虚拟现实技术8

虚拟现实技术王晨光2015-05-18概念目录分类应用领域研究现状特征发展史一、虚拟现实技术的发展史1929年，EdwardLink设计出用于训练飞行员的模拟器。1956年，MortonHeilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama。一、虚拟现实技术的发展史1965年，IvanSutherland发表论文“UltimateDisplay”（终极的显示）1968年，IvanSutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HeadMountedDisplay，HMD）一、虚拟现实技术的发展史1972年，NolanBushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong；1977年，DanSandin、TomDeFanti和RichSayre研制出第一个数据手套——SayreGlove；1984年，NASAAmes研究中心的M.McGreevy和J.Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，JimHumphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型；一、虚拟现实技术的发展史1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD命名为“EyePhones”。进入21世纪，VR技术进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善。如MultiGenVega、OpenSceneGraph二、虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR技术，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。典型的VR系统主要由计算机软、硬件系统（包括VR软件和VR环境数据库）和VR输入、输出设备等组成。二、虚拟现实技术的概念三、虚拟现实技术的特征I3VR技术三角形交互性Interactivity沉浸感Immersion想象力Imagination3.1、VR技术的交互性指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等技能，如同在真实世界中一样操作虚拟环境中的对象。3.2、VR技术的沉浸感又称临场感感，指用户户感到作为为主角存在在于虚拟环环境中的真真实程度，，是VR技术最主要要的特征。。影响沉浸感感的主要因因素包括多多感知性、、自主性、、三维图像像中的深度度信息、画画面的视野野、实现跟跟踪的时间间或空间响响应及交互互设备的约约束程度等等。3.3、VR技术的想象力指用户在虚虚拟世界中中根据所获获取的多种种信息和自自身在系统统中的行为为，通过逻逻辑判断、、推理和联联想等思维维过程，随随着系统的的运行状态态变化而对对其未来进进展进行想想象的能力力。对适当的应应用对象加加上虚拟现现实的创意意和想象力力，可以大大幅度提高高生产效率率、减轻劳劳动强度、、提高产品品开发质量量。分类四、虚拟现实系系统的分类类桌面式VR系统DesktopVR沉浸式VR系统ImmersiveVR增强式VR系统AugmentedVR分布式VR系统DistributedVR4.1、桌面式VR系统使用个人计计算机和低低级工作站站来产生三三维空间的的交互场景景。用户会受到到周围现实实环境的干干扰而不能能获得完全全的沉浸感感，但由于于其成本相相对较低桌桌面式VR系统仍然比比较普及。。4.2、沉浸式VR系统利用头盔显显示器、洞洞穴式显示示设备和数数据手套等等交互设备备把用户的的视觉、听听觉和其他他感觉封闭闭起来，而而使用户真真正成为VR系统内部的的一个参与与者，产生生一种身临临其境、全全心投入并并沉浸其中中的体验。。与桌面式VR系统相比，，沉浸式VR系统的主要要特点在于于高度的实实时性和沉沉浸感。4.3、增强式VR系统允许用户对对现实世界界进行观察察的同时，，将虚拟图图像叠加在在真实物理理对象之上上。为用户提供供与所看到到的真实环环境有关的的、存储在在计算机中中的信息，，从而增强强用户对真真实环境的的感受，又又被称为叠叠加式或补补充现实式式VR系统统。。可以以使使用用光光学学技技术术或或视视频频技技术术实实现现。。4.4、分布布式式VR系统统指基基于于网网络络构构建建的的虚虚拟拟环环境境，，将将位位于于不不同同物物理理位位置置的的多多个个用用户户或或多多个个虚虚拟拟环环境境通通过过网网络络相相连连接接并并共共享享信信息息，，从从而而使使用用户户的的协协同同工工作作达达到到一一个个更更高高的的境境界界。。主要被应用于于远程虚拟会会议、虚拟医医学会诊、多多人网络游戏戏、虚拟战争争演习等领域域。五、虚拟现实技术术的应用领域域教育与训练设计与规划科学计算可视化商业领域艺术与娱乐VR技术被逐步应应用于网上销销售、客户服服务、电传会会议及虚拟购购物中心等商商业领域。它它可以使客户户在购买前先先看到产品的的外貌与内在在，甚至在虚虚拟世界中使使用它，因此此对产品的推推广和销售都都很有帮助。。5.1、商业领域科学可视化的的功能就是将将大量字母、、数字数据转转换成比原始始数据更容易易理解的各种种图像，并允允许参与者借借助各种虚拟拟现实输入设设备检查这些些“可见的””数据。它通常被用于于建立分子结结构、地震以以及地球环境境等模型。、、5.2、科学计算可视视化5.3、教育与训练虚拟现实技术术能使学习者者能直接、自自然地与虚拟拟对象进行交交互，以各种种形式参与事事件的发展变变化过程，并并获得最大的的控制和操作作整个环境的的自由度。1、仿真教学与与实验2、特殊教育3、多种专业训训练4、应急演练和和军事演习虚拟现实已被被看作是设计计领域中唯一一的开发工具具。它可以避避免传统方式式在原型制造造、设计和生生产过程中的的重复工作，，有效的降低低成本，应用用领域包括汽汽车制造业、、城市规划、、建筑设计等等。5.4、设计与规划划VR技术所具有的的身临其境感感及实时交互互性还能将静静态的艺术（（如油画、雕雕刻等）转化化为动态的形形式，使观赏赏者更好地欣欣赏作者的思思想艺术，包包括虚拟画廊廊、虚拟音乐乐厅、文物保保护等方面。。娱乐是VR系统的另一个个重要应用领领域，市场上上已经推出了了多款VR环境下的电脑脑游戏，带给给游戏者强烈烈的感官刺激激。5.5、艺术与娱乐六、虚拟现实技术术的研究现状状国外的研究现状美国是虚拟现实技术的发源地，有美国宇航局（NASA）、麻省理工学院（MIT）媒体实验室、华盛顿大学人机界面技术实验室（HITLab）等许多知名的研究机构。美国在虚拟现实领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。英国主要有四个从事VR技术研究的中心，包括Windustries公司、BritishAerospace公司、DimensionInternational公司、DivisonLTD公司等。日本主要致力于建立大规模VR知识库和人机接口方面的研究项目上，在VR游戏方面的研究也处于领先地位。六、虚拟现实技术术的研究现状状我国从20世世纪80年代代起开始研究究VR技术。。虽然起步较较晚，但近年年来政府有关关部门非常重重视，制定了了开展VR技技术的研究计计划，并将其其列入国家重重点研究项目目。国内的一一些科学家和和重点院校也也已积极投入入了对这一领领域的研究。。六、虚拟现实技术术的研究现状状北京航空航天大学是国内最早进行VR技术研究、最有权威的单位之一。于2000年8月成立虚拟现实新技术教育部重点实验室。清华大学对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量研究，比如球