虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論

虛擬現(xiàn)實(shí)“虛”與“實(shí)”柏拉圖：真正的世界只是存在于我們的想象中。笛卡爾：我思故我在！“IthinkthereforeIam”目錄VR基本概念VR的發(fā)展史VR的組成形式及設(shè)備VR的運(yùn)用VR的未來(lái)VR定義虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）就是研究一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，把人們想象中的東西轉(zhuǎn)化為一種虛擬境界和虛擬存在，而這種虛擬境界和虛擬存在對(duì)我們的感覺(jué)器官就象真的客觀存在一樣。虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality1989年由美國(guó)Jaron.Lanier發(fā)明出來(lái)的一個(gè)詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實(shí)虛擬化現(xiàn)實(shí)VR終極目標(biāo)《黑客帝國(guó)3》距離這個(gè)目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x黑客帝國(guó)3劇情簡(jiǎn)介面對(duì)如潮的電子烏賊，人類(lèi)城市危在旦夕，“救世主”尼奧的身體和思想?yún)s意外分離，再度陷入到“母體”中。墨菲斯和崔妮蒂也不得不回到“母體”和守護(hù)天使一起尋找他。錫安的局勢(shì)越來(lái)越危險(xiǎn)，被叛徒射瞎雙眼的尼奧，依然想通過(guò)希望去實(shí)現(xiàn)預(yù)言。這時(shí)，特工史密斯控制了先知，并變得越來(lái)越強(qiáng)大，威脅到了整個(gè)“母體”的穩(wěn)定。返回錫安時(shí)遭到電子烏賊的突襲，崔妮蒂死了，重傷的尼奧來(lái)到機(jī)器城市，與矩陣的造物主（相當(dāng)于上帝）達(dá)成停戰(zhàn)協(xié)議。代價(jià)是尼奧進(jìn)入矩陣，刪除叛逃的強(qiáng)大病毒史密斯。尼奧輸了，被史密斯所感染復(fù)制，但是造物主也因此獲得了史密斯的代碼，成功將其清除，最后一刻救了僅存的人類(lèi)和錫安城，機(jī)器世界與真實(shí)世界都獲得了和平，人類(lèi)可以選擇生活在矩陣或現(xiàn)實(shí)世界。在和機(jī)器的談判中，機(jī)器答應(yīng)為了人類(lèi)和機(jī)器的共同利益，尼奧去消滅史密斯，而機(jī)器不再摧毀錫安。人類(lèi)迎來(lái)新的和平。

怎樣理解虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的“現(xiàn)實(shí)”（即所虛擬的環(huán)境）大致可分為三種情況：第一種情況是模仿真實(shí)世界中的環(huán)境。怎樣理解虛擬現(xiàn)實(shí)第二種情況是人類(lèi)主觀構(gòu)造的環(huán)境。例如，用于影視制作或電子游戲的三維動(dòng)畫(huà)。環(huán)境是虛構(gòu)的，幾何模型和物理模型可以完全虛構(gòu)。怎樣理解虛擬現(xiàn)實(shí)第三種情況是模仿真實(shí)世界中的人類(lèi)不可見(jiàn)的環(huán)境。例如，分子的結(jié)構(gòu)，空氣中速度、溫度、壓力的分布等。一個(gè)蛋白質(zhì)分子的示例虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺(jué)1.多感知性(Multi-Sensory)計(jì)算機(jī)生成一個(gè)給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境：視覺(jué)感知、聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等

2.交互性(Interaction)指人能以自然方式與虛擬世界進(jìn)行交互操作專(zhuān)用交互設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、觸覺(jué)和力反饋裝置3.沉浸感（Immersion,存在感、臨場(chǎng)感）它是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)介入者的刺激在物理上和認(rèn)知上符合人的已有經(jīng)驗(yàn)，從而使介入者感到自己作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷史與演變萌芽與誕生（60年代-80年代末）軍事與航天的推動(dòng)（70年代-80年代）漸入民間---游戲、娛樂(lè)、模擬應(yīng)用的刺激（90年代）VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀(jì)）VR應(yīng)用的大眾化與多元化（21世紀(jì)）世博會(huì)、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機(jī)交互、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)萌芽與誕生（60年代-80年代末）萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛行模擬器，使乘坐者的感覺(jué)和坐在真的飛機(jī)上是一樣的。1956年，MortonHeileg開(kāi)發(fā)了一個(gè)叫做Sensorama(傳感景院）的摩托車(chē)仿真器。1962年，MortonHeileg申請(qǐng)了專(zhuān)利“全傳感仿真器”。該專(zhuān)利蘊(yùn)涵了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的思想。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng)萌芽與誕生（60年代-80年代末）1965年，IvanSutherland在名為“UltimateDisplay”(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。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1966年，美國(guó)MIT林肯實(shí)驗(yàn)室研制出了第一個(gè)頭盔式顯示器(HelmetMountedDisplay即HMD)

1968年，Sutherland在哈佛大學(xué)的組織下開(kāi)發(fā)了頭盔式立體顯示器及一個(gè)虛擬系統(tǒng)，可稱(chēng)得上是第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1987年，《科學(xué)的美國(guó)人》(“ScientificAmerican”)上發(fā)表了一篇題為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)界面（InterfacesforAdvancedComputing）一文；該雜志還發(fā)表了一篇報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)手套的文章基于從60年代以來(lái)所取得的一系列成就，美國(guó)的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality”一詞。萌芽與誕生（60年代-80年代末）軍事與航天的推動(dòng)（70年代-80年代）70年代和80年代早期，美國(guó)軍方開(kāi)展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國(guó)DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國(guó)陸軍共同為坦克編隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)SIMNET。SIMNET萌芽與誕生（60年代-80年代末）70年代和80年代早期，美國(guó)軍方開(kāi)展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國(guó)DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國(guó)陸軍共同為坦克編隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國(guó)宇航局）研制成功具有現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)雛形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研究完成VIEW系統(tǒng)NASA研制的VIVED和VIEW系統(tǒng)漸入民間---游戲、娛樂(lè)、模擬應(yīng)用的刺激（90年代）3D游戲主題公園、游樂(lè)場(chǎng)飛行、航海、醫(yī)學(xué)等的模擬訓(xùn)練1990年最早出現(xiàn)的3D游戲1995年的Doom1&2毀滅戰(zhàn)士1&2（Doom1&2）2004年Doom3的效果2016年Doom4的效果主題公園、游樂(lè)場(chǎng)4D影院:可以根據(jù)影片的情節(jié)加入煙霧、光電、氣味等效果。虛擬高爾夫球場(chǎng)飛行、航海駕駛模擬駕駛射擊模擬醫(yī)學(xué)模擬、仿真漸入民間---軟硬件技術(shù)的發(fā)展顯卡的出現(xiàn)與飛速發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形基礎(chǔ)算法的發(fā)展游戲引擎、虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件的研發(fā)VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀(jì)）1994年3月在日內(nèi)瓦召開(kāi)的第一屆WWW大會(huì)，就提出了VRML這個(gè)名字。SecondLife，There國(guó)內(nèi)：HiPiHi網(wǎng)絡(luò)上的虛擬世界VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀(jì)）2006-2007年隨secondlife的被報(bào)道而繁榮國(guó)內(nèi)出現(xiàn)很多類(lèi)似產(chǎn)品局面遲遲無(wú)法打開(kāi)，大都面臨破產(chǎn)原因：技術(shù)問(wèn)題

無(wú)法找到盈利模式VR應(yīng)用的大眾化與多元化（21世紀(jì)）多媒體創(chuàng)意展示奧運(yùn)、世博、春晚3D電影阿凡達(dá)清明上河圖---水晶石公司制作增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR--google眼鏡($1500)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一般組成形式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成元素介入者（人）虛擬世界生成設(shè)備---VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)VR的人機(jī)接口感知設(shè)備：給介入者提供感知信號(hào)跟蹤設(shè)備：探測(cè)（接受）介入者的反應(yīng)動(dòng)作虛擬世界介入者（人）感知設(shè)備跟蹤設(shè)備人機(jī)接口感官刺激信號(hào)反應(yīng)動(dòng)作生成虛擬世界的設(shè)備硬件計(jì)算機(jī)軟件操作系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)引擎；建模軟件……網(wǎng)絡(luò)分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。通訊網(wǎng)絡(luò)可以把VE轉(zhuǎn)換成共享的分布式計(jì)算環(huán)境。這些設(shè)備的主要功能視覺(jué)通道信號(hào)生成與顯示

（要求：實(shí)時(shí)的幀速率；高質(zhì)量的圖像）聽(tīng)覺(jué)通道信號(hào)生成與顯示

觸覺(jué)和力覺(jué)通道信號(hào)生成與顯示

支持實(shí)時(shí)人機(jī)交互操作的功能——三維空間定位、碰撞檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別以及人機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)話功能虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)接口VR的人機(jī)接口有兩個(gè)作用：給人提供環(huán)境感知信息----感知設(shè)備

機(jī)器

人跟蹤、探測(cè)人的動(dòng)作和響應(yīng)----跟蹤設(shè)備機(jī)器

人眼、耳、鼻、舌、身、意根據(jù)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家統(tǒng)計(jì)，人類(lèi)獲取的信息83%來(lái)自視覺(jué)，11%來(lái)自聽(tīng)覺(jué)，這兩個(gè)加起來(lái)有94%。還有3.5%來(lái)自嗅覺(jué)，1.5%來(lái)自觸覺(jué)，1%來(lái)自味覺(jué)。感知設(shè)備視覺(jué)感知設(shè)備沉浸式頭盔顯示器（HMD）封閉式頭盔顯示器透視式頭盔顯示器吊桿式（BOOM）洞穴式（CAVE）四面CAVE五面CAVE六面CAVE非沉浸式桌面立體顯示器墻式立體顯示器屏面寬屏幕180°環(huán)狀響應(yīng)式工作臺(tái)（RWB）單屏幕RWB雙屏幕RWBCAVEBOOMHMD180度環(huán)狀屏幕球面投影顯示系統(tǒng)VR運(yùn)用-游戲2013年開(kāi)幕的E3游戲展上，Virtuix公司展出的一款名為Omni的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲平臺(tái)。允許玩家在游戲平臺(tái)中做出行走、跑動(dòng)、跳躍等各種動(dòng)作。而且Omni游戲平臺(tái)底部配有一個(gè)環(huán)形滑動(dòng)斜坡，能夠?qū)崿F(xiàn)玩家的原地跑動(dòng)。VR運(yùn)用-醫(yī)學(xué)PatientVR：英國(guó)醫(yī)院開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)培訓(xùn)。PatientVR是一部醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)電影，觀看者戴上頭盔后會(huì)扮演一個(gè)因胸痛經(jīng)歷手術(shù)的虛擬患者。采用了360度拍攝手法，觀看者會(huì)如同身臨的體驗(yàn)到患者通過(guò)救護(hù)車(chē)被送進(jìn)急診室，然后再被送進(jìn)手術(shù)室。這個(gè)視頻可以幫助醫(yī)生能更好的理解患者的情緒和感受，就像是他們經(jīng)歷了這一系列痛苦一樣。VR運(yùn)用-軍事航天模擬訓(xùn)練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱(chēng)為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺(tái)模擬器。另外利用VR技術(shù)，可模擬零重力環(huán)境，替非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。VR運(yùn)用-室內(nèi)設(shè)計(jì)VR以視覺(jué)形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。VR運(yùn)用-教育虛擬校園虛擬實(shí)訓(xùn)基地VR運(yùn)用-影視SidLeeCollective拍攝了一部特別的電影，它是一部恐怖題材的虛擬現(xiàn)實(shí)電影，給觀眾帶來(lái)了不同尋常的體驗(yàn)。為了拍攝出360度的視覺(jué)效果，他們特意制作了器材，使用六臺(tái)GoProHERO3+相機(jī)。VR運(yùn)用-購(gòu)物2015年4月21日Sixense&SapientNitro啟動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)購(gòu)物平臺(tái)。戴上Oculus耳機(jī)，手握兩只操縱桿來(lái)模擬雙手。在一個(gè)計(jì)算機(jī)生成的虛擬服裝展廳里，通過(guò)觸摸名模上的按鈕，可以選擇衣服、鞋子、禮品卡等。在不斷地選擇與淘汰時(shí)，將自動(dòng)創(chuàng)建出一個(gè)帶有視頻、尺碼和購(gòu)買(mǎi)信息的文件。通過(guò)觸摸購(gòu)買(mǎi)按鈕，中意的產(chǎn)品將自動(dòng)加入購(gòu)物欄。1.虛擬沒(méi)有真正進(jìn)入虛擬世界的方法在OculusRift，每當(dāng)有人讓使用者站起來(lái)走走時(shí)，對(duì)方通常都不敢輕易走動(dòng)，因?yàn)镺culusRift還依然要通過(guò)線纜連接到計(jì)算設(shè)備上，這也大幅限制了使用者的活動(dòng)范圍。2.看起來(lái)還是有點(diǎn)蠢雖然是專(zhuān)業(yè)的設(shè)備，但是現(xiàn)在我們佩戴起來(lái)非常笨重并且不自然，甚至看起來(lái)有些愚蠢。3.容易讓人感到疲勞鏡頭的加速移動(dòng)，就會(huì)帶來(lái)不同的焦點(diǎn)，而這些如果運(yùn)用不當(dāng)，就會(huì)給用戶帶來(lái)惡心的感覺(jué)。4.缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)VR技術(shù)目前仍處于初級(jí)階段，大家都有著各自的演示方法。雖然許多開(kāi)發(fā)者充滿了熱情，但是似乎大家都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。5.如何“輸入”也是一大困擾

VR的挑戰(zhàn)也許是如何在虛擬世界中與目標(biāo)進(jìn)行互動(dòng)，目前還沒(méi)有明確的方法來(lái)具體的實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的追蹤。VR的五大障礙虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)內(nèi)新聞熱度就已經(jīng)爆表，樂(lè)視發(fā)布超級(jí)VR，暴風(fēng)魔鏡的各入股公司分別發(fā)布公告。國(guó)內(nèi)廠商對(duì)于虛擬顯示市場(chǎng)的搶占說(shuō)明了兩件事情：

1、技術(shù)已經(jīng)成熟可以實(shí)現(xiàn)低成本方案。

2、商業(yè)模式和生態(tài)已經(jīng)成熟。2020年AR與VR市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)1500億美元VR的未來(lái)-下一個(gè)萬(wàn)億市場(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)，是我們活在未來(lái)的方式！Thanks!每一個(gè)優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時(shí)光。那一段時(shí)光，是付出了很多努力，忍受孤獨(dú)和寂寞，不抱怨不訴苦，日后說(shuō)起時(shí)，連自己都能被感動(dòng)日子。。1月-251月-25Saturday,January4,2025企業(yè)的出路在于產(chǎn)品更新?lián)Q代。。14:53:0014:53:0014:531/4/20252:53:00PM在企業(yè)內(nèi)部，只有成本。。1月-2514:53:0014:53Jan