虚拟现实技术3

,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,*,#,虚拟现实技术,1,背景与,意,意义,科学技,术,术的发,展,展促使,人,人们为,了,了适应,未,未来信,息,息社会,的,的需要,，,，必须,提,提高人,与,与信息,社,社会的,接,接口能,力,力，提,高,高人对,信,信息的,理,理解能,力,力。而,对,对信息,处,处理的,方,方法要,求,求建立,一,一个多,维,维化的,信,信息空,间,间，建,立,立一个,定,定性和,定,定量相,结,结合，,感,感性认,识,识和理,性,性认识,相,相结合,的,的综合,环,环境，,虚,虚拟现,实,实技术,将,将是支,撑,撑这个,多,多维信,息,息空间,的,的关键,技,技术。,虚,虚拟现,实,实技术,归,归根结,底,底就是,要,要把计,算,算机从,善,善于处,理,理数字,化,化的单,维,维信息,改,改变为,善,善于处,理,理人所,能,能感受,到,到的、,在,在思维,过,过程中,所,所接触,到,到的、,除,除了数,字,字化信,息,息之外,的,的其他,各,各种表,现,现形式,的,的多维,信,信息。,增,增强现,实,实成果,，,，并给,用,用户一,个,个将现,实,实世界,和,和计算,机,机中的,虚,虚拟模,型,型结合,起,起来的,工,工作环,境,境。,2,虚拟现,实,实的概,念,念,虚拟现,实,实技术,近,近年来,在,在技术,研,研究领,域,域十分,活,活跃，,它,它汇集,了,了计算,机,机图形,学,学、多,媒,媒体技,术,术、人,工,工智能,、,、人机,接,接口技,术,术、传,感,感器技,术,术、高,度,度并行,的,的实时,计,计算技,术,术和人,的,的行为,研,研究等,多,多项关,键,键技术,。,。虚拟,现,现实是,多,多媒体,技,技术发,展,展的更,高,高境界,，,，是这,些,些技术,高,高层次,的,的继承,和,和渗透,；,；它给,用,用户以,逼,逼真的,体,体验，,它,它为人,们,们探索,宏,宏观世,界,界和微,观,观世界,中,中由于,种,种种原,因,因不便,于,于直接,观,观察事,物,物的运,动,动变化,规,规律，,提,提供了,极,极大的,便,便利。,虚拟现,实,实(VirtualReality，简称VR)，又译,为,为临境,，,，灵境,等,等，这,个,个词最,早,早始创,于,于2O世纪80年代,是,是1989年由美,国,国的Jarn Lanier正式提,出,出的。,然,然而，,关,关于虚,拟,拟现实,的,的研究,可,可以追,溯,溯到20世纪60年代,最,最初的,研,研究主,要,要集中,在,在美国,军,军方对,飞,飞行驾,驶,驶员与,宇,宇航员,的,的模拟,训,训练。,然,然而，,随,随着冷,战,战后美,国,国军费,的,的削减,。,。这些,技,技术逐,步,步转为,民,民用。,由,由于虚,拟,拟现实,技,技术能,够,够借助,计,计算机,构,构建出,一,一个与,现,现实环,境,境十分,逼,逼真的,虚,虚拟环,境,境。且,支,支持用,户,户使用,自,自然技,能,能来亲,身,身感受,，,，因而,引,引起了,人,人们及,大,大的兴,趣,趣。曾,经,经被称,为,为”梦,幻,幻般的,技,技术”,和,和”人,机,机接口,的,的最后,一,一道障,碍,碍”。,3,虚拟现,实,实系统,虚拟现,实,实系统,通常,指,指用头,盔,盔显示,器,器和传,感,感手套,等,等一系,列,列新型,交,交互设,备,备构造,出,出的一,种,种计算,机,机软硬,件,件环境,，,，人们,通,通过这,些,些设施,以,以自然,的,的技能,。,。比如,头,头的摇,动,动、手,的,的摆动,，,，向计,算,算机送,入,入命令,，,，同时,得,得到计,算,算机对,用,用户的,视,视觉、,听,听觉等,多,多种感,官,官的反,馈,馈。随,着,着人们,动,动作的,变,变化。,这,这些感,官,官反馈,也,也随之,改,改变。,但,但是现,在,在与虚,拟,拟现实,有,有关的,内,内容已,经,经扩大,到,到与之,相,相关的,许,许多方,面,面，如,：,：人工,现,现实(ArtificialReality)、遥在(Telepresence)、虚拟,环,环境(VirtualEnvironment)、赛伯,空,空间(Cyberspace)等等。,4,虚拟现,实,实的技,术,术特征,交互性,：,：指,参,参与者,对,对虚拟,环,环境内,物,物体的,可,可操作,程,程度和,从,从环境,中,中得到,反,反馈的,自,自然程,度,度,沉浸感,：,：又称,为,为临场,感,感，指,用,用户感,到,到作为,主,主角存,在,在于虚,拟,拟环境,中,中的真,实,实程度,；,；,构想性,：,：又称,想,想像性,，,，指用,户,户沉浸,在,在多为,信,信息空,间,间中、,依,依靠自,己,己的感,知,知和认,知,知能力,全,全方位,地,地获取,知,知识，,发,发挥主,观,观能动,性,性、寻,求,求解答,，,，形成,新,新概念,。,。,5,虚拟现,实,实的技,术,术特征,6,虚拟现,实,实发展,历,历史,美国是,虚,虚拟现,实,实技术,研,研究的,发,发源地,。,。第一,个,个虚拟,设,设备是,在,在1962年由MortonHeiling设计的,”,”全传,感,感仿真,器,器”,该,该仿真,器,器仿真,骑,骑车穿,越,越纽约,市,市的过,程,程。”,骑,骑车人,”,”能感,受,受到风,，,，感受,到,到路面,的,的颠簸,，,，当经,过,过饭店,时,时。”,骑,骑车人,”,”甚至,能,能闻到,食,食品的,香,香味。1984年，美,国,国宇航,局,局Ames研究中,心,心开始,了,了虚拟,视,视觉环,境,境显示,项,项目的,研,研究。,后,后来还,开,开发虚,拟,拟界面,环,环境工,作,作站Ames。研究,中,中心的,虚,虚拟行,星,星探测,实,实验室,的,的McGreevy和J HumDhfies博士组,织,织开发,了,了用于,火,火星探,测,测的虚,拟,拟环境,视,视觉显,示,示器,将,将发回,的,的数据,输,输入到,计,计算机,中,中为地,面,面研究,人,人员构,造,造了火,星,星表面,的,的三维,虚,虚拟环,境,境。1986年美国,宇,宇航局,的,的科学,家,家们成,功,功研制,出,出了第,一,一套基,于,于HMD及数据,手,手套的,虚,虚拟交,互,互环境,工,工作站VIEW。成为,世,世界上,第,第一个,较,较为完,善,善的多,用,用途多,感,感知的,虚,虚拟现,实,实系统,到,到了20世纪90年代。,迅,迅速发,展,展的计,算,算机硬,件,件技术,与,与不断,改,改进的,计,计算机,软,软件系,统,统相匹,配,配，使,基,基于大,型,型数据,集,集合的,声,声音和,图,图像的,实,实时动,画,画制作,成,成为可,能,能。1992年大,型,型虚拟,现,现实系,统,统CAVE的建立,标,标志着,虚,虚拟现,实,实技术,与,与网络,的,的结合,变,变的越,来,来越紧,密,密。与,此,此同时,，,，新的,网,网络编,程,程语言,的,的出现,促,促使了,新,新的虚,拟,拟现实,建,建模语,言,言的诞,生,生。如X3DJava3D等。,7,虚拟现,实,实发展,历,历史,在我国,虚,虚拟现,实,实技术,的,的研究,和,和一些,发,发达国,家,家相比,还,还有很,大,大的一,段,段距离,但是,近,近十年,来,来虚拟,现,现实技,术,术已经,得,得到了,相,相当的,重,重视。,国,国家科,委,委国防,科,科工委,都,都已将,虚,虚拟现,实,实技术,的,的研究,列,列为重,点,点攻关,项,项目,国,国内许,多,多研究,机,机构和,高,高校也,都,都在进,行,行虚拟,现,现实的,研,研究和,应,应用并,取,取得了,一,一些不,错,错的研,究,究成果,如北,京,京航空,航,航天大,学,学计算,机,机系虚,拟,拟现实,与,与可视,化,化新技,术,术研究,室,室集成,的,的分布,式,式虚拟,环,环境,清,清华大,学,学国家,光,光盘工,程,程研究,中,中心所,做,做的布,达,达拉宫,实,实现了,大,大全景,虚,虚拟现,实,实等。,现,现在，,虚,虚拟现,实,实系统,已,已突破,了,了过去,航,航空航,天,天、军,事,事、娱,乐,乐等几,个,个特定,应,应用领,域,域，打,破,破了只,有,有政府,才,才能用,得,得起的,技,技术，,渗,渗入到,了,了生活,的,的各个,方,方面，,比,比如航,空,空、航,天,天、铁,道,道、建,筑,筑、土,木,木、科,学,学计算,可,可视化,等,等各个,领,领域。,8,虚拟现,实,实技术,发,发展趋,势,势,桌面级,虚,虚拟现,实,实发展,，,，特别,是,是在商,业,业领域,高性能,沉,沉浸式,虚,虚拟现,实,实发展,9,虚拟现,实,实技术,发,发展瓶,颈,颈,虚拟现,实,实设备,的,的“贵,族,族化”,要构建,一,一个高,质,质量的,虚,虚拟现,实,实系统,，,，首先,需,需要昂,贵,贵的外,部,部设备,。,。无论,是,是高分,辩,辩率的,头,头盔显,示,示器HMD，还是,立,立体投,影,影显示,器,器；无,论,论是空,间,间定位,器,器，还,是,是高精,度,度的数,据,据手套,，,，都是,价,价格不,菲,菲的。,其,其次，,在,在一些,专,专用领,域,域，为,完,完成复,杂,杂场景,的,的实时,渲,渲染，,还,还需要,高,高性能,的,的图形,工,工作站,以,以及相,应,应的软,件,件。但,普,普通的,信,信息系,统,统用户,可,可能会,望,望而却,步,步。,10,虚拟现,实,实技术,发,发展瓶,颈,颈,繁琐的,三,三维建,模,模,基于图,形,形的虚,拟,拟环境,首,首先要,解,解决的,问,问题便,是,是三维,造,造型。,当,当图形,渲,渲染技,术,术在向,实,实现真,实,实感大,踏,踏步前,进,进的时,候,候，生,成,成精确,三,三维模,型,型的过,程,程还像,二,二十几,年,年前一,样,样困难,。,。在三,维,维激光,扫,扫描技,术,术上的,进,进步提,供,供了简,化,化模型,构,构造过,程,程的一,些,些承诺,。,。然而,，,，这些,自,自动化,模,模型获,取,取方法,也,也验证,了,了真实,世,世界的,几,几何是,极,极端复,杂,杂的。,大,大部分,的,的模型,仍,仍需要,人,人工绘,制,制，而,且,且需要,聘,聘请高,水,水平的,专,专业人,士,士，其,费,费用是,相,相当惊,人,人的。,比,比如在,电,电影泰坦尼,克,克号中，为,实,实现场,景,景三维,建,建模及,各,各种特,技,技处理,，,，所花,的,的人工,费,费用高,达,达2500万美元,，,，这笔,钱,钱足以,制,制造一,艘,艘同样,规,规模的,真,真船。,繁,繁琐的,三,三维建,模,模也是,制,制约虚,拟,拟现实,技,技术发,展,展的严,重,重障碍,。,。,11,虚拟现,实,实技术,发,发展瓶,颈,颈,数据量,大,大,虚拟现,实,实技术,要,要想得,到,到很大,的,的发展,，,，需要,与,与Intenet结合，,这,这已是,不,不争的,事,事实。,目,目前虚,拟,拟现实,技,技术应,用,用的数,据,据量仍,然,然很大,，,，在现,有,有网络,整,整体速,度,度较慢,的,的情况,下,下，Intenet用户必,须,须等待,较,较长时,间,间，这,往,往往令,人,人难以,忍,忍受。,因,因此应,该,该在虚,拟,拟现实,系,系统中,考,考虑数,据,据压缩,问,问题，,这,这个问,题,题可能,现,现在还,未,未引起,人,人们的,重,重视，,但,但是随,着,着应用,的,的深入,，,，这是,一,一个不,可,可回避,的,的问题,。,。,12,虚拟现,实,实系统,构,构成,虚拟现,实,实系统,模,模型,13,虚拟现,实,实系统,构,构成,虚拟现,实,实系统,构,构成,14,虚拟现,实,实系统,构,构成,检测模,块,块:检测用,户,户的操,作,作命令,，,，并通,过,过传感,