虚拟现实41508.pptx
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1、虚拟现实技术的应用王岚王岚1-2虚拟现实技术的应用虚拟现实技术的应用1 1虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术的发展史2 2虚拟现实技术的概念虚拟现实技术的概念3 3虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征4 4虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类5 5虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术的应用领域6 6虚拟现实技术的研究现状虚拟现实技术的研究现状7 7虚拟现实技术的开发方法虚拟现实技术的开发方法8 8虚拟现实技术的相关网址虚拟现实技术的相关网址1-31虚拟现实技术的发展史 虚拟现实技术(Virtual Reality)简称VR技术,是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术,融合了数字图像处
2、理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。1-41虚拟现实技术的发展史l l19291929年,年,Edward LinkEdward Link设设计出用于训练飞行员的计出用于训练飞行员的模拟器模拟器l l19561956年,年,Morton HeiligMorton Heilig开发出多通道仿真体验开发出多通道仿真体验系统系统Sensorama Sensorama 1-51虚拟现实技术的发展史l l19651965年,年,Ivan SutherlandIvan Sutherland发表论文发表论文“Ultimate“Ultimate Dis
3、play”Display”(终极的显示)(终极的显示)l l19681968年,年,Ivan SutherlandIvan Sutherland研制成功了带跟踪器的头研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器(盔式立体显示器(Head Head Mounted DisplayMounted Display,HMDHMD)1-61虚拟现实技术的发展史l l19721972年,年,Nolan BushnellNolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏开发出第一个交互式电子游戏Pong Pong l l19771977年,年,Dan SandinDan Sandin、Tom DeFantiTo
4、m DeFanti和和Rich SayreRich Sayre研制出研制出第一个数据手套第一个数据手套Sayre GloveSayre Glovel l2020世纪世纪8080年代,美国国家航空航天局(年代,美国国家航空航天局(NASANASA)组织了一系)组织了一系列有关列有关VRVR技术的研究技术的研究 :19841984年,年,NASA AmesNASA Ames研究中心的研究中心的M.M.McGreevy McGreevy 和和J.HumphriesJ.Humphries开发出用于火星探测的虚拟环开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器;境视觉显示器;19871987年,年,Jim Hu
5、mphriesJim Humphries设计了双目全方设计了双目全方位监视器(位监视器(BOOMBOOM)的最早原型。)的最早原型。1-71虚拟现实技术的发展史l l19901990年,在美国达拉斯召开的年,在美国达拉斯召开的SiggraphSiggraph会议上,明确提出会议上,明确提出VRVR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术,为感器交互技术和高分辨率显示技术,为VRVR技术的发展确定技术的发展确定了研究方向。了研究方向。l l从从2020世纪世纪9090年代开始,年代开始,VRVR技术的研究热潮也
6、开始向民间的技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的高科技企业转移。著名的VPLVPL公司开发出第一套传感手套命公司开发出第一套传感手套命名为名为“DataGloves”“DataGloves”,第一套,第一套HMDHMD命名为命名为“EyePhones”“EyePhones”。l l进入进入2121世纪后,世纪后,VRVR技术更是进入软件高速发展的时期,技术更是进入软件高速发展的时期,一些有代表性的一些有代表性的VRVR软件开发系统不断在发展完善,如软件开发系统不断在发展完善,如MultiGen VegaMultiGen Vega、OpenSceneGraphOpenSceneGr
7、aph、VirtoolsVirtools等。等。1-82虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境,并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。1-92虚拟现实技术的概念 典型的典型的VRVR系统主系统主要由计算机软、硬要由计算机软、硬件系统(包括件系统(包括VRVR软软件和件和VRVR环境数据库)环境数据库)和和VRVR输入、输出设输入、输出设备等组成。备等组成。1-103虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征VR技术的三角形 l l交互性交互性(InteractivityInteractivity)l l沉浸感沉浸感 (Immers
8、ionImmersion)l l想象力想象力(ImaginationImagination)1-113虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征VR技术的交互性:l l指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。l l主要借助于各种专用设备(如头盔显示器、数据主要借助于各种专用设备(如头盔显示器、数据手套等)产生,从而使用户以自然方式如手势、手套等)产生,从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等技能,如同在真实世界中一样操作体势、语言等技能,如同在真实世界中一样操作虚拟环境中的对象
9、。虚拟环境中的对象。1-123虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征VR技术的沉浸感:l l又称临场感,是指用户感到作为主角存在于虚拟又称临场感,是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。环境中的真实程度。l lVRVR技术最主要的特征。技术最主要的特征。l l影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应及交互设备的约束程度等的时间或空间响应及交互设备的约束程度等 。1-133虚拟现实技术的特征虚拟现实技术的特征VR技术的想象力:l l指用户在虚拟世界
10、中根据所获取的多种信息和自指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为,通过逻辑判断、推理和联想身在系统中的行为,通过逻辑判断、推理和联想等思维过程,随着系统的运行状态变化而对其未等思维过程,随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。来进展进行想象的能力。l l对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力,对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力,可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。产品开发质量。1-14l l虚拟现实系统的基本组成l l虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、
11、输入设备和输出设备五大部分和输出设备五大部分输输输输入入入入设设设设备备备备输输输输入入入入设设设设备备备备虚拟现实软件虚拟现实软件虚拟现实软件虚拟现实软件虚拟世界虚拟世界虚拟世界虚拟世界计算机计算机计算机计算机4虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类 1-154虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类(1 1)桌面式)桌面式VRVR系统(系统(Desktop VRDesktop VR)(2 2)沉浸式)沉浸式VRVR系统(系统(Immersive VRImmersive VR)(3 3)增强式)增强式VRVR系统(系统(Augmented VRAugmented VR)(4
12、 4)分布式)分布式VRVR系统(系统(Distributed VRDistributed VR)l l虚拟现实系统的分类1-164虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类(1)桌面式桌面式VRVR系统系统l l使用个人计算机和低级工使用个人计算机和低级工作站来产生三维空间的交作站来产生三维空间的交互场景。互场景。l l用户会受到周围现实环境用户会受到周围现实环境的干扰而不能获得完全的的干扰而不能获得完全的沉浸感,但由于其成本相沉浸感,但由于其成本相对较低桌面式对较低桌面式VRVR系统仍然系统仍然比较普及。比较普及。l l虚拟现实系统的基本组成1-17l l利用头盔显示器、洞穴式显示设
13、利用头盔显示器、洞穴式显示设备和数据手套等交互设备把用户备和数据手套等交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起的视觉、听觉和其他感觉封闭起来,而使用户真正成为来,而使用户真正成为VRVR系统内系统内部的一个参与者,产生一种身临部的一个参与者,产生一种身临其境、全心投入并沉浸其中的体其境、全心投入并沉浸其中的体验。验。l l与桌面式与桌面式VRVR系统相比,沉浸式系统相比,沉浸式VRVR系统的主要特点在于高度的实时系统的主要特点在于高度的实时性和沉浸感。性和沉浸感。4虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类 l l虚拟现实系统的分类(2)沉浸式沉浸式VRVR系统系统1-18(3)增强式
14、增强式VRVR系统系统l l允许用户对现实世界进行观察允许用户对现实世界进行观察的同时,将虚拟图像叠加在真的同时,将虚拟图像叠加在真实物理对象之上。实物理对象之上。l l为用户提供与所看到的真实环为用户提供与所看到的真实环境有关的、存储在计算机中的境有关的、存储在计算机中的信息,从而增强用户对真实环信息,从而增强用户对真实环境的感受,又被称为叠加式或境的感受,又被称为叠加式或补充现实式补充现实式VRVR系统。系统。l l可以使用光学技术或视频技术可以使用光学技术或视频技术实现。实现。4虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类 l l虚拟现实系统的分类1-19l l指基于网络构建的虚拟环
15、境,指基于网络构建的虚拟环境,将位于不同物理位置的多个用将位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相户或多个虚拟环境通过网络相连接并共享信息,从而使用户连接并共享信息,从而使用户的协同工作达到一个更高的境的协同工作达到一个更高的境界。界。l l主要被应用于远程虚拟会议、主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、多人网络游戏、虚拟医学会诊、多人网络游戏、虚拟战争演习等领域。虚拟战争演习等领域。4虚拟现实系统的组成和分类虚拟现实系统的组成和分类 l l虚拟现实系统的分类(4 4)分布式)分布式VRVR系统系统1-205虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术的应用领域(1 1 1 1)军事)军事)
16、军事)军事(2 2 2 2)医学)医学)医学)医学(3 3 3 3)教育与训练)教育与训练)教育与训练)教育与训练(4 4 4 4)设计与规划)设计与规划)设计与规划)设计与规划(5 5 5 5)科学计算可视化)科学计算可视化)科学计算可视化)科学计算可视化(6 6 6 6)商业领域)商业领域)商业领域)商业领域(7 7 7 7)艺术与娱乐)艺术与娱乐)艺术与娱乐)艺术与娱乐(8 8 8 8)虚拟旅游)虚拟旅游)虚拟旅游)虚拟旅游1-21(1)虚拟现实之应用-军事l l军事是虚拟现实应用最早的领域l l如模拟飞行训练等1-22应用图例-军事l l模拟飞行训练模拟飞行训练l l基本飞行课程基本飞
17、行课程(STD)STD)l l起落航线课程起落航线课程(PPL)PPL)l l仪仪器飞行课程器飞行课程(INS)(INS)l l长途飞行课程长途飞行课程(CPL)CPL)1-23(2)虚拟现实之应用-医学l l教育训练 虚拟现实的超因波显像系统、放射线治疗以及手术模型等等的技术。l l临床研究 虚拟现实系統(如恐高症的治疗等)1-24应用图例-医学l l虚拟手术模型训练虚拟手术模型训练l l內视镜手术內视镜手术l l模拟器官具有弹性、模拟器官具有弹性、变形等物理属性变形等物理属性l l具有自由度定位功能具有自由度定位功能的手术刀的手术刀1-25(3)虚拟现实之应用-教育与培训l l教学教学 虚
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