虚拟现实基本概念.ppt

虚拟现实 原理 VR基本概念VR软件系统平台VR引擎实例和演示VR应用模式 虚 与 实 昔者庄周梦为蝴蝶 栩栩然蝴蝶也 自喻适志与 不知周也 俄然觉 则蘧蘧然周也 不知周之梦为蝴蝶与 蝴蝶之梦为周与 庄子 齐物论 虚 与 实 柏拉图 真正的世界只是存在于我们的想象中 笛卡尔 我思故我在 IthinkthereforeIam 记忆裂痕虚拟偶像 SIMONE 又名虚拟情人 西蒙妮 逃出克隆岛 TheIsland 时空悍将 Virtuosity 异次元骇客 TheThirteenthFloor 又名十三阶梯 十三度空间 黑客帝国时间线盗梦空间 描述 虚拟现实 VirtualReality 就是研究一种计算机技术 把人们想象中的东西转化为一种虚拟境界和虚拟存在 而这种虚拟境界和虚拟存在对我们的感觉器官就象真的客观存在一样 VR终极目标 黑客帝国 距离这个目标还有相当的距离 黑客帝国影片片段 不同层次上的虚拟现实 哲学意义上的虚拟现实虚拟实在与自然实在的对等性科学意义上的虚拟现实科学研究的三大手段 理论 建模 实验验证与模拟仿真人类梦想的场景在感知中的实现工程意义上的虚拟现实以计算技术为核心 生成感知上与真实环境高度近似 交互上直观自然的数字化环境 虚拟现实 VirtualReality1989年由美国Jaron Lanier发明出来的一个词灵境 幻境 赛伯空间 虚拟现实虚拟现实 VirtualReality 虚拟的现实虚拟化现实 怎样理解虚拟现实 虚拟现实系统中的 现实 即所虚拟的环境 大致可分为三种情况 第一种情况是模仿真实世界中的环境 怎样理解虚拟现实 第二种情况是人类主观构造的环境 例如 用于影视制作或电子游戏的三维动画 环境是虚构的 几何模型和物理模型可以完全虚构 怎样理解虚拟现实 第三种情况是模仿真实世界中的人类不可见的环境 例如 分子的结构 空气中速度 温度 压力的分布等 一个蛋白质分子的示例 虚拟现实的概念 虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境 用户应该能够以自然的方式与这个环境交互 从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感 沉浸感 身临其境的感觉 1 多感知性 Multi Sensory 计算机生成一个给人多种感官刺激的虚拟环境 视觉感知 听觉感知 力觉感知 触觉感知 运动感知 甚至包括味觉感知 嗅觉感知等2 交互性 Interaction 指人能以自然方式与虚拟世界进行交互操作专用交互设备 如数据手套 跟踪器 触觉和力反馈装置3 沉浸感 Immersion 存在感 临场感 它是指虚拟现实系统对介入者的刺激在物理上和认知上符合人的已有经验 从而使介入者感到自己作为主角存在于模拟环境中的真实程度 虚拟现实的特点 虚拟现实概念辨析 虚拟现实与三维漫游虚拟现实与景观动画虚拟现实与三维游戏虚拟现实与计算机图形学 虚拟现实概念的变化 虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境 用户应该能够以自然的方式与这个环境交互 从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感 沉浸感 身临其境的感觉应用需求使VR的应用重点进行了多种变化强调自然交互产生的应用 如Kinect诸多应用不再强调沉浸感 而强调信息提供 增强现实 虚拟现实的发展历史与演变 萌芽与诞生 60年代 80年代末 军事与航天的推动 70年代 80年代 渐入民间 游戏 娱乐 模拟应用的刺激 90年代 VR在Internet上的兴衰 90年代中 21世纪 VR应用的大众化与多元化 21世纪 世博会 春晚 文化创意产业 3D电影人机交互 增强现实 萌芽与诞生 60年代 80年代末 萌芽1929年 EdwinA Link发明了飞行模拟器 使乘坐者的感觉和坐在真的飞机上是一样的 1956年 MortonHeileg开发了一个叫做Sensorama 传感景院 的摩托车仿真器 1962年 MortonHeileg申请了专利 全传感仿真器 该专利蕴涵了虚拟现实技术的思想 萌芽与诞生 60年代 80年代末 1962年 美国电影摄影师MortonHeilig研制的Sensorama的立体电影系统 萌芽与诞生 60年代 80年代末 1965年 IvanSutherland在名为 UltimateDisplay 终极的显示 的论文中首次提出了包括具有交互图形显示 力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想 萌芽与诞生 60年代 80年代末 1966年 美国MIT林肯实验室研制出了第一个头盔式显示器 HelmetMountedDisplay即HMD 1968年 Sutherland在哈佛大学的组织下开发了头盔式立体显示器及一个虚拟系统 可称得上是第一个虚拟现实系统 萌芽与诞生 60年代 80年代末 1987年 科学的美国人 ScientificAmerican 上发表了一篇题为先进的计算机界面 InterfacesforAdvancedComputing 一文 该杂志还发表了一篇报导数据手套的文章基于从60年代以来所取得的一系列成就 美国的JaronLanier在80年代正式提出了 VirtualReality 一词 萌芽与诞生 60年代 80年代末 军事与航天的推动 70年代 80年代 70年代和80年代早期 美国军方开展 飞行头盔 和军事现代仿真器的研究1983年美国DARPA DefenseAdvencedResearchProjectsAgency 和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET SIMNET 萌芽与诞生 60年代 80年代末 70年代和80年代早期 美国军方开展 飞行头盔 和军事现代仿真器的研究1983年美国DARPA DefenseAdvencedResearchProjectsAgency 和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET 1984年NASA NationalAeronauticsandSpaceAdministration 美国宇航局 研制成功具有现代虚拟现实系统雏形的VIVED系统1988年NASA研究完成VIEW系统 NASA研制的VIVED和VIEW系统 渐入民间 游戏 娱乐 模拟应用的刺激 90年代 3D游戏主题公园 游乐场飞行 航海 医学等的模拟训练 1990年最早出现的两款3D游戏 1995年的3D游戏 毁灭战士1 2 Doom1 2 2004年Doom3的效果 2011年 Crysis2 主题公园 游乐场 4D影院 4D影院演示2 4D影院演示1 虚拟高尔夫球场 飞行 航海驾驶模拟 驾驶射击模拟 医学模拟 仿真 演示 medicien mpg 渐入民间 软硬件技术的发展 显卡的出现与飞速发展计算机图形基础算法的发展游戏引擎 虚拟现实平台软件的研发 VR在Internet上的兴衰 90年代中 21世纪 1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会 就提出了VRML这个名字 SecondLife There国内 HiPiHi 网络上的虚拟世界 VR在Internet上的兴衰 90年代中 21世纪 2006 2007年随secondlife的被报道而繁荣国内出现很多类似产品局面迟迟无法打开 大都面临破产原因分析技术问题无法找到盈利模式 VR应用的大众化与多元化 21世纪 多媒体创意展示奥运 世博 春晚3D电影阿凡达 清明上河图 水晶石公司制作 多媒体创意展示 虚拟现实艺术虚拟现实与数字媒体 文化创意紧密结合起来 VR应用的大众化与多元化 21世纪 适当放宽对沉浸感的追求 而重视用户体验创意展示 体验人机交互 Kinect iPhone增强现实 增强现实 增强现实 google智能眼镜 Google眼镜演示 虚拟现实概念的进一步总结 有很深的哲学渊源是一种理念新的应用模式不断产生 应用热点在不断发生变化是多学科的融合 虚拟现实及其相关学科 虚拟现实 计算机图形学 自动化控制 计算机视觉 模式识别 科学计算可视化 数字图像处理 人机交互 生理学 心理学等 输入 输出设备 人工智能 计算机网络 虚拟现实 科学意义上的纯粹的概念 虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境 用户应该能够以自然的方式与这个环境交互 从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感 沉浸感 身临其境的感觉应用意义上的概念利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境 人能够高效 自然地对此信息环境进行感知 交互 产生沉浸感或达到某种信息传达的目的 对虚拟现实概念的分析 应用意义上的概念利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境 人能够高效 自然地对此信息环境进行感知 交互 产生沉浸感或达到某种信息传达的目的 虚拟现实 VirtualReality 虚拟的现实虚拟化现实虚拟与现实 与几个概念的辨析 虚拟现实与三维漫游 景观动画 三维游戏 计算机图形学虚拟现实与媒体数字媒体 新媒体创意媒体 虚拟现实概念的进一步分析 什么是虚拟现实虚拟现实的终极目标不同层次上的虚拟现实虚拟现实的概念辨析虚拟现实应用目标的变化虚拟现实的发展历史与演变虚拟现实系统的组成 虚拟现实系统的一般组成形式 虚拟现实系统的组成元素 介入者 人 虚拟世界生成设备 VR的计算机系统VR的人机接口感知设备 给介入者提供感知信号跟踪设备 探测 接受 介入者的反应动作 生成虚拟世界的设备 硬件计算机软件操作系统 虚拟现实引擎 建模软件 网络分布式交互仿真已经成为现代仿真技术 特别是军事仿真的潮流 通讯网络可以把VE转换成共享的分布式计算环境 这些设备的主要功能 视觉通道信号生成与显示 要求 实时的帧速率 高质量的图像 听觉通道信号生成与显示触觉和力觉通道信号生成与显示支持实时人机交互操作的功能 三维空间定位 碰撞检测 语音识别以及人机实时对话功能 系统组成框图 虚拟现实的人机接口 VR的人机接口有两个作用 给人提供环境感知信息 感知设备机器 人跟踪 探测人的动作和响应 跟踪设备机器 人 眼 耳 鼻 舌 身 意 根据实验心理学家统计 人类获取的信息83 来自视觉 11 来自听觉 这两个加起来有94 还有3 5 来自嗅觉 1 5 来自触觉 1 来自味觉 感知设备 视觉感知设备 CAVE BOOM HMD 180度环状屏幕 球面投影显示系统 感知设备 听觉感知设备 三维真实感声音的播放设备耳机式双扬声器组多扬声器组触觉 力觉 感