第13讲虚拟现实与人类未来 - 北大教育游戏研究网

1、尚俊杰 jjshang 第13讲 虚拟现实与人类未来本讲提纲虚拟现实的定义与特性虚拟现实设备与技术虚拟现实应用领域与现状虚拟化：人类的未来?虚拟与现实引 言知识改变命运，数码改变生活，虚拟改变什么？1 虚拟现实的定义与特性-什么是虚拟现实？“虚拟现实virtual reality，简称vr是1989年美国的jlanier提出的，是指用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。国内也有人译为“灵境、“幻真等，国外与虚拟现实同类的术语，还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。 虚拟现实

2、有哪些类型？桌面虚拟现实1沉浸式虚拟现实2增强现实性的虚拟现实3分布式虚拟现实4桌面虚拟现实桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。桌面虚拟现实例如沉浸式虚拟现实高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。沉浸式虚拟现实例如增强现实性的虚拟现实增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。分布式虚拟现实如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实那么提升到了一个

3、更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。 1Canadian National Optical Network and Collaborative EnvironmentChicago Teleglobe GigaPOPVancouverCalgaryReginaWinnipegOttawaMontrealTorontoHalifaxSt JohnsFrederictonCharlottetownRANBCnetWURCnetSRnetMRnetONetRISQACORNOC3OC3DS3OC12OC48STAR TAP CA*net 3 OC12虚拟现实的三个特点1Immersion(沉浸)3

4、Imagination(想象)2Interaction(交互) 2 虚拟现实设备与技术-设备：三维立体眼镜立体眼镜是用于3D模拟场景VR效果的观察装置，它利用液晶光阀高速切换左右眼图像原理，有有线和无线之分，可支持逐行和隔行立体显示观察，也可用无线眼镜进行多人团体VR效果观察，是目前最为流行和经济适用的VR观察设备。设备：数据手套数据手套是虚拟现实应用的主要交互设备，它作为一只虚拟的手或控件用于3DVR场景的模拟交互，可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制，有有线和无线、左手和右手之分，可用于WTK、Vega等3D VR或视景仿真软件环境中。设备：头盔显示器头盔显示器又称数据头盔或数字头盔是虚

5、拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。使用方式为头戴式，辅以空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，VR效果非常好，沉浸感极强，在VR效果的观察设备中，头盔显示器的沉浸感优于立体眼镜。 设备：三维空间交互球三维空间交互球是虚拟现实应用中的另一重要的交互设备，用于六个自由度VR场景的模拟交互，可从不同的角度和方位对三维物体观察、浏览、操纵；也可作为3D Mouse来使用；并可与数据手套或立体眼镜结合使用，作为跟踪定位器。也可单独用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。设备：位置跟踪器三维空

6、间跟踪定位器是VR系统中用于空间跟踪定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置，操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由之分。设备：力反响器力反响器是VR研究中的一种重要的设备，该设备能使参与者实现虚拟环境中除视觉、听觉之外的第三感觉触觉和力感，进一步增强虚拟环境的交互性，从而真正体会到虚拟世界中的交互真实感，该设备广泛应用于虚拟医疗、虚拟装配等诸多领域。设备：三维模型数字化仪三维模型数字化仪又称三维扫描仪或三维数字化仪是一种先进的三维模型建立设备，该设备利用CCD成像、激光扫描等手段实现物

7、体模型的取样，同时通过配套的矢量华软件对三维模型数据进行数字化，从而实现计算机系统对数字模型的控制，特别适合于建立一些不规那么三维物体模型的工作中，如人体器官和骨骼模型的建立、出土的三千年前文物三维数字模型的建立等等，在医疗、动植物研究、文物保护等VR应用领域有广阔的应用前景。设备：三维显示器这种三维显示器并不需要使用者在头部佩戴任何特制眼镜之类的装备，而是应用当前的计算机的计算能力回放或实时渲染显示三维影像。多通道立体投影系统 专业的VR-Platform多通道投影系统 采用5台高亮度等离子显示器最多可支持24台 每台等离子显示尺寸为1020 X 610 mm可替换为更大尺寸 可支持24个通

8、道同步显示 高沉浸感的虚拟现实仿真显示系统 演示效果出色，适合大中型机构或工程使用 多通道立体投影系统例如设备：CAVE 系统CAVE Automatic Virtual Environment洞穴式自动虚拟环境CAVE 系统的组成结构设备：CAVE系统例如设备：一亿像素的虚拟现实小屋 美国爱荷华州立大学的一亿像素虚拟现实小屋，这个小屋在10英尺x10英尺的范围内，云集了价值400万美元的设备，其中包括一台拥有96颗GPU的HP电脑，24个Sony的数字投影仪，一个8声道的音频系统，以及超声波动作跟踪技术。设备：虚拟的空气吉他 在弹奏虚拟吉他的时候，得先戴上一副桔色的手套，目的是便于追踪图像以

9、便电脑确定你究竟在弹奏什么。设备：VirtuSphere虚拟球 VirtuSphere虚拟球将游戏提升到了一个全新的水平，使用这个设备用户能够在一个虚拟的空间内行走。带着一个环视的头盔虚拟现实设备，玩家在球的内部朝任何一个方向走时，球体都能自由地转动。人佩带头盔显示器, 就能感受到虚拟的空间，同时还可以在虚拟空间使用一台特别操作器与物体进行交互。 设备：Powered Shoes虚拟鞋 Powered Shoes这双虚拟鞋，可以让玩家利用脚下的滚轮，在迈步向前的时候，仍然能够停留在原地。同时将玩家的动作信号，通过背部的装置传送到虚拟机器或是游戏中。而相较于一般虚拟实境的步行模拟能力，Power

10、ed Shoes最大的特色，就是真的可以让玩家感受到步行的乐趣。 3 虚拟现实应用领域与现状-应用领域规划设计军事航空航天娱乐教育医疗军事产品展示应用：城市规划和建筑设计-城市规划例如建筑设计例如应用：文物文物例如应用：生物医学仿真治疗平衡障碍例如应用：产品虚拟展示应用：模拟驾驶应用：虚拟实验室应用：虚拟实验室应用：虚拟装配维修应用：游戏游戏场景例如应用：虚拟社区Second LifeIBM in SLDELL in SLSL 介绍短片SL应用例如：汽车展示应用：教育Virtual ComputerScience City应用：增强现实教育游戏4 虚拟化：人类的未来-网络空间的起源网络空间cy

11、berspace一词，又译为电脑空间、赛博空间等，最早由加拿大科学梦想小说家吉布森William Gibson1984在?神经浪游者?Neuromancer中提出 ，本意是一种能够与人的神经系统相连接的计算机信息系统所产生的虚拟空间。吉布森 网络空间的特点一 脱离了躯体的知觉能够在其中独立存在。二 网络空间可以突破物质束缚，飞越摩天大厦、横穿网格。三 网络空间由信息构成，这使得有操纵信息能力的人拥有巨大的权力。四 进入网络空间者可能获得永生。网络空间的定义一个由计算机支持、联接和生成的多维全球网络，或虚拟实在。在这一实在中，每个计算机都是一个窗口，由此所见所闻的对象既非实在的物体，也不一定是实

12、在物体的形像。在形式上，其所涉及的符号或操作，都由数据和纯粹的信息构成。这些信息一局部源于与自然和物质世界相关的运作，而更多的那么来自维系人类的科学、艺术、商业和文化活动的巨大信息流。 -1991年，Michael Benedikt提出网络空间的定义数字信息与人类知觉的结合部，文明的基质，在其中银行交换货币信用而信息寻访者那么在虚拟空间中存储和再现的数据层中航行。网络空间的建筑物也许比实体的建筑物具有更多的维度，而且它们也许会反映出不同的实存规律。网络空间无所不在，你打 时，到自动取款机取钱时，都能体会到它的存在。电子函件在那里传送，它就像动画片?兔子罗杰?Roger Rabbit卡通城似的。 迈克尔海姆Michael Heim1993网络空间的定义斯通将网络空间视为一种社会空间，他指出： 五花八门的电子网络正在形成一种人际互动的模式，它与人们熟知的集会、通信组和罗斯福式的壁炉谈话等类似，是社会空间的一种新形式。我们不妨称之为虚拟空间一种由共识形成的想像中的交往处所。其最近的开展说明，距离、内外乃至躯体等概念都被赋予了新意涵，这种变化往往令人不安。人类的未来虚拟现实教育游戏的研究内容推荐文献网络空间、交往与身份认同EB/OL. 黄少华. 论网络空间的人际交往J.社会科学研究,