虚拟现实VR.ppt

2006年6月 教育技术学04级 1 班 虚拟现实VRVirtualReality VR 2006年6月 教育技术学04级 1 班 课前提问 你去过故宫博物院吗 你潜过水吗 你坐过飞机吗 你想到月球上去吗 你想造访太空吗 你想到宇宙外参观吗 如果以上经历你们都没有过 那你们想去吗 想一睹外面世界的风采吗 2006年6月 教育技术学04级 1 班 2006年6月 教育技术学04级 1 班 虚拟现实VirtualReality 虚拟现实 VirtualReality 简称VR 是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境 具体地说 就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视 听 触觉一体化的特定范围的虚拟环境 用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用 相互影响 从而产生 沉浸 于等同真实环境的感受和体验 VR带来了人机交互的新概念 新内容 新方式和新方法 使得人机交互的内容更加丰富 形象 方式更加自然 和谐 2006年6月 教育技术学04级 1 班 主要特征 虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映 它具有以下主要特征 1 依托学科的高度综合化 2 人的临场化 3 系统或环境的大规模集成化 4 数据表示的多样化和标准化 数据存储的大容量 数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化 2006年6月 教育技术学04级 1 班 关键技术 实物虚化 虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的三个主要方面 实物虚化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界 为高性能的计算处理提供必要的信息数据 虚物实化通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户 2006年6月 教育技术学04级 1 班 1 实物虚化 实物虚化主要包括基本模型构建 空间跟踪 声音定位 视觉跟踪和视点感应等关键技术 这些技术使得真实感虚拟世界的生成 虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能 1 基本模型构建技术 2 空间跟踪技术 3 声音跟踪技术 4 视觉跟踪与视点感应技术 2006年6月 教育技术学04级 1 班 2 虚物实化 确保用户在虚拟环境中获取视觉 听觉 力觉和触觉等感官认知的关键技术 是虚物实化的主要研究内容 1 视觉感知 2 听觉感知 3 力觉和触觉感知 2006年6月 教育技术学04级 1 班 3 高性能计算处理技术 虚拟现实是以计算机技术为核心的现代高新科技 高性能的计算处理技术是直接影响系统性能的关键所在 具有高计算速度 强处理能力 大存储容量和强联网特性等特征的高性能计算处理技术主要包括以下研究内容 2006年6月 教育技术学04级 1 班 1 服务于实物虚化和虚物实化的数据转换和数据预处理 2 实时 逼真图形图像生成与显示技术 3 多种声音的合成与声音空间化技术 4 多维信息数据的融合 数据转换 数据压缩 数据标准化以及数据库的生成 5 模式识别 如命令识别 语音识别 以及手势和人的面部表情信息的检测 合成和识别 6 高级计算模型的研究 如专家系统 自组织神经网 遗传算法等 7 分布式与并行计算 以及高速 大规模的远程网络技术 2006年6月 教育技术学04级 1 班 4 分布式虚拟现实 分布式虚拟现实的研究目标是建立一个可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境 处于不同地理位置的用户如同进入到一个真实世界 不受物理时空的限制 通过姿势 声音或文字等 在一起 进行交流 学习 研讨 训练 娱乐 甚至协同完成同一件比较复杂的产品设计或进行同一艰难任务的演练 2006年6月 教育技术学04级 1 班 应用领域 VR技术的产生和发展 为解决和处理要巨额资金和巨大人力投入 或者不得不承担人员伤亡危险的各种问题提供了新方法 目前VR技术的应用主要集中在以下几个方面 1 产品设计与性能评价 2 教育与娱乐 3 高难度和危险环境下的训练 4 分布式虚拟战场环境 2006年6月 教育技术学04级 1 班 1 产品设计与性能评价 波音777飞机的设计是虚拟原型机的应用典型实例 它由300万个零件组成 所有的设计在一个由数百台工作站组成的虚拟环境中进行 1996年 加州伯克利分校在SGI工作站上实现了本校新楼SodaHall的实时漫游 我国北京航空航天大学虚拟现实与可视化新技术研究室 也完成了恒昌花园及其房内装修 虚拟北航等漫游系统的开发 目前正在为国家科技馆建造一个珠穆朗玛峰及其周边环境的漫游系统 2006年6月 教育技术学04级 1 班 2 教育与娱乐 将VR技术应用于教育可以使学生能够游览海底 遨游太空 观摩历史城堡 甚至深入原子内部观察电子的运动轨迹 分布式虚拟图书馆突破了物理时空的限制并有效地利用了共享资源 基于国际互联网的分布式虚拟图书馆具有巨大的前景 VR技术在娱乐业有着极其广泛的应用 第一个大规模的VR娱乐系统 BattleTech 将每个 座舱 仿真器联网进行组之间的对抗 三维逼真视景 游戏杆 油门 刹车和受到打击时的晃动给用户很强的感官刺激 2006年6月 教育技术学04级 1 班 网上虚拟教室 2006年6月 教育技术学04级 1 班 根据现有系统调查 目前网上教育系统存在的最大问题是缺乏老师与学生之间的交流和沟通 Huhao系统正是在此条件下 基于多年的视频通信经验基础上开发而成的 该系统的特色是为每个班级建立一个网上虚拟可视教室空间 提供无论老师 学员是否在线 离线 实时 非实时均可进行学员和老师间音 视频及数据多点交互通信传输和存储的平台 不仅如此 该系统还加入了家长这个一直被教育所遗忘的角色 建立了校长和老师接待室 真正使得老师 学生 家长和学校多方面能够进行面对面的及时 有效的沟通 极大的增强了教育的持续性和有效性 更难能可贵的是该系统还引入了硬件可视终端直接可以看图文内容和简单写画 让不懂电脑的千家万户也可参加各自教学学习活动 极大拓宽了远程教育的范围 2006年6月 教育技术学04级 1 班 网上虚拟教室大厅 2006年6月 教育技术学04级 1 班 Huhao网上虚拟教室系统特点1 为每个老师 学生 家长分配一个 像打电话一样方便 的可视通信号码 2 学生 老师 家长之间是实时可视通信 3 每个班级的网上虚拟教室 完成信息的共享 发布 协作 沟通 4 学校校长 班主任老师的可视接待室 保持家长与校方的实时沟通 5 日程安排 任务安排及提醒 6 桌面 应用程序共享功能 7 电话会议语音辅助功能 8 Web形式的答疑超市功能 9 点对点通信时多方聊天讨论功能 10 学生邮箱 网络公文柜功能 2006年6月 教育技术学04级 1 班 远程教学教室 2006年6月 教育技术学04级 1 班 该系统拥有如下功能 虚拟教室 日程安排 个人名片夹 聊天室 文件柜 记事本 答疑超市 自主空间 电子邮件 讨论板块 作业 自动阅卷 文件共享 班级相册 音乐传情 在线游戏等 2006年6月 教育技术学04级 1 班 3 高难度和危险环境下的训练 服务于医疗手术训练的VR系统 用CT或MRI数据在计算机中重构人体或某一器官的几何模型 并赋予一定的物理特征 例如密度 韧度 组织比例等 并通过机械手或数据手套等高精度的交互工具在计算机中模拟手术过程 以达到训练 研究的目的 美国的NASA和ESA 欧洲空间局 曾成功地将VR技术应用于航天运载器的空间活动 空间站的自由操作和对哈勃空间的维修 2006年6月 教育技术学04级 1 班 4 分布式虚拟战场环境 军事领域是VR技术最早研究和应用的领域 最早的分布式虚拟战场环境应该是1983年DARPA和美国陆军共同制定的SIMNET研究计划 从1994年开始 美国DARPA与USACOM联合开展了战争综合演练场STOW的研究 形成了一个包括海陆空多兵种 3700个仿真实体参与 地域范围覆盖500 750km2的军事演练环境 2006年6月 教育技术