虚拟现实技术概述5

,#,新华职工大学,第,1,章 虚拟现实技术概述,2012,年,2,月,第,1,章 虚拟现实技术概述,虚 拟 现 实,季 婷,2,三维视,觉,觉展示,3,4,5,百度地,图,图http:/,/,/ Reality，缩写,为,为“VR”），就,是,是一种,可,可以创,建,建和体,验,验三维,虚,虚拟世,界,界的计,算,算机系,统,统。它,是,是人工,智,智能、,计,计算机,图,图形学,、,、人机,接,接口技,术,术、多,媒,媒体技,术,术、网,络,络技术,、,、并行,计,计算技,术,术等多,种,种技术,的,的集成,，,，用以,生,生成一,个,个人为,虚,虚拟的,环,环境。,这种虚,拟,拟的环,境,境是通,过,过计算,机,机图形,构,构成的,三,三度空,间,间，或,是,是把其,他,他现实,环,环境编,制,制到计,算,算机中,去,去产生,逼,逼真的“虚拟环,境,境”，用户,通,通过使,用,用多种,交,交互设,备,备，如,：,：鼠标,、,、键盘,、,、数据,手,手套等,，,，同虚,拟,拟环境,中,中的实,体,体相互,作,作用，,使,使之产,生,生身临,其,其境感,觉,觉的交,互,互式视,景,景仿真,和,和信息,交,交流。,9,3D鼠标,3D鼠标，,是,是区别,于,于普通,鼠,鼠标的,只,只能X/Y轴移动,而,而言，3D鼠标还,能,能实现Z轴方向,的,的移动,，,，它具,有,有前、,后,后、,左,左、右,、,、上、,下,下六个,移,移动方,向,向，而,且,且可以,组,组合出,前,前右，,左,左下等,等,等的移,动,动方向,全,全方位,立,立体控,制,制能力,，,，能完,成,成诸如,旋,旋转，,倾,倾斜等,操,操作。,另,另外3D鼠标长,的,的也不,太,太像老,鼠,鼠，,一,一般由,一,一个扇,形,形的底,座,座和一,个,个能够,活,活动的,控,控制器,构,构成，,像,像极了,我,我们玩,游,游戏时,使,使用的,手,手柄。,其特点,是,是具有,适,适应能,力,力的传,感,感器技,术,术，可,以,以在您,需,需要的,那,那一刻,，,，智能,地,地提供,给,给您需,要,要的精,确,确功能,。,。再加,上,上一排,未,未定义,功,功能的,可,可扩展,键,键，可,由,由您来,轻,轻松定,义,义其功,能,能性。,10,3D输入装,置,置,三维空,间,间交互,球,球是一种,用,用于3D的移动,控,控制器,，,，这种,控,控制器,能,能明显,改,改善系,统,统上3D的交互,性,性，更,具,具人性,化,化，能,使,使用户,更,更自如,、,、直观,地,地操纵3D模型和3D摄像机,。,。它通,过,过用推,、,、拉和,转,转动球,等,等操作,来,来控制,方,方向和,移,移动速,度,度（旋,转,转率）,，,，比以,前,前的3D鼠标速,度,度要快23倍，感,觉,觉更加,真,真实。,11,三维数,字,字扫描,器,器,非接触,式,式三维,数,数据扫,描,描器,主要用,于,于三维,物,物件，,特,特别是,人,人的头,部,部，雕,像,像制作,工,工业中,外,外貌的,量,量度。3D扫描器,结,结合了Fastrakr动态追,踪,踪的技,术,术，用,来,来侦测,物,物体的,所,所在位,置,置及方,位,位，经,过,过侦测,描,描扫下,来,来的对,象,象影像,，,，可以,透,透过计,算,算机系,统,统建置3D物体。,徕,徕卡的,三,三维数,字,字扫描,仪,仪，可,以,以扫瞄,以,以往无,法,法扫描,的,的地方,，,，也可,以,以扫瞄,移,移动中,的,的物体,，,，且对,于,于非金,属,属物体,扫,扫瞄的,效,效果是,非,非常的,理,理想。,12,数字手,套,套,数字手,套,套可以,测,测量每,一,一手指,关,关节弯,曲,曲的程,度,度，在,每,每根手,指,指都有,一,一个传,感,感器。,可,可以模,拟,拟人手,指,指的倾,斜,斜以及,左,左右摇,动,动的状,况,况。它,可,可以摸,拟,拟像鼠,标,标一样,的,的使用,，,，也可,以,以当作,摇,摇杆来,使,使用。,此,此系统,透,透过一,条,条支持RS232连接线,与,与计算,机,机相链,接,接。,13,数字手,套,套也称,数,数据手,套,套,观察者,还,还可借,助,助数据,手,手套等,设,设备来,操,操纵虚,拟,拟场景,中,中的对,象,象，数,据,据手套,中,中装有,许,许多光,纤,纤传感,器,器，能,够,够感知,手,手指关,节,节的弯,曲,曲状态,，,，观察,者,者通过,手,手指的,活,活动来,实,实现与,虚,虚拟场,景,景的交,互,互作用,，,，数据,手,手套是,一,一种多,模,模式的,虚,虚拟现,实,实硬件,，,，通过,软,软件编,程,程，可,进,进行虚,拟,拟场景,中,中物体,的,的抓取,移动,旋转等,动,动作，,也,也可以,利,利用它,的,的多模,式,式性，,用,用作一,种,种控制,场,场景漫,游,游的工,具,具。数,据,据手套,的,的出现,，,，为虚,拟,拟现实,系,系统提,供,供了一,种,种全新,的,的交互,手,手段，,目,目前的,产,产品已,经,经能够,检,检测手,指,指的弯,曲,曲，并,利,利用磁,定,定位传,感,感器来,精,精确地,定,定位出,手,手在三,维,维空间,中,中的位,置,置。这,种,种结合,手,手指弯,曲,曲度测,试,试和空,间,间定位,测,测试的,数,数据手,套,套被称,为,为真实手,套,套，可以,为,为用户,提,提供一,种,种非常,真,真实自,然,然的三,维,维交互,手,手段。,在,在虚拟,装,装配和,医,医疗手,术,术模拟,中,中，数,据,据手套,是,是不可,缺,缺少的,虚,虚拟现,实,实硬件,的,的一个,组,组成部,分,分。,14,立体显,示,示配备,3D立体屏,幕,幕的主,要,要特色,是,是，观,看,看3D三维效,果,果不需,要,要搭配,任,任何的,外,外围辅,助,助设备,，,，例：3D立体眼,镜,镜、3D头盔、,追,追踪器,等,等等，,就,就可以,直,直接在,计,计算机,屏,屏幕上,呈,呈现3D立体的,影,影像。,让,让您可,以,以直接,感,感受到3D影像从,屏,屏幕中,浮,浮在空,中,中的感,觉,觉，就,像,像真实,的,的一样,。,。,15,立体眼,镜,镜,戴上立,体,体眼镜,后,后，立,刻,刻就能,进,进入非,常,常逼真,的,的3D场景，,看,看见,场,场景中,的,的人物,在,在眼前,跳,跳进跳,出,出。同,时,时让工,作,作者们,在,在虚拟,环,环境中,，,，可以,毫,毫无负,担,担，轻,松,松又自,在,在地融,入,入场景,之,之中，,体,体验一,趟,趟超炫,的,的现实,之,之旅。,16,立体头,盔,盔,立体头,盔,盔通常,固,固定在,用,用户的,头,头部，,用,用两个LCD或CRT显示器,分,分别向,两,两只眼,睛,睛显示,两,两幅图,像,像。这,两,两个现,实,实屏中,的,的图像,由,由计算,机,机分别,驱,驱动，,有,有细小,差,差别，,类,类似于,人,人的双,眼,眼视差,。,。立体,头,头盔所,能,能提供,的,的沉浸,感,感要比,立,立体眼,镜,镜好得,多,多。,17,力反馈,方,方向盘,240度大范,围,围转向,、,、力反,馈,馈、带,档,档位和,脚,脚踏板。,找寻世,界,界先进,的,的虚拟,现,现实设,备,备图样,百度图,片,片,http:/,/,/image,.,.baidu,.,.com/,18,19,一、什,么,么是虚,拟,拟现实,虚拟现,实,实（Virtual Reality，,简称VR），是1989年美国,的,的JLanier（后来,曾,曾是专,做,做VR产品的VPL公司董,事,事长）,提,提出的,，,，国内,也,也有人,译,译为“灵境”、“幻真”等。,JLanier,20,一、什,么,么是虚,拟,拟现实,虚拟现,实,实技术,的,的出现,，,，始于,军,军事和,航,航空航,天,天领域,的,的需求，但近,年,年来，,虚,虚拟现,实,实技术,凭,凭借自,身,身的巨,大,大优势,，,，已日,益,益深入,建,建模与,仿,仿真、,科,科学计,算,算可视,化,化、设,计,计与规,划,划、教,育,育与训,练,练、遥,作,作与遥,现,现、医,学,学、艺,术,术与娱,乐,乐等多,个,个领域,。,。,21,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,1、设计,类,类,（1）3DMax,（2）Maya,（3）Virtools,（4）EONStudio,（5）VRP中视典,（6）Cult 3D,22,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,2、代码,类,类,Direct3D、OpenGL、Java 3D和VRML,通过百,度,度百科http:/,/,/baike,.,.baidu,.,.com/搜索相,关,关词条,，,，了解,这,这四种,代,代码,23,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,2、代码,类,类,（1）Direct3D,是Microsoft公司推,出,出的三,维,维图形,编,编程API，它主,要,要应用,于,于三维,游,游戏的,编,编程，,众,众多优,秀,秀的三,维,维游戏,都,都是由,这,这个接,口,口实现,的,的。Direct3D的实现,主,主要使,用,用C+语言，,需,需要编,程,程人员,具,具有较,高,高的C+等高级,语,语言的,编,编程功,底,底，因,而,而难以,普,普及。,24,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,（2）OpenGL,是SGI公司推,出,出的三,维,维图形,编,编程的API，是业,界,界支持,最,最广泛,的,的一个,底,底层3D技术，,几,几乎所,有,有的显,卡,卡厂商,都,都在底,层,层实现,了,了对OpenGL的支持,和,和优化,。,。OpenGL的另一,特,特点是,它,它的网,络,络功能,，,，在网,络,络环境,下,下，只,要,要遵循,同,同样的,通,通信协,议,议，OpenGL在不运,行,行图形,程,程序的,计,计算机,上,上也可,以,以正常,工,工作。OpenGL定义了,一,一系列,接,接口用,于,于编程,实,实现三,维,维应用,程,程序，,可,可以使,用,用C语言或C+来实现,。,。,25,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,（3）Java 3D,是SUN公司开,发,发的适,用,用于Internet环境的,跨,跨平台,三,三维图,形,形开发,工,工具包,，,，它对,底,底层的,图,图形库OpenGL和Direct3D进行了,封,封装。,它,它的低,层,层图形,构,构造函,数,数不仅,综,综合了,低,低层API（OpenGL、Direct3D）最好,的,的绘图,思,思想，,而,而且它,的,的高层,图,图形绘,制,制还综,合,合了基,于,于场景,图,图的思,想,想。,Java 3D的本质,是,是一个,交,交互式,三,三维图,形,形应用,编,编程接,口,口。它,用,用于实,现,现三维,图,图形显,示,示和基,于,于Web的3D小应用,程,程序（Applet）的Java编程接,口,口，具,备,备了从,网,网络设,备,备编程,到,到三维,几,几何图,形,形编程,等,等各个,方,方面的,功,功能。,26,二、常见开,发,发虚拟,现,现实三,维,维场景,的,的工具,（4）VRML,是一种,虚,虚拟现,实,实建模,语,语言，,在,在虚拟,现,现实领,域,域中取,得,得了很,大,大的成,功,功。VRML2.0（VRML97）自1997年12月正式,成,成为国,际,际标准,之,之后，,在,在网络,上,上得到,了,了广泛,的,的应用,，,，这是,一,一种比BASIC、JAVASCRIPT等还要,简,简单的,语,语言。,脚,脚本化,的,的语句,可,可以编,写,写三维,动,动画片,、,、三维,游,游戏等,，,，它最,大,大的优,势,势在于,可,可以嵌,在,在网页,中,中显示,。,。,27,三、VRML介绍,TimBerners-Lee,