论文汇报：虚拟现实技术的研究与发展现状ppt课件

1、虚拟现实技术的 研讨与开展现状.主讲内容技术概论相关技术建模言语开展历程技术概念系统特征简单引见VRML开展史 系统分类开展与运用系统组成VRML运用 研讨现状 开展趋势 运用 VRML根本特点 .虚拟现实技术概念 虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，又译为临境，灵境技术等。是以沉浸性、交互性和想象性为根本特征的计算机高级人机界面。经过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的觉得，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化，并可以经过言语、手势等自然的方式与之进展实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有宽广的运用前景 .开展历程20 世纪50 年代至70

2、年代,是VR 技术的预备阶段；80 年代初至80 年代中期,是VR 技术系统化、开场走出实验室进入实践运用的阶段； 80 年代末至90 年代初,是VR 技术迅猛开展的阶段 ；.第一阶段 5070 年代,为虚拟现实的探求阶段。1965 年由美国的Morton Heileg 开发了一个称做Sensorama 的摩托车仿真器,不仅具有三维视频及立体声效果,还能产生风吹的觉得和街道气味。1968年,美国计算机科学家I1E1Sutherland 在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统,成为VR 技术开展史上的一个重要里程碑,为虚拟现实的开展奠定了根底。.第二阶段8

3、0 年代初至80 年代中期,开场构成VR 技术的根本概念,开场由实验进入适用阶段,其重要标志是:1985 年在Michael Mc Greevy 指点下完成的VIEW 虚拟现实系统,配备了数据手套和头部跟踪器,提供了手势、言语等交互手段,使VIEW 成为名副其实的虚拟现实系统,成为后来开发虚拟现实的体系构造。其他如VPL 公司开发了用于生成虚拟现实的RB2 软件和Data Glove 数据手套,为虚拟现实提供了开发工具。.第三阶段80 年代末至90 年代初,为虚拟现实全面开展阶段。虚拟现实技术曾经从实验室的实验阶段走向了市场的适用阶段,对虚拟现实技术的研讨也从根本实际和系统构成的研讨转向运用过

4、程中所遇到的详细问题的讨论。在虚拟现实系统中只需各种交互设备还不够,还必需提供根本的软件支撑环境,用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进展高级交互。 .系统特征主要借助于VR 系统中的特殊硬件设备、运用户能经过自然的方式，产生同在真实世界中一样的觉得。 指用户感遭到被虚拟世界所包围，好似完全置身于虚拟世界之中一样。 指虚拟的环境是人想象出来的，同时这种想象表达出设计者相应的思想，因此可以用来实现一定的目的。 沉浸性交互性想象性.系统组成 计算机 输入输出设备 运用软件系统 数据库 用户.系统分类VR系统加强式 桌面式 沉浸式 分布式.沉浸式VR 系统沉浸式 VR 系统提供完全沉浸的体验，运用户

5、有一种完全置身于虚拟世界之中的觉得。它通常把参与者的视觉、听觉和其他觉得封锁起来，并提供一个新的、虚拟的觉得空间，利用空间位置跟踪定位设备、数据手套、其他手控输入设备、声音设备等使得参与者产生一种完全投入并沉浸于其中的觉得，是一种较理想的VR 系统。 .桌面式VR 系统桌面式 VR 系统也称窗口VR，它是利用个人计算机或图形任务站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用计算机的屏幕作为察看虚拟世界的一个窗口，经过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。.加强式VR 系统加强式VR 系统简称加强现实AR，它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它

6、是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂场景的开销，又可对实践物体进展操作，真正到达了亦真亦幻的境界。在加强式VR 系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭仗其本身觉得器官直接感知的深层信息，用户可以利用虚拟对象所提供的信息来加强对现实世界的认知，这就是加强式VR 系统。.分布式VR 系统 分布式VR 系统DVR是一个较为典型的实例。DVR 系统是VR 技术和网络技术开展和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟世界，经过网络衔接成共享信息的系统。 .环境建模 技术 实时三维图 形绘制技术 三维虚拟声音的显示技术 自然交互与传感技术 碰撞

7、检测技术 虚拟现实技术的相关技术.Title物理建模技术几何建模技术行为建模技术环境建模技术.几何建模技术几何建模技术主要研讨对象是对物体几何信息的表示与处置，它是涉及表示几何信息数据构造，以及相关的构造与支配数据构造的算法建模方法。 .物理建模技术 建模技术进一步开展的产物是物理建模，也就是在建模时要思索对象的物理属性。典型的物理建模技术有分形技术和粒子系统。 .行为建模技术 行为建模技术主要研讨的是物体运动的处置和对其行为的描画，表达了虚拟环境中建模的特征。 .基于几何图形的实时绘制技术 基于图像的实时绘制技术 .实时三维图 形绘制技术 . 基于几何图形的实时绘制技术 为了保证三维图形的显

8、示能实现刷新频率不低于30 帧/秒，除了在硬件方面采用高性能的计算机外，还必需选择适宜的算法来降低场景的复杂度即降低图形系统处置的多边形数目。目前，用于降低场景的复杂度，以提高三维场景的动态显示速度的常用方法有预测计算、脱机计算、场景分块、可见消隐、细节层次模型等，其中细节层次模型运用较为普遍 .1预测计算根据物体的各种运动规律，如手的挪动，可在下一帧画面绘制之前用预测的方法推算出手的位置，从而减少由输入设备所带来的延迟。.2脱机计算由于 VR 系统是一个较为复杂的系统，在实践运用中可以尽能够将一些可预先计算好的数据进展预先计算并存储在系统中，这样可加快需求运转时的速度。.3场景分块将一个复杂

9、的场景划分成假设干个子场景，各个子场景间几乎不可见或完全不可见。这样，系统就能有效地减少在某一时辰所需求显示的多边形数目，从而有效降低了场景的复杂度。.4可见消隐运用这种方法，系统仅显示用户当前能“看见的场景，当用户仅能看到整个场景中很小部分时，由于系统仅显示相应场景，此时可大大减少所需显示的多边形的数目。然而，当用户“看见的场景较复杂时，这种方法就作用不大。.5细节层次模型所谓细节层次模型Level Of Detail，LOD，是对同一个场景或场景中的物体使器具有不同细节的描画方法得到的一组模型。在实时绘制时，对场景中不同的物体或物体的不同部分采用不同的细节描画方法。.基于图像的实时绘制技术

10、 基于图像的绘制技术Image Based Rendering，IBR是采用一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视野方向的画面进展变换、插值与变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。目前，基于图像的绘制技术主要有 两种 1全景技术 2图像的插值及视图变换技术.全景技术全景技术是指在一个场景中的一个察看点用相机每旋转一下角度拍摄得到一组照片，再在计算机采用各种工具软件拼接成一个全景图像。它所构成的数据较小，对计算机配置要求低，适用于桌面式VR 系统，建模速度快，但普通一个场景只需一个察看点，因此交互性较差。.图像的插值及视图变换技术 研讨人员研讨了根据在不同察看点所拍摄的图像，交互地给出或自动

11、得到相邻两个图像之间对应点，采用插值或视图变换的方法，求出对应于其他点的图像，生成新的视图，根据这个原理可实现多点遨游的要求 .三维虚拟声音的显示技术 三维虚拟声音的概念 ：VR系统中的三维虚拟声音，使听者能觉得到声音却是来自围绕听者双耳的一个球形空间中的任何地方，即声音能够来自于头的上方、后方或者前方。 .三维虚拟声音的特征：1全向三维定位特性2三维实时跟踪特性3沉浸感与交互性 .语音识别与合成技术：语音识别技术Automatic Speech Recognition，ASR，是指将人说话的语音信号转换为可被计算机程序所识别的文字信息，从而识别出说话人的语音指令以及文字内容的技术。语音识别普

12、通包括参数提取、参考方式建立、方式识别等过程。 .手势识别 面部表情识别 眼动跟踪 触觉、力觉反响传感技术 自然交互与传感技术 .手势识别 手势识别系统根据输入设备的不同，主要分为基于数据手套的识别和基于视觉图像的手语识别系统两种。基于数据手套的手势识别系统，就是利用数据手套和空间位置跟踪定位设备来捕捉手势在空间运动的轨迹和时序信息，对较为复杂的手的动作进展检测，包括手的位置、方向和手指弯曲度等，并可根据这些信息对手势进展分类，因此较为适用。.面部表情识别 在 VR 系统中，人的面部表情的交互在目前来说，还是一种不太成熟的技术。普通人脸检测问题可以描画为：给定一幅静止图像或一段动态图像序列，从

13、未知的图像背景中分割、提取并确认能够存在的人脸。假设检测到人脸，提取人脸特征。 .眼动跟踪 眼动跟踪技术的根本任务原理是利用图像处置技术，运用能锁定眼睛的特殊摄像机，经过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线延续地记录视野变化，从而到达记录、分析视野追踪过程的目的。视野跟踪技术可以弥补头部跟踪技术的缺乏之处，同时又可以简化传统交互过程中的步骤，使交互更为直接，因此，目前多被用于军事领域如飞行员察看记录等，阅读以及协助残疾人进展交互等领域。.触觉、力觉反响传感技术 触觉、力觉反响传感技术是运用先进的技术手段，将虚拟物体的空间运动转变成特殊设备的机械运动，在觉得到物体的外表纹理的同时，也运用户可以体验

14、到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面，即运用“作用力与反作用力的原理来到达传送力度和方向信息的目的。 . 碰撞检测技术1碰撞检测的要求为了保证虚拟世界的真实性，碰撞检测必需有较高的实时性和准确性。所谓实时性，基于视觉显示的要求，碰撞检测的速度普通至少要到达24 次/秒，而基于触觉要求，碰撞检测的速度至少要到达300 次/秒才干维持触觉交互系统的稳定性，只需到达1 000 次/秒才干获得平滑的效果。而准确性的要求那么取决于VR 系统在实践运用中的要求，比如对于小区遨游系统，只需近似模拟碰撞情况，此时，假设两个物体之间的间隔比较近，而不论能否实践有没有发生碰撞，都可以将其当做是发

15、生了碰撞，并粗略计算其发生的碰撞位置。.2碰撞检测的实现方法由于物体本身的模型能够很复杂，直接采用物体的原模型来检测两个物体的碰撞，计算量依然过大。对两物体间的准确碰撞检测的加速实现，现有的碰撞检测算法主要可划分为两大类：层次包围盒法和空间分解法。. 虚拟现实建模言语VRML VRML的开展史 ：1994 年5 月，第一届Internet 国际会议上，有关专家发表的在Web 上运转三维立体世界的研讨引起了广泛的讨论。短短的几个月后，在1994 年10 月，VRML1.0 规范正式发布。这以后，许多专家、企业积极投身于VRML 的推行和研讨，特别是VRML 技术组VAG不懈的努力，使VRML 得

16、到了迅速的开展。1996 年，VRML2.0 规范正式确定。1998 年1 月被ISO 正式确定为国际规范的VRML 正是如今我们常说的VRML97。. VRML 的运用 VRML 交融了二维和三维图像技术、动画技术和多媒体技术，借助于网络的迅速开展，构建了一个交互的虚拟空间。VRML 技术和其他的计算机技术的结合，在Web 环境中创建虚拟城市、虚拟校园、虚拟图书馆以及虚拟商店曾经不再是一种梦想。比如在电子购物中，用户在虚拟商店里感遭到的是和真实商品一样真实的质地，而不再是简单的图片。 .VRML 文件的根本特点 1VRML 文件的根本要素节点Node和域Field VRML 文件的扩展名为w

17、rl，文件中最为 重要的两个根本要素是节点Node和域Field。节点是VRML 文档中根本的组成单元，VRML 借助于节点来描画对象某一方面的特征，比如外形、材质和颜色等。 .2事件Event和路由Route在现实环境中，事物往往随着时间会有相应的变化，比如，物体的颜色随着时间发生变化。在VRML 中借助事件Event和路由Route的概念反映这种现实情况。 .3VRML 的通用语法构造.4VRML 的空间坐标与计量单位在实践环境中，构成场景的外型有大小的差别，物体间有不同的相对位置，并且外型还会有旋转、挪动等运动，因此在VRML 中，采用空间直角坐标系确定外型的位置，并且用特定的计量单位定

18、量表示长度。在VRML 场景中，空间直角坐标满足右手螺旋法那么，就是说，右手四指从x 方向转到y 方向，那么拇指的指向是z 方向。在默许情况下，x 坐标向右为正，y 坐标向上为正，而z 坐标指向察看者为正。在VRML 中，长度及坐标的计量单位采用VRML 单位计量，可以简称为单位。在本书中，为表达简练而省去单位字样。.虚拟现实技术的研讨现状 计算机的开展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多处理问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与开展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研讨领域：经过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的察看界面；运用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的运用。.虚拟现实技术的研讨现状 在美国的研讨现状 在欧洲的研讨现状 在日本的研讨现状 在国内研讨现状 VR技术 .虚拟