具有大型多用戶、在線、完全的交互性、逼真、可擴展、操作簡單等特點。目前創(chuàng)壹軟件(OneSoft〕曾經(jīng)擁多套成熟且廣泛運用的虛擬現(xiàn)實系列產品，如創(chuàng)壹web3D虛擬現(xiàn)實平臺、創(chuàng)壹虛擬教學培訓系統(tǒng)、創(chuàng)壹虛擬數(shù)控機床培訓系統(tǒng)、創(chuàng)壹虛擬橋吊實訓系統(tǒng)、創(chuàng)壹虛擬現(xiàn)實展現(xiàn)系統(tǒng)等一批成熟的軟件產品線，這些產品都得到用戶的高度贊揚。1.3.3國內虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/1651偉景行科技集團〔GvitechTechnologies〕是業(yè)界領先的三維可視化和專業(yè)顯示技術開發(fā)及效力機構，由偉景行數(shù)字城市科技〔GDC〕、偉景行數(shù)字科技〔GDT〕以及清華規(guī)劃院數(shù)字城市研討所〔DCRC〕等三大機構組成。分別為數(shù)字城市可視化、虛擬仿真模擬、和專業(yè)大屏幕顯示，并且在各自領域中成為行業(yè)的指點者。北京黎明視景公司是一家國際領先的虛擬現(xiàn)實〔virtualreality簡稱VR〕和三維可視化技術整體處理方案供應商，專門努力于基于PC平臺的虛擬現(xiàn)實〔VR〕和視景仿真〔Simulation〕技術研討、計算機圖形軟硬件開發(fā)研制、視景仿真和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)集成及虛擬現(xiàn)實產品銷售。1.3.3國內虛擬現(xiàn)實技術的研討現(xiàn)狀2023/12/16521.3.4虛擬現(xiàn)實技術的開展趨勢1.動態(tài)環(huán)境建模技術 虛擬環(huán)境的建立是VR技術的中心內容，動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實踐環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求建立相應的虛擬環(huán)境模型。2.實時三維圖形生成和顯示技術 三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是如何“實時生成〞，在不降低圖形的質量和復雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是今后重要的研討內容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術的開展，現(xiàn)有的虛擬設備還不能滿足系統(tǒng)的需求，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術。2023/12/16533.新型人機交互設備的研制 虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)人可以自在與虛擬世界對象進展交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置傳感器和三維聲音產生器等。但在實踐運用中，它們的效果并不理想，因此，新型、廉價、魯棒性優(yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研討的重要方向。4.智能化語音虛擬現(xiàn)實建模 虛擬現(xiàn)實建模是一個比較繁瑣而復雜的過程，需求大量的時間和精神。假設將VR技術與智能技術、語音識別技術結合起來，可以很好地處理這個問題。我們對模型的屬性、方法和普通特點的描畫經(jīng)過語音識別技術轉化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利用計算機的圖形處置技術和人工智能技術進展設計、導航以及評價，將模型用對象表示出來，并且將各種根本模型靜態(tài)或動態(tài)地銜接起來，最終構成系統(tǒng)模型。人工智能不斷是業(yè)界的難題，人工智能在各個領域非常有用，在虛擬世界也大有用武之地，良好的人工智能系統(tǒng)對減少乏味的人工勞動具有非常積極的作用。2023/12/16545.網(wǎng)絡分布式虛擬現(xiàn)實技術的研討與運用 分布式虛擬現(xiàn)實是今后虛擬現(xiàn)實技術開展的重要方向。隨著Internet運用的普及，一些面向Internet的分布式虛擬現(xiàn)實運用使得位于世界各地多個用戶可以進展協(xié)同任務。將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器經(jīng)過網(wǎng)絡結合起來，采用協(xié)調一致的構造、規(guī)范、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫，構成一個在時間和空間上相互耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自在地進展交互作用。特別是在航空航天中運用價值極為明顯，由于國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域，分布式VR訓練環(huán)境不需求在各國重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費和設備費用，減少了人員出差的費用以及異地生活的不適。在我國，國家“八六三〞方案的支持下，由北京航空航天大學、杭州大學、中國科學院計算所、中國科學院軟件所和裝甲兵工程學院等單位共同開發(fā)了一個分布虛擬環(huán)境根底信息平臺，為我國開展分布式虛擬現(xiàn)實的研討提供了必要的網(wǎng)絡平臺和軟硬件根底環(huán)境。2023/12/16551.4虛擬現(xiàn)實技術的主要運用領域2023/12/16561.4.1軍事領域軍事領域研討是推進虛擬現(xiàn)實技術開展的原動力，目前依然是主要的運用領域。虛擬現(xiàn)實技術主要在軍事訓練和演習、武器研討這兩個方面廣泛運用。虛擬戰(zhàn)場2023/12/1657虛擬航母虛擬戰(zhàn)場2023/12/16581.4.2醫(yī)療領域虛擬現(xiàn)實技術可以彌補傳統(tǒng)的缺乏，主要運用到解剖學和病理學教學、外科手術訓練、復雜外科手術規(guī)劃、安康咨詢和身體康復治療等方面。例如，在外科手術中，經(jīng)過虛擬現(xiàn)實技術仿真課程，對麻醉醫(yī)師和靜脈注射護士培訓、對實習外科醫(yī)生上手術臺之前的開刀培訓。以及經(jīng)過虛擬現(xiàn)實技術可以對復雜外科手術的設計、手術過程中的指引和協(xié)助信息的提供、手術結果的預測等，協(xié)助外科醫(yī)生順利完成手術，并對病人呵斥的損傷降低至最小。2023/12/1659虛擬的人體胸部構造1.4.2醫(yī)療領域2023/12/16601.4.3教育領域虛擬現(xiàn)實運用于教育是教育技術開展的一個飛躍。它實現(xiàn)了建構主義、情景學習的思想，營造了“自主學習〞的環(huán)境，由傳統(tǒng)的