01-虚拟现实概论78

1、虚拟现实 杨 刚yanggang18:04S.2内容目录录虚拟现实概念念与分析析虚拟世界界的构建建与VR引擎基于图像像的VR技术虚拟现实的接接口设备虚拟现实实的应用用模式虚拟现实实相关的的图形技技术增强现实实/混合现实实技术介介绍总结与思思考“虚”与与“实”昔者庄周周梦为蝴蝴蝶，栩栩然蝴蝴蝶也，自喻适志与！不知周周也。俄然觉，则蘧蘧蘧然周也。不知知周之梦梦为蝴蝶与，蝴蝴蝶之梦梦为周与？庄子齐物论“I think thereforeI am”柏拉图：真正的的世界只只是存在在于我们们的想象象中。笛卡尔：我思故故我在！佛陀：一切有为为法，如如梦幻泡泡影，如如露亦如如电，应应作如是观观记忆裂痕痕虚拟偶

2、像像（SIMONE，又名虚虚拟情人人、西蒙蒙妮）1511”、2200”、37逃出克隆隆岛（TheIsland）时空悍将将（Virtuosity）异次元骇骇客（TheThirteenthFloor，又名十三阶阶梯、十十三度空空间）黑客帝国国盗梦空间间虚拟现实实（Virtual Reality）就是研研究一种种计算机机技术，把人们想象中中的东西西转化为为一种虚虚拟境界和和虚拟存存在，而这种种虚拟境境界和虚虚拟存在在对我们的感感觉器官官就象真真的客观观存在一一样。S.7虚拟现实实的终极极目标黑客帝国国黑客帝国国影片片片段S.8黑客帝国国来自http:/ Reality1989年由美国国Jaron.L

3、anier发明出来来的一个个词灵境、幻幻境、赛赛伯空间、虚虚拟现实实虚拟现实实（Virtual Reality）虚拟的现现实虚拟化现现实18:04S.12虚拟现实实系统中中的“现现实”（即所虚虚拟的环环境）大大致可分分为三种种情况：第一种：模仿真实世世界中的的环境。18:04S.13第二种：人类主观虚构的的环境。魔兽世界界场景18:04S.14第三种：模仿真实世世界中的的人类不不可见的的环境。一个蛋白白质分子子的示例例18:04S.15虚拟现实实的概念念虚拟现实实是计算算机生成成的给人人多种感官官刺激的虚拟环环境。用用户应该该能够以自然的的方式与与这个环环境交互互，从而产产生置身身于相应应的真

4、实实环境中中的虚幻幻感，沉浸感，身临其其境的感觉18:04S.16虚拟现实实的特点点1.多感知性性(Multi-Sensory)计算机生生成一个个给人多多种感官官刺激的的虚拟环环境：视视觉感知知、听觉觉感知、力觉感感知、触触觉感知知、运动动感知、甚至包包括味觉觉感知、嗅觉感感知等2.交互性(Interaction)指人能以以自然方方式与虚虚拟世界界进行交交互操作作专用交互互设备，如数据据手套、跟踪器器、触觉觉和力反反馈装置置3.沉浸感（Immersion,存在感、临场感感）它是指虚虚拟现实实系统对对介入者者的刺激激在物理理上和认认知上符符合人的的已有经经验，从从而使介介入者感感到自己己作为主主

5、角存在在于模拟拟环境中中的真实实程度虚拟现实实的特点点-另一种说说法3 I特性交互性（Interaction）沉浸感（Immersion）构想性（Imagination）18:04S.17虚拟现实实概念辨辨析虚拟现实实与三维维漫游虚拟现实实与三维维游戏虚拟现实实与景观观动画虚拟现实实与计算算机图形形学18:04S.1818:04S.19虚拟现实应用用目标的的变化虚拟现实实是计算算机生成成的给人人多种感官官刺激的虚拟环环境。用用户应该该能够以自然的的方式与与这个环环境交互互，从而产产生置身身于相应应的真实实环境中中的虚幻幻感，沉浸感，身临其其境的感感觉应用需求求使VR的应用重重点进行行了多种种变

6、化强调自然然交互产产生的应应用-如Kinect诸多应用用不再强调调沉浸感感，而强强调信息息提供-增强现实实18:04S.20虚拟现实概念与分分析什么是虚虚拟现实实虚拟现实实的三个个特点虚拟现实实的终极极目标为什么需需要虚拟拟现实虚拟现实实的概念念辨析虚拟现实实应用目目标的变变化虚拟现实实的发展展历史与与演变虚拟现实实概念的的进一步步总结虚拟现实的概念性性体系结结构虚拟现实实的发展展历史与与演变萌芽与诞诞生（60年代-80年代末）军事与航航天的推推动（70年代-80年代）渐入民间间-游戏、娱娱乐、模模拟应用用的刺激激(90年代)VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）VR应用的大

7、大众化与与多元化化（21世纪）世博会、春晚、文化创创意产业业、3D电影人机交互互、增强强现实头盔的重重生（2013-今）18:04S.2118:04S.22萌芽与诞诞生（60年代-80年代末）萌芽1929年，EdwinA.Link发明了飞飞行模拟拟器，使使乘坐者者的感觉觉和坐在在真的飞飞机上是是一样的的。1956年，MortonHeileg开发了一一个叫做做Sensorama(传感景院院）的摩摩托车仿仿真器。1962年，MortonHeileg申请了专专利“全传感仿仿真器”。该专利蕴蕴涵了虚拟现现实技术术的思想想。1962年，美国国电影摄摄影师MortonHeilig研制的Sensorama的

8、立体电电影系统统诞生1966年，美国国MIT林肯实验验室研制制出了第第一个头头盔式显显示器(Helmet MountedDisplay即HMD)1968年，Sutherlan在哈佛大大学的组组织下开开发了头头盔式立立体显示示器及一一个虚拟拟系统，可称得得上是第第一个虚虚拟现实实系统。18:04S.2418:04S.25虚拟现实实系统诞生1987年，科学的美美国人(“Scientific American”)上发表了了一篇题题为先进进的计算算机界面面（Interfaces forAdvancedComputing）一文；该杂志志还发表表了一篇篇报导数数据手套套的文章章基于从60年代以来来所取得得

9、的一系系列成就就，美国国的JaronLanier在80年代正式式提出了了“Virtual Reality”一词。18:04S.2618:04S.27军事与航航天的推推动（70年代-80年代）70年代和80年代早期期，美国国军方开开展“飞飞行头盔盔”和军军事现代代仿真器器的研究究1983年美国DARPA(Defense Advenced Research Projects Agency)和美国陆陆军共同同为坦克克编队作作战训练练开发了了一个实实用的虚虚拟战场场系统SIMNET。SIMNET18:04S.2818:04S.29军事与航航天的推推动（70年代-80年代）70年代和80年代早期期，美国

10、国军方开开展“飞飞行头盔盔”和军军事现代代仿真器器的研究究1983年美国DARPA(Defense Advenced Research Projects Agency)和美国陆陆军共同同为坦克克编队作作战训练练开发了了一个实实用的虚虚拟战场场系统SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇宇航局）研制成成功具有有现代虚虚拟现实实系统雏雏形的VIVED系统1988年NASA研究完成成VIEW系统NASA研制的VIVED和VIEW系统18:04S.30渐入民间间-游戏、娱娱乐、模模拟应用用的刺激激（90年代）3D游戏主

11、题公园园、游乐乐场三维场景景漫游/三维产品品展示飞行、航航海、医医学等的的模拟训训练18:04S.311990年最早出出现的两两款3D游戏18:04S.321995年18:04S.33毁灭战士士1&2（Doom 1&2）2004年Doom3的阴影18:04S.342011年，Crysis218:04S.352013Unreal418:04Infiltrator视频主题公园园、游乐乐场4D影院18:04S.374D影院演示示24D影院演示示1虚拟高尔尔夫球场场18:04S.38三维场景景漫游/三维产品品展示虚拟博物物馆虚拟校园园房地产展展示产品展示示18:04S.3918:04S.40飞行训练练

12、飞行、航航海驾驶驶模拟航海模拟拟器18:04S.41医学模拟拟、仿真真18:04S.42演示: medicien.mpg渐入民间间-软硬件技技术的发发展显卡的出出现与飞飞速发展展计算机图图形基础础算法的的发展游戏引擎擎、虚拟拟现实平平台软件件的研发发18:04S.43虚拟现实实的发展展历史与与演变萌芽与诞诞生（60年代-80年代末）军事与航航天的推推动（70年代-80年代）渐入民间间-游戏、娱娱乐、模模拟应用用的刺激激(90年代)VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）VR应用的大大众化与与多元化化（21世纪）世博会、春晚、文化创创意产业业、3D电影人机交互互、增强强现实头盔的

13、重重生（2013-今）18:04S.44VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）18:04S.4518:04SecondLifehttp:/GoogleLively18:04S.47VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）2006-2007年随secondlife的被报道道而繁荣荣国内出现现很多类类似产品品局面迟迟迟无法打打开，大大都面临临破产原因分析析技术问题题无法找到到盈利模模式18:04S.48VR应用的大大众化与与多元化化（21世纪）多媒体创创意展示示奥运、世世博、春春晚3D电影阿凡达18:04S.49清明上河河图-水晶石公公司制作作18:04S.50多

14、媒体创创意展示示虚拟现实实艺术虚拟现实实与数字字媒体、文化创创意紧密密结合起起来国家政策策的显著著影响18:04S.51VR应用的大大众化与与多元化（21世纪）适当放宽宽对沉浸浸感的追追求，而而重视用用户体验验创意展示示、体验验人机交互互- Kinect,IPhone增强现实实18:04S.52增强现实实18:04S.53google眼镜与微微软Hololens18:04S.54GoogleglassHololensGoogle眼镜演示示虚拟现实实的发展展历史与与演变萌芽与诞诞生（60年代-80年代末）军事与航航天的推推动（70年代-80年代）渐入民间间-游戏、娱娱乐、模模拟应用用的刺激激(9

15、0年代)VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）VR应用的大大众化与与多元化化（21世纪）世博会、春晚、文化创创意产业业、3D电影人机交互互、增强强现实头盔的重重生（2013-今）18:04S.55头盔的重重生2013.4，OculusRift头盔推出出2014.3，Sony公司公布布了Morpheus头盔计划划，预计计2016年第2季度发布布Valve和HTC宣布，HTCVive将于2015年底发布布2014.7，GoogleCardboard2014.12，三星发发售GearVR国内出现现了大量量跟进：暴风魔魔镜、3 glasses、蚁视、印象派派等等Googleglass

16、es(2012.4-2015.1)微软的HoloLens(2015.1.22)18:04S.56-沉浸式虚虚拟现实实的重生生！？虚拟现实实的发展展历史与与演变萌芽与诞诞生（60年代-80年代末）军事与航航天的推推动（70年代-80年代）渐入民间间-游戏、娱娱乐、模模拟应用用的刺激激(90年代)VR在Internet上的兴衰衰（90年代中-21世纪）VR应用的大大众化与与多元化化（21世纪）世博会、春晚、文化创创意产业业、3D电影人机交互互、增强强现实头盔的重重生（2013-今）18:04S.57虚拟现实实概念的的进一步步总结有很深的的哲学渊渊源是一种理理念新的应用用模式不不断产生生，应用用热点

17、在在不断发发生变化化是多学科科的融合合18:04S.5818:04S.59虚拟现实实及其相相关学科科虚拟现实实计算机图图形学自动化控控制计算机视视觉模式识别别科学计算算可视化化数字图像像处理人机交互互生理学、心理学学等输入/输出设备备人工智能能计算机网网络虚拟现实实概念的的变化科学意义义上的纯纯粹的概概念：虚拟现实实是计算算机生成成的给人人多种感官官刺激的虚拟环环境。用用户应该该能够以自然的的方式与与这个环环境交互互，从而产产生置身身于相应应的真实实环境中中的虚幻幻感，沉浸感，身临其其境的感感觉应用意义义上的概概念利用计算算机及各各种传感感设备构构造一种种信息环环境，人人能够高高效、自自然地对

18、对此信息息环境进进行感知知、交互互，产生生沉浸感感或达到到某种信信息传达达的目的的。18:04S.60虚拟现实实概念的的分析应用意义义上的概概念利用计算算机及各各种传感感设备构构造一种种信息环环境，人人能够高高效、自自然地对对此信息息环境进进行感知知、交互互，产生生沉浸感感或达到到某种信信息传达达的目的的。虚拟现实实（Virtual Reality）虚拟的现现实虚拟化现现实虚拟与现现实18:04S.6118:04S.62第一章虚虚拟拟现实概念与分分析什么是虚虚拟现实实虚拟现实实的三个个特点虚拟现实实的终极极目标为什么需需要虚拟拟现实虚拟现实实的概念念辨析虚拟现实实应用目目标的变变化虚拟现实实的

19、发展展历史与与演变虚拟现实实概念的的进一步步总结虚拟现实实概念性性系统的的组成18:04S.63虚拟现实概念系系统的组成成18:04S.64虚拟现实概念系系统的组成成介入者（人）虚拟世界界生成设设备-VR的计算机机系统VR的人机接接口感知设备备：给介介入者提提供感知知信号跟踪设备备：探测测（接受受）介入入者的反反应动作作虚拟世界介入者（人）感知设备跟踪设备人机接口感官刺激信号反应动作18:04S.65虚拟世界界生成设设备硬件计算机软件操作系统统；虚拟拟现实引引擎；建模软件网络分布式交交互仿真真已经成成为现代代仿真技技术，特特别是军军事仿真真的潮流流。通讯讯网络可可以把VE转换成共共享的分分布式计计算环境境。18:04S.66虚拟现实概念系系统的组成成虚拟世界介入者（人）感知设备跟踪设备人机接口感官刺激信号反应动作18:04S.67VR的人机接接口VR的人机接接口有两两个作用用：给人提供环境感感知信息-感知设备机器人跟踪、探测测人的动作和响响应-跟踪设备备人机器眼、耳、鼻、舌舌、身、意根据实验验心理学学家统计计，人类类获取的的信息83%来自视觉觉，11%来自听觉觉，这两两个加起起来有94%。还有3.5%来自嗅觉觉，1.5%来自触觉觉，1%来自味觉觉18:04S.68感知设备备视觉感知知设备种类繁多多18:04S.69视觉感知知设备CA