1第1章虚拟现实(VR)基本概念

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,2013-11-21,#,第,1,章 虚拟现实（,VR,）基本概念,前言,VRML是虚拟,现,现实建,模,模语言,的,的简称,，,，它的,任,任务是,在,在Internet上实现,虚,虚拟的,三,三维环,境,境，并,且,且能让,浏,浏览者,与,与虚拟,环,环境进,行,行交互,。,。近些,年,年来，,虚,虚拟现,实,实技术,和,和网络,技,技术以,及,及其他,相,相关的,计,计算机,技,技术的,迅,迅速发,展,展和互,相,相融合,，,，给VRML技术的,发,发展和,深,深入应,用,用提供,了,了广泛,的,的空间,。,。了解,和,和掌握VRML技术从,而,而在Internet上构建,虚,虚拟的,三,三维世,界,界是许,多,多人乃,至许多,行,行业的,需,需要。,本,本书旨,在,在把VRML知识和,技,技术介,绍,绍给有,志,志于学,习,习掌握VRML，从而,在,在网络3D领域中,进,进一步,深,深入发,展,展的人,员,员。,本书比,较,较全面,地,地介绍,了,了VRML的知识,和,和基本,使,使用，,包,包括所,有,有节点,的,的基本,概,概念和,使,使用方,法,法，路,由,由和事,件,件的使,用,用，VRMLScript脚本语,言,言的使,用,用。同,时,时，图,解,解介绍,了,了VRML可视化,创,创作工,具,具InternetSpaceBuilder软件的,基,基本使,用,用，内,容,容涵盖,了,了VRML创建场,景,景的各,个,个方面,。,。,在内容,编,编排上,，,，力求,由,由浅入,深,深，节,点,点按照,使,使用的,方,方法分,类,类介绍,，,，有助,于,于更好,的,的学习,掌,掌握使,用,用VRML创建虚,拟,拟场景,的,的方法,的,的技巧,。,。从发,展,展的观,点,点来看,，,，单纯,使,使用VRML节点而,不,不借助,于,于编程,语,语言的,强,强大的,控,控制能,力,力是有,局,局限的,，,，在Internet上创建,实,实现真,正,正的人,机,机交互,的,的场景,也,也会有,困,困难。VRMLScript作为一,种,种脚本,语,语言，,很,很好地,支,支持VRML的对象,和,和事件,，,，所以,对,对该内,容,容本书,也,也给予,适,适当的,篇,篇幅,加以介,绍,绍。,全书以,节,节点的,介,介绍、,分,分析为,主,主线，,并,并辅以,大,大量的,例,例题，,目,目的在,于,于加强,对,对介绍,内,内容的,理,理解，,同,同时强,化,化训练,创,创建场,景,景的技,能,能和技,巧,巧。随,着,着问题,的,的深入,，,，逐渐,加,加强例,题,题对于,节,节点使,用,用的覆,盖,盖，并,配,配有相,应,应的习,题,题以巩,固,固学习,内,内容和,检,检查对,于,于章节,内,内容掌,握,握的程,度,度。,为了加,强,强学习,中,中的可,操,操作性,和,和从实,践,践练习,中,中逐渐,掌,掌握所,学,学习的,内,内容，,书,书中除,可,可视化,操,操作一,节,节外，,所,所有范,例,例均用,编,编辑器,完,完成，,使,使,学习者,在,在不断,的,的练习,中,中熟悉VRML的节点,、,、事件,接,接口等,核,核心内,容,容，有,助,助于将,来,来的深,入,入发展,。,。,本书范,例,例全部,使,使用ParallelGraphics公司的VrmlPad编辑器,完,完成，,浏,浏览器,使,使用该,公,公司的Cortona4.0，如果,读,读者使,用,用另外,的,的浏览,器,器，效,果,果难免,会,会有些,差,差异。,在,在随书,光,光盘中,附,附有本,书,书的全,部,部例题,和,和运行,效,效果的,图,图片，,以,以供参,照,照。,感谢受,首,首钢工,学,学院的,牛,牛平副,教,教授在,百,百忙中,审,审阅此,书,书。,由于编,者,者水平,有,有限，,本,本书可,能,能还有,不,不足之,处,处，希,望,望读者,提,提出宝,贵,贵意见,。,。,作者,2004年3月,本章各,小,小节目,录,录,1.1虚拟现,实,实的基,本,本概念,1.2虚拟现,实,实的实,现,现,1.3虚拟现,实,实技术,的,的基本,特,特征,1.4虚拟现,实,实技术,的,的主要,应,应用领,域,域,本章小,结,结,虚拟现,实,实技术,是,是近几,年,年来兴,起,起的一,门,门新技,术,术，并,且,且得到,了,了迅速,的,的发展,。,。同其,他,他许多,新,新兴技,术,术一样,，,，虚拟,现,现实技,术,术综合,了,了许多,相,相关学,科,科领域,的,的成就,，,，诸如,计,计算机,图,图形学,、,、数字,图,图像处,理,理技术,、,、多媒,体,体技术,、,、网络,技,技术、,人,人工智,能,能等等,。,。这个,领,领域的,发,发展潜,力,力非常,巨,巨大，,应,应用前,景,景也十,分,分广阔,。,。,1.1虚拟现,实,实的基,本,本概念,虚拟现,实,实的基,本,本概念,虚拟现,实,实是对,真,真实世,界,界的模,拟,拟，一,方,方面它,能,能对现,实,实环境,作,作逼真,的,的描述,，,，另一,方,方面还,能,能使得,人,人们在,观,观察虚,拟,拟环境,的,的时候,犹,犹如身,临,临其境,，,，可以,与,与之进,行,行交互,。,。,虚拟现,实,实技术,是,是利用,计,计算机,模,模拟真,实,实世界,从,从而形,成,成模拟,环,环境的,技,技术。,是,是通过,计,计算机,对,对各种,复,复杂的,信,信息加,工,工处理,、,、进行,可,可视化,操,操作并,且,且与之,交,交互的,一,一种方,式,式。一,方,方面，,虚,虚拟现,实,实技术,借,借助于,多,多种技,术,术,的融合,实,实现,对现实,的,的逼真,描,描述，,另,另一方,面,面使人,们,们能与,描,描述出,的,的虚拟,环,环境进,行,行交互,。,。,由于综,合,合了许,多,多相关,学,学科领,域,域的技,术,术，虚,拟,拟现实,技,技术有,望,望得到,更,更大的,发,发展，,即,即利用,该,该技术,所,所创建,的,的虚拟,现,现实环,境,境既能,逼,逼真地,再,再现客,观,观世界,，,，同时,还,还能超,越,越客观,世,世界，,使,使得介,入,入者不,仅,仅仅能,够,够融合,其,其中，,并,并且还,能,能够驾,驭,驭和操,纵,纵这个,虚,虚拟环,境,境。因,而,而，虚,拟,拟现实,不,不仅仅,是,是真实,环,环境在,计,计算机,中,中的再,现,现，也,是,是人们,借,借助于,飞,飞速发,展,展的计,算,算机技,术,术对我,们,们生活,世,世界的,真,真实体,验,验的方,法,法和技,术,术，是,人,人机交,互,互的一,种,种全新,模,模式。,综上所,述,述，利,用,用虚拟,现,现实技,术,术实现,的,的虚拟,现,现实能,够,够给人,身,身临其,境,境的感,觉,觉，同,时,时参与,者,者和虚,拟,拟环境,能,能够实,现,现交互,，,，再有,参,参与者,能,能够在,虚,虚拟环,境,境中具,有,有自己,的,的视点,并,并且环,境,境能够,迅,迅速反,映,映参与,者,者视点,的,的变化,。,。,2虚拟,现,现实技,术,术的发,展,展,1965年，美,国,国科学,家,家Sutherland在他发,表,表的终极的,显,显示论文中,首,首次提,出,出了对,于,于虚拟,现,现实发,展,展极有,意,意义的,诸,诸如交,互,互图形,显,显示以,及,及力回,馈,馈设备,的,的基本,概,概念，,这,这些概,念,念在现,在,在已经,得,得以实,现,现并且,还,还在不,断,断发展,。,。可以,说,说，从,那,那个时,候,候起，,人,人们开,始,始了对,于,于虚拟,现,现实的,有,有目的,性,性的研,究,究和探,索,索，而,不,不再仅,仅,仅是幻,想,想。,此后不,久,久，美,国,国麻省,理,理工学,院,院的林,肯,肯实验,室,室正式,开,开始了,头,头盔式,显,显示器,的,的研制,工,工作。,这,这可以,算,算是虚,拟,拟现实,技,技术在,硬,硬件技,术,术上的,探,探索和,发,发展，,因,因为此,后,后，人,们,们不断,地,地在完,善,善和改,进,进虚拟,现,现实的,实,实现设,备,备。直,到,到现今,，,，形形,色,色色的,如,如数据,手,手套、,头,头盔式,显,显示器,等,等已经,在,在许多,场,场合有,了,了具体,的,的应用,。,。正是,由,由于许,多,多人卓,越,越努力,和,和相关,技,技术的,飞,飞速发,展,展，虚,拟,拟现实,领,领域里,的,的研究,取,取得了,很,很大的,进展，1980年正式,提,提出了,“,“Virtual Reality”这个,使,使用至,今,今的名,词,词。,20世纪80年代，,许,许多部,门,门和组,织,织都在,从,从事虚,拟,拟现实,的,的研究,，,，其中,，,，美国,宇,宇航员,（,（NASA）及美,国,国国防,部,部组织,的,的一系,列,列有关,虚,虚拟现,实,实技术,的,的研究,取,取得了,令,令人振,奋,奋的研,究,究成果,，,，从而,激,激发了,人,人们对,虚,虚拟现,实,实研究,的,的更大,热,热情以,及,及对虚,拟,拟现实,技,技术的,广,广泛关,注,注。,尤,尤其在1984年，美,国,国宇航,局,局Ames研究中,心,心虚拟,行,行星探,测,测实验,室,室组织,开,开发的,用,用于火,星,星探测,的,的虚拟,环,环境视,觉,觉显示,器,器，取,得,得了成,功,功，,将,将火星,探,探测器,发,发回的,数,数据输,入,入计算,机,机，为,地,地面研,究,究人员,构,构造了,火,火星表,面,面的三,维,维虚拟,环,环境。,该,该研究,中,中心在,随,随后的,虚,虚拟交,互,互环境,工,工作站,的,的项目,中,中又开,发,发了通,用,用多传,感,感个人,仿,仿真器,和,和遥控,设,设备。,可,可以说,，,，在那,个,个时候,，,，虚拟,现,现实技,术,术已经,进,进入到,了,了科学,研,研究领,域,域，并,且,且取得,了,了鼓舞,人,人心的,进,进展。,同许多,其,其他学,科,科一样,，,，相关,技,技术的,发,发展对,虚,虚拟现,实,实起了,极,极大的,促,促进作,用,用。特,别,别是计,算,算机技,术,术、网,络,络技术,、,、图形,学,学技术,等,等的飞,速,速发展,，,，使得,虚,虚拟现,实,实技术,也,也获得,了,了长足,的,的进步,。,。,进入90年代，,随,随着计,算,算机硬,件,件技术,、,、电子,技,技术飞,速,速发展,，,，计算,机,机软件,系,系统日,趋,趋完善,，,，计算,机,机已经,有,有能力,承,承担基,于,于大型,数,数据集,合,合的声,音,音和图,像,像的实,时,时动画,制,制作，,同,同时，,基,基于虚,拟,拟现实,技,技术、,人,人工智,能,能技术,的,的人机,交,交互系,统,统的设,计,计也不,断,断涌现,，,，输入,输,输出设,备,备不断,创,创新，,都,都使得,以,以往难,于,于实现,的,的设想,成,成为现,实,实。,利,利用虚,拟,拟现实,系,系统宇,航,航员成,功,功地完,成,成了从,航,航天飞,机,机的运,输,输舱内,取,取出新,的,的望远,镜,镜面板,的,的工作,、,、采用,虚,虚拟现,实,实技术,设,设计波,音,音777获得成,功,功等就,是,是近年,来,来在科,技,技界引,起,起较大,反,反响的,虚,虚拟现,实,实技术,的,的成就,。,。,在90年代，,虚,虚拟现,实,实技术,还,还不断,向,向许多,领,领域拓,展,展，由,于,于计算,机,机技术,、,、网络,技,技术、,三,三维图,像,像技术,的,的发展,，,，虚拟,现,现实在,因,因特上,也,也取得,了,了进展,。,。作为,因,因特网,三,三维技,术,术的VRML建模语,言,言正是90年代起,步,步并且,逐,逐步发,展,展起来,的,的。,虚拟现,实,实系统,具,具有身,