論文匯報(bào)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀57.ppt

1、，課程內(nèi)容，技術(shù)概論，相關(guān)技術(shù)，建模語言，發(fā)展過程，技術(shù)概念，系統(tǒng)特征，簡(jiǎn)要介紹，VRML發(fā)展史，系統(tǒng)分類，開發(fā)和應(yīng)用，系統(tǒng)配置，VRML應(yīng)用程序，研究現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用程序身臨其境，應(yīng)用程序體驗(yàn)視覺、聽、觸摸等感知?jiǎng)幼魇褂脩粲谐两谔摂M環(huán)境中的感覺，可以與虛擬環(huán)境交互，從而引起虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)變化，還可以通過語言、手勢(shì)等自然方式實(shí)時(shí)交互。廣泛的應(yīng)用前景、發(fā)展過程、從50年代到70年代的VR技術(shù)。從80年代初到80年代中期，走出VR技術(shù)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的階段。從80年代末到90年代初是VR技術(shù)迅猛發(fā)展的階段。第一階段，5070年代，虛擬現(xiàn)實(shí)勘探階段。名為Sensorama的摩托車仿真器

2、，由美國(guó)Morton Heileg于1965年開發(fā)。不僅有三維視頻及立體聲效果，還有刮風(fēng)的感覺和街頭的味道。1968年，美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家I1E1Sutherland在哈佛大學(xué)組織中開發(fā)了第一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)驅(qū)動(dòng)的頭盔顯示器HMD和頭部位置跟蹤系統(tǒng)，成為VR技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑，為虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第二階段，從80年代初到80年代中期，開始形成VR技術(shù)的基本概念，從實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)入實(shí)用階段。其重要標(biāo)志是在：1985年Michael Mc Greevy的指導(dǎo)下完成的VIEW虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，配備了數(shù)據(jù)手套和頭部跟蹤器，提供手勢(shì)、語言等交互手段，從而制作了Vi。其他公司(如VPL)開發(fā)用于創(chuàng)建虛擬現(xiàn)

3、實(shí)的RB2軟件和數(shù)據(jù)球數(shù)據(jù)手套，以提供虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具。第三階段，從80年代末到90年代初，虛擬現(xiàn)實(shí)全面發(fā)展階段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)移到市場(chǎng)實(shí)用階段，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究也從基本理論和系統(tǒng)配置研究轉(zhuǎn)移到應(yīng)用過程中面臨的具體問題。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，僅使用多種交互設(shè)備是不夠的，還必須提供基本的軟件支持環(huán)境，使用戶能夠輕松配置虛擬環(huán)境，與虛擬環(huán)境進(jìn)行高級(jí)交互。系統(tǒng)特性，系統(tǒng)配置，系統(tǒng)分類，身臨其境，分布式，身臨其境VR系統(tǒng)，身臨其境VR系統(tǒng)提供完全身臨其境的體驗(yàn)，讓用戶完全沉浸在虛構(gòu)世界中。通常，關(guān)閉參與者的視覺、聽覺和其他感官，提供新的虛擬感官空間。使用空間位置追蹤位置追蹤裝置、資

4、料手套、其他手動(dòng)輸入裝置、聲音裝置等，讓參與者有完全沉浸和投入的感覺。理想VR系統(tǒng)。表VR系統(tǒng)、表VR系統(tǒng)也稱為窗口VR，它利用個(gè)人計(jì)算機(jī)或圖形電腦工作站等設(shè)備，利用立體圖形、自然交互等技術(shù)生成三維空間的交互場(chǎng)景。使用電腦屏幕作為虛構(gòu)世界觀察窗口，通過各種輸入設(shè)備進(jìn)行虛構(gòu)世界交互。增強(qiáng)的VR系統(tǒng)，增強(qiáng)的VR系統(tǒng)簡(jiǎn)單地稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)。這樣，用戶不僅可以看到真實(shí)世界，還可以看到疊加在真實(shí)世界上的虛擬對(duì)象。這是真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境相結(jié)合的系統(tǒng)，不僅可以減少構(gòu)成復(fù)雜場(chǎng)景的開銷，還可以操縱真實(shí)物體，達(dá)到真實(shí)的境界。(David assell、Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)、增強(qiáng)

5、的VR系統(tǒng)、增強(qiáng)的VR系統(tǒng)、增強(qiáng)的VR系統(tǒng))增強(qiáng)的VR系統(tǒng)中虛擬對(duì)象提供的信息是用戶無法通過自己的感官直接檢測(cè)到的深層信息，用戶可以利用虛擬對(duì)象提供的信息增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)。這就是增強(qiáng)的VR系統(tǒng)。分布式VR系統(tǒng)、分布式VR系統(tǒng)(DVR)是相對(duì)通用的實(shí)例。DVR系統(tǒng)是VR技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)和結(jié)合的產(chǎn)物，是在網(wǎng)絡(luò)虛構(gòu)世界內(nèi)通過徐璐不同物理位置的多個(gè)用戶或多個(gè)虛構(gòu)世界和網(wǎng)絡(luò)連接共享信息的系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)技術(shù)、標(biāo)題、物理建模技術(shù)、幾何建模技術(shù)、行為建模技術(shù)、環(huán)境建模技術(shù)、幾何建模技術(shù)、幾何建模技術(shù)和幾何建模技術(shù)主要研究對(duì)象是表示和處理對(duì)象幾何信息的算法建模方法，其中包括幾何信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、相關(guān)

6、配置和操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。物理建模技術(shù)，建模技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物是物理建模。也就是說，建模時(shí)必須考慮對(duì)象的物理屬性。典型的物理建模技術(shù)有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。行為建模技術(shù)、行為建模技術(shù)主要研究物體運(yùn)動(dòng)的處理及其行為的說明，展示了虛擬環(huán)境中建模的特點(diǎn)。實(shí)時(shí)3D圖形渲染技術(shù)、基于幾何體的實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、在硬件方面使用高性能計(jì)算機(jī)以允許30幀/秒以上刷新3D圖形顯示，除此之外，還必須選擇相應(yīng)的算法(即減少圖形系統(tǒng)處理的多邊形數(shù))以降低場(chǎng)景的復(fù)雜性。為了加快當(dāng)前3D場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)顯示速度，降低場(chǎng)景復(fù)雜性的常用方法包括預(yù)測(cè)計(jì)算、脫機(jī)計(jì)算、場(chǎng)景塊、可見移除、詳細(xì)層次模型等，2脫機(jī)計(jì)算VR系統(tǒng)是更復(fù)雜的系統(tǒng)，因此可以在

7、實(shí)際應(yīng)用程序中盡可能預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，從而加快運(yùn)行時(shí)的速度。3“分割場(chǎng)景”將復(fù)雜場(chǎng)景分為幾個(gè)幾乎不可見或完全不可見的子場(chǎng)景。這樣可以有效地減少在特定時(shí)間點(diǎn)需要看到的多邊形數(shù)，從而降低場(chǎng)景的復(fù)雜性。4顯示隱藏牙齒方法僅顯示當(dāng)前“可見”的場(chǎng)景。如果只能看到整個(gè)場(chǎng)景的一小部分，則僅顯示該場(chǎng)景，這樣可以大大減少要顯示的多邊形數(shù)。但是，如果用戶“看到”的場(chǎng)景更復(fù)雜，則牙齒方法無效。5細(xì)節(jié)層次模型所謂的細(xì)節(jié)層次模型(Level Of Detail，LOD)是使用描述方法獲得的一組模型，這些方法對(duì)同一場(chǎng)景或場(chǎng)景中的對(duì)象具有徐璐的不同細(xì)節(jié)。實(shí)時(shí)繪制時(shí)，徐璐對(duì)場(chǎng)景中的其他對(duì)象或?qū)ο蟮钠渌糠质褂闷渌?/p>

8、詳細(xì)說明方法?；趫D像的實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、基于圖像的渲染技術(shù)(IBR)可以將接近視點(diǎn)或視線方向的屏幕平移、插值和變換為字典老師場(chǎng)景屏幕，從而從當(dāng)前視點(diǎn)快速獲得場(chǎng)景屏幕。目前，基于圖像的繪制技術(shù)主要包括兩個(gè)茄子1全景圖技術(shù)2圖像插值和視圖轉(zhuǎn)換技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景圖技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)、全景技術(shù)，圖像插值和視圖轉(zhuǎn)換技術(shù)，研究人員根據(jù)從徐璐其他觀察點(diǎn)拍攝的圖像，交互提供或自動(dòng)獲得兩個(gè)相鄰圖像之間的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，或使用插值或視圖轉(zhuǎn)換獲取對(duì)應(yīng)于其他點(diǎn)的圖像，并生成新視圖。

9、根據(jù)牙齒原理，多點(diǎn)漫游要求、3D虛擬聲音的顯示技術(shù)、3D虛擬聲音的概念：VR系統(tǒng)的3D、3D虛擬聲音的特征：1全方位3D位置特征2 3D實(shí)時(shí)跟蹤特征3投入度和交互、語音識(shí)別和合成技術(shù)：語音識(shí)別技術(shù)(ASR)是指將人說的語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)程序可識(shí)別的字符信息，從而識(shí)別說話者語音識(shí)別過程通常包括參數(shù)提取、參考模式構(gòu)建、模式識(shí)別等過程。手勢(shì)識(shí)別、面部表情識(shí)別、眼動(dòng)追蹤、觸覺、力反饋檢測(cè)技術(shù)、自然交互和檢測(cè)技術(shù)、手勢(shì)識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)取決于輸入設(shè)備。主要分為基于數(shù)據(jù)手套的識(shí)別和基于視覺(圖像)的手語識(shí)別系統(tǒng)?；跀?shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)是使用數(shù)據(jù)手套和空間位置跟蹤位置跟蹤裝置捕獲空間運(yùn)動(dòng)的軌跡和計(jì)時(shí)信

10、息，以檢測(cè)手的位置、方向、手指彎曲等更復(fù)雜的手的動(dòng)作。根據(jù)牙齒信息可以對(duì)手勢(shì)分類，所以更加實(shí)用。面部表情識(shí)別，在VR系統(tǒng)中人的面部表情的相互作用，目前是一種不太成熟的技術(shù)。典型的人臉檢測(cè)問題可以描述為給定的靜止圖像或動(dòng)態(tài)圖像序列在未知圖像背景下對(duì)可能的臉進(jìn)行分割、提取和確認(rèn)。檢測(cè)到臉部后，提取臉部特征。眼動(dòng)追蹤、眼動(dòng)追蹤技術(shù)的基本工作原理是利用圖像處理技術(shù)鎖定眼睛的特殊相機(jī)，通過攝取人的角膜和瞳孔反射紅外線，持續(xù)記錄視線變化，記錄和分析視線追蹤過程。視線跟蹤技術(shù)可以彌補(bǔ)頭部跟蹤技術(shù)的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)交互過程的步驟，使交互更加直接。因此，現(xiàn)在常用于軍事領(lǐng)域(如飛行員觀察記錄等)、閱讀和殘疾人交互等

11、。觸覺、力反饋檢測(cè)技術(shù)、觸覺、力反饋檢測(cè)技術(shù)利用先進(jìn)的技術(shù)手段將虛擬物體的空間運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為特殊設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使用戶感受到物體的表面紋理，體驗(yàn)到真實(shí)的力和方向感，從而利用新的人機(jī)交互介面“作用力和反作用力”原理獲得傳遞力，為了保證碰撞檢測(cè)技術(shù)、1碰撞檢測(cè)的要求虛構(gòu)世界可靠性，必須具有碰撞檢測(cè)高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度。根據(jù)所謂的實(shí)時(shí)、視覺顯示器要求，碰撞檢測(cè)速度通常至少要達(dá)到24次/秒，根據(jù)觸覺要求，碰撞檢測(cè)速度至少要達(dá)到300次/秒才能保持觸覺交互系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到1，000次/秒才能達(dá)到平滑的效果。準(zhǔn)確度的要求取決于實(shí)際應(yīng)用中VR系統(tǒng)的要求。例如，在小區(qū)漫游系統(tǒng)中，只要接近模擬沖突，無論實(shí)際上是

12、否發(fā)生沖突，只要兩個(gè)對(duì)象之間的距離相對(duì)接近，就可以認(rèn)為發(fā)生了沖突。近似計(jì)算發(fā)生的碰撞位置。2沖突檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法由于對(duì)象本身的模型可能很復(fù)雜，因此直接使用對(duì)象的原始模型來檢測(cè)兩個(gè)對(duì)象的沖突。計(jì)算量還是太大了。加速兩個(gè)物體間精確碰撞檢測(cè)的傳統(tǒng)碰撞檢測(cè)算法(層次邊界框方法和空間分解方法)可分為兩大類茄子。，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML，VRML的發(fā)展史：1994年五月，第一屆網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議，專家發(fā)表的對(duì)在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行三維世界的研究引起了廣泛的討論。僅幾個(gè)月后，1994年十月VRML1.0規(guī)格正式發(fā)布。此后，許多專家和企業(yè)積極投身于VRML的推廣和研究，尤其是VRML技術(shù)團(tuán)隊(duì)(VAG)的不懈努力下，VRML牙齒

13、迅速發(fā)展。1996年正式確定了VRML2.0規(guī)格。ISO于1998年1月正式確定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的VRML是我們現(xiàn)在常說的VRML97。VRML應(yīng)用程序節(jié)目、VRML集成了2D和3D圖像技術(shù)、動(dòng)畫技術(shù)和多媒體技術(shù)，以通過網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展創(chuàng)建交互式虛擬空間。通過VRML技術(shù)與其他電腦技術(shù)的結(jié)合，在web環(huán)境中創(chuàng)建虛擬城市、虛擬校園、虛擬圖書館和虛擬商店不再是幻想類型。例如，在電子購物中，用戶在虛擬商店中感受到的不再是簡(jiǎn)單的圖片，而是與真實(shí)商品一樣真實(shí)的紋理。VRML文件的基本屬性、1VRML文件的基本特征節(jié)點(diǎn)(Node)和域(Field) VRML文件的擴(kuò)展名wrl，以及文件中兩個(gè)最重要的茄子基本元素是“

14、節(jié)點(diǎn)”(Node)和“域”(Field)。節(jié)點(diǎn)是VRML文檔的基本組成單元，VRML使用節(jié)點(diǎn)描述對(duì)象的一個(gè)方面，如圖形、材質(zhì)、顏色等。2事件和路由選擇實(shí)際環(huán)境中，事物通常會(huì)隨時(shí)間變化。例如，物體的顏色會(huì)隨時(shí)間而變化。這種現(xiàn)實(shí)在VRML中通過“事件”(Event)和“路由選擇”(Route)概念反映出來。3VRML的一般語法結(jié)構(gòu)，4VRML的空間坐標(biāo)和測(cè)量單位在實(shí)際環(huán)境中構(gòu)成場(chǎng)景的形狀有大小差異，物體之間徐璐有不同的相對(duì)位置，形狀有旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等行為，因此VRML使用空間直角坐標(biāo)系來確定形狀的位置，并用特定測(cè)量單位定量表示其長(zhǎng)度。在VRML場(chǎng)景中，空間正交坐標(biāo)符合右手螺旋法則。也就是說，如果右手四

15、個(gè)手指在x方向和y方向上移動(dòng)，則拇指方向?yàn)閦方向。默認(rèn)情況下，x坐標(biāo)向右為正，y坐標(biāo)向上為正，z坐標(biāo)指向觀察者。在VRML中，長(zhǎng)度和坐標(biāo)的測(cè)量單位是以VRML單位測(cè)量的，簡(jiǎn)單地說就是單位。牙齒書為了使敘述簡(jiǎn)潔，省略了單位這個(gè)字。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀、電腦開發(fā)提供了計(jì)算工具和分析工具，從而產(chǎn)生了很多新的問題解決方法。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展也是如此。摘要國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括三個(gè)茄子研究領(lǐng)域。也就是說，通過計(jì)算圖形來構(gòu)建實(shí)時(shí)三維視覺效果。利用虛構(gòu)世界觀測(cè)介面建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)科學(xué)計(jì)算技術(shù)等方面的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀、美國(guó)研究現(xiàn)狀、歐洲研究現(xiàn)狀、日本研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀、VR技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用，導(dǎo)致了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建模和繪制方法、交互方式、系統(tǒng)構(gòu)建方法等的提出，為了滿足這些新的需要，近幾年來虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)研究“低成本、低成本”主要包括：動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)3D圖形生成和顯示器技術(shù)、自適應(yīng)智能人機(jī)交互設(shè)備開發(fā)、文本、虛擬環(huán)境構(gòu)建是VR技術(shù)的核心內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的3D數(shù)據(jù)，根據(jù)需要構(gòu)建適當(dāng)?shù)奶?/p>