3D虚拟现实技术简介

1、3D虚拟现实技术简介 大连理工大学创新实验学院1虚拟现实实技术概况虚拟现实实（简称称VR），又称称灵境技技术，是是以沉浸浸性、交交互性和和构想性性为基本本特征的的计算机机高级人人机界面面。他综综合利用用了计算算机图形形学、仿仿真技术术、多媒媒体技术术、人工工智能技技术、计计算机网网络技术术、并行行处理技技术和多多传感器器技术，模拟人人的视觉觉、听觉觉、触觉觉等感觉觉器官功功能，使使人能够够沉浸在在计算机机生成的的虚拟境境界中，并能够够通过语语言、手手势等自自然的方方式与之之进行实实时交互互，创建建了一种种适人化化的多维维信息空空间。使使用者不不仅能够够通过虚虚拟现实实系统感感受到在在客观物物理

2、世界界中所经经历的“身临其其境”的的逼真性性，而且且能够突突破空间间、时间间以及其其他客观观限制，感受到到真实世世界中无无法亲身身经历的的体验。虚拟现实实技术虚拟现实实是在计计算机中中构造出出一个形形象逼真真的模型型。人与与该模型型可以进进行交互互，并产产生与真真实世界界中相同同的反馈馈信息，使人们们获得和和真实世世界中一一样的感感受。当人们需需要构造造当前不不存在的的环境（合理虚虚拟现）、人类类不可能能达到的的环境（夸张虚虚拟现实实）或构构造纯粹粹虚构的的环境（虚幻虚虚拟现实实）以取取代需要要耗资巨巨大的真真实环境境时，就就可以利利用虚拟拟现实技技术。虚拟现实实技术的的应用前前景十分分广阔。

3、它始于于军事和和航空航航天领域域的需求求，但近近年来，虚拟现现实技术术的应用用已大步步走进工工业、建建筑设计计、教育育培训、文化娱娱乐等方方面。它它正在改改变着我我们的生生活。虚拟现实实技术关键外设设图像显示示设备是是用于产产生立体体视觉效效果的关关键外设设，目前前常见的的产品包包括光阀阀眼镜、三维投投影仪和和头盔显显示器等等。其中高档档的头盔盔显示器器在屏蔽蔽现实世世界的同同时，提提供高分分辨率、大视场场角的虚虚拟场景景，并带带有立体体声耳机机，可以以使人产产生强烈烈的浸没没感。其他外设设主要用用于实现现与虚拟拟现实的的交互功功能，包包括数据据手套、三维鼠鼠标、运运动跟踪踪器、力力反馈装装置

4、、语语音识别别与合成成系统等等等。虚拟现实实技术关键外设设数据手套套虚拟现实实应用的的主要交交互设备备，它作作为一只只虚拟的的手或控控件用于于3DVR场景的模模拟交互互，可进进行物体体抓取、移动、装配、操纵、控制，有有线线和无线线、左手手和右手手之分，可用于于WTK、Vega等3DVR或视景仿仿真软件件环境中中。虚拟现实实技术关键外设设三维空间间交互球球虚拟现实实应用中中的另一一重要的的交互设设备，用用于六个个自由度度VR场景的模模拟交互互，可从从不同的的角度和和方位对对三维物物体观察察、浏览览、操纵纵；也可可作为3DMouse来使用；并可与与数据手手套或立立体眼镜镜结合使使用，作作为跟踪踪定

5、位器器。也可可单独用用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。虚拟现实实技术关键外设设运动跟踪踪器三维空间间跟踪定定位器是是VR系统中用用于空间间跟踪定定位的装装置，一一般与其其他VR设备结合合使用，如：数数据头盔盔、立体体眼镜、数据手手套等，使参与与者在空空间上能能够自由由移动、旋转，不局限限于固定定的空间间位置，操作更更加灵活活、自如如、随意意。产品品有六个个自由度度和三个个自由之之度。虚拟现实实技术关键外设设力反馈装装置力反馈器器是VR研究中的的一种重重要的设设备，该该设备能能使参与与者实现现虚拟环环境中除除视觉、听觉之之外的第第三感觉觉触觉和力力感，进进一步增增强虚拟拟环境的的交互性性

6、，从而而真正体体会到虚虚拟世界界中的交交互真实实感，该该设备广广泛应用用于虚拟拟医疗、虚拟装装配等诸诸多领域域。虚拟现实实技术关键外设设三维模型型数字化化仪又称三维维扫描仪仪或三维维数字化化仪，是是一种先先进的三三维模型型建立设设备，该该设备利利用CCD成像、激激光扫描描等手段段实现物物体模型型的取样样，同时时通过配配套的矢矢量华软软件对三三维模型型数据进进行数字字化，从从而实现现计算机机系统对对数字模模型的控控制。特别适合合于建立立一些不不规则三三维物体体模型的的工作中中，如人人体器官官和骨骼骼模型的的建立、出土的的三千年年前文物物三维数数字模型型的建立立等等，在医疗疗、动植植物研究究、文物

7、物保护等等VR应用领域域有广阔阔的应用用前景。虚拟现实实技术关键外设设立体显示示器立体显示示器摆脱脱以往技技术需求求，不需需要任何何编程开开发，只只要您有有三维模模型，就就可以实实现三维维模型的的立体显显示，只只要用肉肉眼即观观察到突突出的立立体显示示效果，不需要要带任何何立体眼眼镜设备备；同时时，它也也可以实实现视频频图像（如立体体电影）的立体体显示和和立体观观察，同同样也无无须戴任任何立体体眼镜。虚拟现实实技术案案例广西容县县明代风风情商业业街规划划卢浮宫室内设计计 二层层豪华别别墅虚拟现实实技术虚拟与现现实两词词具有相相互矛盾盾的含义义，把这这两个词词放在一一起，似似乎没有有意义，但是科

8、科学技术术的发展展却赋予予了它新新的含义义。虚拟现实实的明确确定义不不太好说说，按最最早提出出虚拟现现实概念念的学者者J.Laniar的说法，虚拟现现实，又又称假想想现实，意味着着“用电电子计算算机合成成的人工工世界”。可以清楚楚地看到到，这个个领域与与计算机机有着不不可分离离的密切切关系，信息科科学是合合成虚拟拟现实的的基本前前提。虚拟现实实技术生成虚拟拟现实需需要解决决以下三三个主要要问题：以假乱乱真的存存在技术术。即，怎样合合成对观观察者的的感官器器官来说说与实际际存在相相一致的的输入信信息，也也就是如如何可以以产生与与现实环环境一样样的视觉觉，触觉觉，嗅觉觉等。相互作作用。观观察者怎怎

9、样积极极和能动动地操作作虚拟现现实，以以实现不不同的视视点景象象和更高高层次的的感觉信信息。实实际上也也就是怎怎么可以以看得更更像，听听得更真真等等。自律性性现实。感觉者者如何在在不意识识到自己己动作、行为的的条件下下得到栩栩栩如生生的现实实感。在在这里，观察者者、传感感器、计计算机仿仿真系统统与显示示系统构构成了一一个相互互作用的的闭环流流程。虚拟现实实技术关键技术术和研究究内容1、环境建建模技术术即虚拟环环境的建建立，目目的是获获取实际际三维环环境的三三维数据据，并根根据应用用的需要要，利用用获取的的三维数数据建立立相应的的虚拟环环境模型型。2、立体声声合成和和立体显显示技术术在虚拟现现实

10、系统统中消除除声音的的方向与与用户头头部运动动的相关关性，同同时在复复杂的场场景中实实时生成成立体图图形。3、触觉反反馈技术术在虚拟现现实系统统中让用用户能够够直接操操作虚拟拟物体并并感觉到到虚拟物物体的反反作用力力，从而而产生身身临其境境的感觉觉。虚拟现实实技术关键技术术和研究究内容4、交互技技术虚拟现实实中的人人机交互互远远超超出了键键盘和鼠鼠标的传传统模式式，利用用数字头头盔、数数字手套套等复杂杂的传感感器设备备，三维维交互技技术与语语音识别别、语音音输入技技术成为为重要的的人机交交互手段段。5、系统集集成技术术由于虚拟拟现实系系统中包包括大量量的感知知信息和和模型，因此系系统的集集成技

11、术术为重中中之重：包括信信息同步步技术、模型标标定技术术、数据据转换技技术、识识别和合合成技术术等等。虚拟现实实技术在虚拟现现实中和和通常图图像显示示不同的的是：1.要求显示示的图像像要随观观察者眼眼睛位置置的变化化而变化化。2.要求能快快速生成成图像以以获和实实时感。例如，制作动动画时不不要求实实时，为为了保证证质量每每幅画面面需要多多长时间间生成不不受限制制。而虚虚拟现实实时生成成的画面面通常为为30帧/秒。有有了这样样的图像像生成能能力，再再配以适适当的音音响效果果，就可可以使人人有身临临其境的的感受。虚拟现实实技术的的发展和和应用早在20世纪70年代便开开始将虚虚拟现实实用于培培训宇航

12、航员。由由于这是是一种省省钱、安安全、有有效的的培训方方法，现现在已被被推广到到各行各各业的培培训中。目前，虚拟现现实已被被推广到到不同领领域中，得到广广泛应用用。虚拟现实实技术的的发展和和应用在科技开开发上，虚拟现现实可缩缩短开发发周期，减少费费用。例例如克莱莱斯勒公公司1998年初便利利用虚拟拟现实技技术，在在设计某某两种新新型车上上取得突突破，首首次使设设计的新新车直接接从计算算机屏幕幕投入生生产线，也就是是说完全全省略了了中间的的试生产产。由于利用用了卓越越的虚拟拟现实技技术，使使克莱斯斯勒避免免了1500项设计差差错，节节约了8个月的开开发时间间和8000万美元费费用。利利用虚拟拟现

13、实技技术还可可以进行行汽车冲冲撞试验验，不必必使用真真的汽车车便可显显示出不不同条件件下的冲冲撞后果果。虚拟现实实技术的的发展和和应用商业上，虚拟现现实常被被用于推推销。例如建筑筑工程投投标时，把设计计的方案案用虚拟拟现实技技术表现现出来，便可把把业主带带入未来来的建筑筑物里参参观，如如门的高高度、窗窗户朝向向、采光光多少、屋内装装饰等，都可以以感同身身受。它同样可可用于旅旅游景点点以及功功能众多多、用途途多样的的商品推推销。用虚拟现现实技术术展现这这类商品品的魅力力，比单单用文字字或图片片宣传更更加有吸吸引力。虚拟现实实技术的的发展和和应用医疗上虚拟现实实应用大大致上有有两类：一是虚拟拟人体

14、，也就是是数字化化人体，这样的的人体模模型医生生更容易易了解人人体的构构造和功功能另一是虚虚拟手术术系统，可用于于指导手手术的进进行。虚拟现实实技术的的发展和和应用军事上，利用虚虚拟现实实技术模模拟战争争过程已已成为最最先进的的多快好好省的研研究战争争、培训训指挥员员的方法法。也是是由于虚虚拟现实实技术达达到很高高水平，所以尽尽管不进进行核试试验，也也能不断断改进核核武器。战争实实验室在在检验预预定方案案用于实实战方面面也能起起巨大作作用。1991年海湾战战争开始始前，美美军便把把海湾地地区各种种自然环环境和伊伊拉克军军队的各各种数据据输入计计算机内内，进行行各种作作战方案案模拟后后才定下下初

15、步作作战方案案。后来来实际作作战的发发展和模模拟实验验结果相相当一致致。虚拟现实实技术的的发展和和应用娱乐上，应用是是虚拟现现实最广广阔的用用途。英英国出售售的一种种滑雪模模拟器。使用者者身穿滑滑雪服、脚踩滑滑雪板、手拄滑滑雪棍、头上载载着头盔盔显示器器，手脚脚上都装装着传感感器。虽虽然在斗斗室里，只要做做着各种种各样的的滑雪动动作，便便可通过过头盔式式显示器器，看到到堆满皑皑皑白雪雪的高山山、峡谷谷、悬崖崖陡壁，一一从从身边掠掠过，其其情景就就和在滑滑雪场里里进行真真的滑雪雪所感觉觉的一样样。虚拟现实实技术的的发展和和应用虚拟现实实技术不不仅创造造出虚拟拟场景，而且还还创造出出虚拟主主持人、虚拟歌歌星、虚虚拟演员员。日本电视视台推出出的歌星星DiKi，不仅歌歌声迷人人而且风风采翩翩翩，引得得无数歌歌迷纷纷纷倾倒，许多追追星族欲欲亲睹其其芳容，迫使电电视台只只好说明明她不过过是虚拟拟的歌星星。美国迪斯斯尼公司司还准备备推出虚虚拟演员员。这将将使“演演员”艺艺术青春春常在、活力永永存。明星片酬酬走向天天价是导导致使用用虚拟演演员的另另一个原原因。虚虚拟演员员成为电电影主角角后，电电影