3D虚拟现实技术简介

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,3D,虚拟现实技术简介,大连理工大学创新实验学院,1,虚拟现,实,实技术,概况,虚拟现,实,实（简,称,称VR），又,称,称灵境,技,技术，,是,是以沉,浸,浸性、,交,交互性,和,和构想,性,性为基,本,本特征,的,的计算,机,机高级,人,人机界,面,面。他,综,综合利,用,用了计,算,算机图,形,形学、,仿,仿真技,术,术、多,媒,媒体技,术,术、人,工,工智能,技,技术、,计,计算机,网,网络技,术,术、并,行,行处理,技,技术和,多,多传感,器,器技术,，,，模拟,人,人的视,觉,觉、听,觉,觉、触,觉,觉等感,觉,觉器官,功,功能，,使,使人能,够,够沉浸,在,在计算,机,机生成,的,的虚拟,境,境界中,，,，并能,够,够通过,语,语言、,手,手势等,自,自然的,方,方式与,之,之进行,实,实时交,互,互，创,建,建了一,种,种适人,化,化的多,维,维信息,空,空间。,使,使用者,不,不仅能,够,够通过,虚,虚拟现,实,实系统,感,感受到,在,在客观,物,物理世,界,界中所,经,经历的,“,“身临,其,其境”,的,的逼真,性,性，而,且,且能够,突,突破空,间,间、时,间,间以及,其,其他客,观,观限制,，,，感受,到,到真实,世,世界中,无,无法亲,身,身经历,的,的体验,。,。,虚拟现,实,实技术,虚拟现,实,实是在,计,计算机,中,中构造,出,出一个,形,形象逼,真,真的模,型,型。人,与,与该模,型,型可以,进,进行交,互,互，并,产,产生与,真,真实世,界,界中相,同,同的反,馈,馈信息,，,，使人,们,们获得,和,和真实,世,世界中,一,一样的,感,感受。,当人们,需,需要构,造,造当前,不,不存在,的,的环境,（,（合理,虚,虚拟现,）,）、人,类,类不可,能,能达到,的,的环境,（,（夸张,虚,虚拟现,实,实）或,构,构造纯,粹,粹虚构,的,的环境,（,（虚幻,虚,虚拟现,实,实）以,取,取代需,要,要耗资,巨,巨大的,真,真实环,境,境时，,就,就可以,利,利用虚,拟,拟现实,技,技术。,虚拟现,实,实技术,的,的应用,前,前景十,分,分广阔,。,。它始,于,于军事,和,和航空,航,航天领,域,域的需,求,求，但,近,近年来,，,，虚拟,现,现实技,术,术的应,用,用已大,步,步走进,工,工业、,建,建筑设,计,计、教,育,育培训,、,、文化,娱,娱乐等,方,方面。,它,它正在,改,改变着,我,我们的,生,生活。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,图像显,示,示设备,是,是用于,产,产生立,体,体视觉,效,效果的,关,关键外,设,设，目,前,前常见,的,的产品,包,包括光,阀,阀眼镜,、,、三维,投,投影仪,和,和头盔,显,显示器,等,等。,其中高,档,档的头,盔,盔显示,器,器在屏,蔽,蔽现实,世,世界的,同,同时，,提,提供高,分,分辨率,、,、大视,场,场角的,虚,虚拟场,景,景，并,带,带有立,体,体声耳,机,机，可,以,以使人,产,产生强,烈,烈的浸,没,没感。,其他外,设,设主要,用,用于实,现,现与虚,拟,拟现实,的,的交互,功,功能，,包,包括数,据,据手套,、,、三维,鼠,鼠标、,运,运动跟,踪,踪器、,力,力反馈,装,装置、,语,语音识,别,别与合,成,成系统,等,等等。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,数据手,套,套,虚拟现,实,实应用,的,的主要,交,交互设,备,备，它,作,作为一,只,只虚拟,的,的手或,控,控件用,于,于3DVR场景的,模,模拟交,互,互，可,进,进行物,体,体抓取,、,、移动,、,、装配,、,、操纵,、,、控制,，,，有有,线,线和无,线,线、左,手,手和右,手,手之分,，,，可用,于,于WTK、Vega等3DVR或视景,仿,仿真软,件,件环境,中,中。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,三维空,间,间交互,球,球,虚拟现,实,实应用,中,中的另,一,一重要,的,的交互,设,设备，,用,用于六,个,个自由,度,度VR场景的,模,模拟交,互,互，可,从,从不同,的,的角度,和,和方位,对,对三维,物,物体观,察,察、浏,览,览、操,纵,纵；也,可,可作为3DMouse来使用,；,；并可,与,与数据,手,手套或,立,立体眼,镜,镜结合,使,使用，,作,作为跟,踪,踪定位,器,器。也,可,可单独,用,用于CAD,/,/CAM，(Pro/E、UG)。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,运动跟,踪,踪器,三维空,间,间跟踪,定,定位器,是,是VR系统中,用,用于空,间,间跟踪,定,定位的,装,装置，,一,一般与,其,其他VR设备结,合,合使用,，,，如：,数,数据头,盔,盔、立,体,体眼镜,、,、数据,手,手套等,，,，使参,与,与者在,空,空间上,能,能够自,由,由移动,、,、旋转,，,，不局,限,限于固,定,定的空,间,间位置,，,，操作,更,更加灵,活,活、自,如,如、随,意,意。产,品,品有六,个,个自由,度,度和三,个,个自由,之,之度。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,力反馈,装,装置,力反馈,器,器是VR研究中,的,的一种,重,重要的,设,设备，,该,该设备,能,能使参,与,与者实,现,现虚拟,环,环境中,除,除视觉,、,、听觉,之,之外的,第,第三感,觉,觉触觉和,力,力感，,进,进一步,增,增强虚,拟,拟环境,的,的交互,性,性，从,而,而真正,体,体会到,虚,虚拟世,界,界中的,交,交互真,实,实感，,该,该设备,广,广泛应,用,用于虚,拟,拟医疗,、,、虚拟,装,装配等,诸,诸多领,域,域。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,三维模,型,型数字,化,化仪,又称三,维,维扫描,仪,仪或三,维,维数字,化,化仪，,是,是一种,先,先进的,三,三维模,型,型建立,设,设备，,该,该设备,利,利用CCD成像、,激,激光扫,描,描等手,段,段实现,物,物体模,型,型的取,样,样，同,时,时通过,配,配套的,矢,矢量华,软,软件对,三,三维模,型,型数据,进,进行数,字,字化，,从,从而实,现,现计算,机,机系统,对,对数字,模,模型的,控,控制。,特别适,合,合于建,立,立一些,不,不规则,三,三维物,体,体模型,的,的工作,中,中，如,人,人体器,官,官和骨,骼,骼模型,的,的建立,、,、出土,的,的三千,年,年前文,物,物三维,数,数字模,型,型的建,立,立等等,，,，在医,疗,疗、动,植,植物研,究,究、文,物,物保护,等,等VR应用领,域,域有广,阔,阔的应,用,用前景,。,。,虚拟现,实,实技术关键外,设,设,立体显,示,示器,立体显,示,示器摆,脱,脱以往,技,技术需,求,求，不,需,需要任,何,何编程,开,开发，,只,只要您,有,有三维,模,模型，,就,就可以,实,实现三,维,维模型,的,的立体,显,显示，,只,只要用,肉,肉眼即,观,观察到,突,突出的,立,立体显,示,示效果,，,，不需,要,要带任,何,何立体,眼,眼镜设,备,备；同,时,时，它,也,也可以,实,实现视,频,频图像,（,（如立,体,体电影,）,）的立,体,体显示,和,和立体,观,观察，,同,同样也,无,无须戴,任,任何立,体,体眼镜,。,。,虚拟现,实,实技术,案,案例,广西容,县,县明代,风,风情商,业,业街规,划,划,卢浮宫,室内设,计,计 二,层,层豪华,别,别墅,虚拟现,实,实技术,虚拟与,现,现实两,词,词具有,相,相互矛,盾,盾的含,义,义，把,这,这两个,词,词放在,一,一起，,似,似乎没,有,有意义,，,，但是,科,科学技,术,术的发,展,展却赋,予,予了它,新,新的含,义,义。,虚拟现,实,实的明,确,确定义,不,不太好,说,说，按,最,最早提,出,出虚拟,现,现实概,念,念的学,者,者J.Laniar的说法,，,，虚拟,现,现实，,又,又称假,想,想现实,，,，意味,着,着“用,电,电子计,算,算机合,成,成的人,工,工世界,”,”。,可以清,楚,楚地看,到,到，这,个,个领域,与,与计算,机,机有着,不,不可分,离,离的密,切,切关系,，,，信息,科,科学是,合,合成虚,拟,拟现实,的,的基本,前,前提。,虚拟现,实,实技术,生成虚,拟,拟现实,需,需要解,决,决以下,三,三个主,要,要问题,：,：,以假,乱,乱真的,存,存在技,术,术。即,，,，怎样,合,合成对,观,观察者,的,的感官,器,器官来,说,说与实,际,际存在,相,相一致,的,的输入,信,信息，,也,也就是,如,如何可,以,以产生,与,与现实,环,环境一,样,样的视,觉,觉，触,觉,觉，嗅,觉,觉等。,相互,作,作用。,观,观察者,怎,怎样积,极,极和能,动,动地操,作,作虚拟,现,现实，,以,以实现,不,不同的,视,视点景,象,象和更,高,高层次,的,的感觉,信,信息。,实,实际上,也,也就是,怎,怎么可,以,以看得,更,更像，,听,听得更,真,真等等,。,。,自律,性,性现实,。,。感觉,者,者如何,在,在不意,识,识到自,己,己动作,、,、行为,的,的条件,下,下得到,栩,栩栩如,生,生的现,实,实感。,在,在这里,，,，观察,者,者、传,感,感器、,计,计算机,仿,仿真系,统,统与显,示,示系统,构,构成了,一,一个相,互,互作用,的,的闭环,流,流程。,虚拟现,实,实技术关键技,术,术和研,究,究内容,1、环境,建,建模技,术,术,即虚拟,环,环境的,建,建立，,目,目的是,获,获取实,际,际三维,环,环境的,三,三维数,据,据，并,根,根据应,用,用的需,要,要，利,用,用获取,的,的三维,数,数据建,立,立相应,的,的虚拟,环,环境模,型,型。,2、立体,声,声合成,和,和立体,显,显示技,术,术,在虚拟,现,现实系,统,统中消,除,除声音,的,的方向,与,与用户,头,头部运,动,动的相,关,关性，,同,同时在,复,复杂的,场,场景中,实,实时生,成,成立体,图,图形。,3、触觉,反,反馈技,术,术,在虚拟,现,现实系,统,统中让,用,用户能,够,够直接,操,操作虚,拟,拟物体,并,并感觉,到,到虚拟,物,物体的,反,反作用,力,力，从,而,而产生,身,身临其,境,境的感,觉,觉。,虚拟现,实,实技术关键技,术,术和研,究,究内容,4、交互,技,技术,虚拟现,实,实中的,人,人机交,互,互远远,超,超出了,键,键盘和,鼠,鼠标的,传,传统模,式,式，利,用,用数字,头,头盔、,数,数字手,套,套等复,杂,杂的传,感,感器设,备,备，三,维,维交互,技,技术与,语,语音识,别,别、语,音,音输入,技,技术成,为,为重要,的,的人机,交,交互手,段,段。,5、系统,集,集成技,术,术,由于虚,拟,拟现实,系,系统中,包,包括大,量,量的感,知,知信息,和,和模型,，,，因此,系,系统的,集,集成技,术,术为重,中,中之重,：,：包括,信,信息同,步,步技术,、,、模型,标,标定技,术,术、数,据,据转换,技,技术、,识,识别和,合,合成技,术,术等等,。,。,虚拟现,实,实技术,在虚拟,现,现实中,和,和通常,图,图像显,示,示不同,的,的是：,1.要求显,示,示的图,像,像要随,观,观察者,眼,眼睛位,置,置的变,化,化而变,化,化。,2.要求能,快,快速生,成,成图像,以,以获和,实,实时感,。,。例如,，,，制作,动,动画时,不,不要求,实,实时，,为,为了保,证,证质量,每,每幅画,面,面需要,多,多长时,间,间生成,不,不受限,制,制。而,虚,虚拟现,实,实时生,成,成的画,面,面通常,为,为30帧/秒。,有,有了这,样,样的图,像,像生成,能,能力，,再,再配以,适,适当的,音,音响效,果,果，就,可,可以使,人,人有身,临,临其境,的,的感受,。,。,虚拟现,实,实技