VR AR 全息的技术解析.ppt

VRAR和全息投影 社会学1701张泽宇张啸林刘鹏飞 NATURAL WILD 1 VR技术的概念 虚拟现实技术 vr 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统 它利用计算机生成一种模拟环境 是一种多源信息融合的 交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真 使用户沉浸到该环境中 具有视觉感知 听觉感知 触觉感知 运动感知 甚至还包括味觉 嗅觉 感知等 理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能 多感知性 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度 理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度 存在感 指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度 交互性 指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度 自主性 2 VR的特征 3 实现VR的技术难点 显示 双目立体视觉 当用户带上特殊的眼镜后 一只眼睛只能看到奇数帧图像 另一只眼睛只能看到偶数帧图像 奇 偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感 在一个VR系统中 用户可以看到一个虚拟的杯子 你可以设法去抓住它 但是你的手没有真正接触杯子的感觉 并有可能穿过虚拟杯子的 表面 而这在现实生活中是不可能的 解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉 感觉反馈 虚拟皮肤感应触点 要实现虚拟世界与用户皮肤交互 使得用户可以获得真实的触觉体验 声音 捕捉环绕立体声 现实生活里 当头部转动时 听到的声音的方向就会改变 但目前在VR系统中 声音的方向与用户头部的运动无关 VR画面的运行原理 由于计算机屏幕只有一个 而我们却有两个眼睛 又必须要让左 右眼所看的图像各自独立分开 才能有立体视觉 这时 就可以通过3D立体眼镜 让这个视差持续在屏幕上表现出来 通过控制IC送出立体讯号 左眼 右眼 左眼 右眼 依序连续互相交替重复 到屏幕 并同时送出同步讯号到3D立体眼镜 使其同步切换左 右眼图像 换句话说 左眼看到左眼该看到的景像 右眼看到右眼该看到的景像 3D立体眼镜是一个穿透液晶镜片 通过电路对液晶眼镜开 关的控制 开可以控制眼镜镜片全黑 以便遮住一眼图像 关可以控制眼镜镜片为透明的 以便另一眼看到另一眼该看到的图像 3D立体眼镜就可以模仿真实的状况 使左 右眼画面连续互相交替显示在屏幕上 并同步配合3D立体眼镜 加上人眼视觉暂留的生理特性 就可以看到真正的立体3D图像 VR的应用 娱乐 医疗 军事航天 地理探索 室内设计 4 VR技术广泛的应用范围 游戏中的vr场景 2020 1 2 科技感极强的VR体验馆 现实与虚拟的交织 AR AR AugmentedReality增强现实技术 增强现实技术 是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像 视频 3D模型的技术 这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动 简单地说 可以说是一种同步式的后期特效 具有实时交互性 同步性 可应用领域广泛 真实世界和虚拟的信息集成 在三维尺度空间中增添定位虚拟物体 AR 突出特点 Monitor Based AR 组成形式 在基于计算机显示器的AR实现方案中 摄像机摄取的真实世界图像输入到计算机中 与计算机图形系统产生的虚拟景象合成 并输出到屏幕显示器 用户从屏幕上看到最终的增强场景图片 它虽然简单 但不能带给用户多少沉浸感 Monitor Based增强现实系统实现方案如下图所示 光学透视式 AR 组成形式 头盔式显示器 Head mounteddisplays 简称HMD 被广泛应用于虚拟现实系统中 用以增强用户的视觉沉浸感 增强现实技术的研究者们也采用了类似的显示技术 这就是在AR中广泛应用的穿透式HMD 根据具体实现原理又划分为两大类 分别是基于光学原理的穿透式HMD OpticalSee throughHMD 和基于视频合成技术的穿透式HMD VideoSee throughHMD 光学透视式增强现实系统实现方案如右图所示 简单 分辨率高 没有视觉偏差 视频透视式 AR 组成形式 视频透视式增强现实系统采用的基于视频合成技术的穿透式HMD VideoSee throughHM 古迹复原和数字化文化遗产保护 文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者 用户不仅可以通过HMD看到古迹的文字解说 还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构 AR 领域应用 娱乐 游戏领域 增强现实游戏可以让位于全球不同地点的玩家 共同进入一个真实的自然场景 以虚拟替身的形式 进行网络对战 AR 领域应用 网络视频通讯领域 该系统使用增强现实和人脸跟踪技术 在通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子 眼镜等虚拟物体 在很大程度上提高了视频对话的趣味性 AR 领域应用 医疗领域 医生可以利用增强现实技术 轻易地进行手术部位的精确定位 AR 领域应用 军事领域 部队可以利用增强现实技术 进行方位的识别 获得实时所在地点的地理数据等重要军事数据 AR 领域应用 增强现实的开发人员的目标是将这三个组件集成到一个单元中 1 头戴式显示器2 跟踪系统3 移动计算能力这种技术1990年提出 随着随身电子产品CPU运算能力的提升 预期增强现实的用途将会越来越广 虽然经过了十几年的研究 开发了以上的许多种工具包 但是几乎所有AR系统仍然处于实验室内使用 研究者已经开始考虑AR在实用中面临的一些基本问题 主要有以下几个方面 1 景物的生成与显示 2 定位错误 3 通讯设备 4 计算能力 AR 难点与研究方向 最近的AR现实产品 CurrentproductionofAR AR眼镜 谷歌 微软 口袋妖怪Go AR滤镜 在虚拟场景中展示现实和虚拟的元素 在现实场景中展现现实和虚拟的元素 VR AR VR AR 全息投影技术 front projectedholographicdisplay 一 定义 全息投影技术 也称虚拟成像技术 是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术 全息投影技术不仅可以产生立体的空中幻象 还可以使幻象与表演者产生互动 一起完成表演 产生令人震撼的演出效果 全息投影适用范围产品展览 汽车服装发布会 舞台节目 互动 酒吧娱乐 场所互动投影等 二 技术原理 其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息 此即拍摄过程 被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束 另一部分激光作为参考光束射到全息底片上 和物光束叠加产生干涉 把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度 从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来 记录着干涉条纹的底片经过显影 定影等处理程序后 便成为一张全息图 或称全息照片 其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息 这是成象过程 全息图犹如一个复杂的光栅 在相干激光照射下 一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象 即原始象 又称初始象 和共轭象 再现的图像立体感强 具有真实的视觉效应 全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息 故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像 通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像 而且能互不干扰地分别显示出来 三 实验技术 空气投影和交互技术 在美国麻省一位叫ChadDyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术 这是显示技术上的一个里程碑 它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像 此技术来源海市蜃楼的原理 将图像投射在水蒸气液化形成的小水珠上 由于分子震动不均衡 可以形成层次和立体感很强的图像 激光束投射实体的3D影像 这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时 混合成的气体变成灼