虚拟现实技术概述 3

虚拟现实技术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技术的沉浸感感又称临临场感感，指指用户户感到到作为为主角角存在在于虚虚拟环环境中中的真真实程程度，，是VR技术最最主要要的特特征。。影响沉沉浸感感的主主要因因素包包括多多感知知性、、自主主性、、三维维图像像中的的深度度信息息、画画面的的视野野、实实现跟跟踪的的时间间或空空间响响应及及交互互设备备的约约束程程度等等。。3.3、VR技术的想象力力指用户户在虚虚拟世世界中中根据据所获获取的的多种种信息息和自自身在在系统统中的的行为为，通通过逻逻辑判判断、、推理理和联联想等等思维维过程程，随随着系系统的的运行行状态态变化化而对对其未未来进进展进进行想想象的的能力力。对适当当的应应用对对象加加上虚虚拟现现实的的创意意和想想象力力，可可以大大幅度度提高高生产产效率率、减减轻劳劳动强强度、、提高高产品品开发发质量量。分类四、虚拟现现实系系统的的分类类桌面式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、桌面面式VR系统使用个个人计计算机机和低低级工工作站站来产产生三三维空空间的的交互互场景景。用户会会受到到周围围现实实环境境的干干扰而而不能能获得得完全全的沉沉浸感感，但但由于于其成成本相相对较较低桌桌面式式VR系统仍仍然比比较普普及。。4.2、沉浸式式VR系统利用头头盔显显示器器、洞洞穴式式显示示设备备和数数据手手套等等交互互设备备把用用户的的视觉觉、听听觉和和其他他感觉觉封闭闭起来来，而而使用用户真真正成成为VR系统内内部的的一个个参与与者，，产生生一种种身临临其境境、全全心投投入并并沉浸浸其中中的体体验。。与桌面面式VR系统相相比，，沉浸浸式VR系统的的主要要特点点在于于高度度的实实时性性和沉沉浸感感。4.3、增强式式VR系统允许用用户对对现实实世界界进行行观察察的同同时，，将虚虚拟图图像叠叠加在在真实实物理理对象象之上上。为用户户提供供与所所看到到的真真实环环境有有关的的、存存储在在计算算机中中的信信息，，从而而增强强用户户对真真实环环境的的感受受，又又被称称为叠叠加式式或补补充现现实式式VR系统。。可以使使用光光学技技术或或视频频技术术实现现。4.4、分布式式VR系统指基于于网络络构建建的虚虚拟环环境，，将位位于不不同物物理位位置的的多个个用户户或多多个虚虚拟环环境通通过网网络相相连接接并共共享信信息，，从而而使用用户的的协同同工作作达到到一个个更高高的境境界。。主要被被应用用于远远程虚虚拟会会议、、虚拟拟医学学会诊诊、多多人网网络游游戏、、虚拟拟战争争演习习等领领域。。五、虚拟现现实技技术的的应用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技术被被逐步步应用用于网网上销销售、、客户户服务务、电电传会会议及及虚拟拟购物物中心心等商商业领领域。。它可可以使使客户户在购购买前前先看看到产产品的的外貌貌与内内在，，甚至至在虚虚拟世世界中中使用用它，，因此此对产产品的的推广广和销销售都都很有有帮助助。5.1、商业领领域科学可可视化化的功功能就就是将将大量量字母母、数数字数数据转转换成成比原原始数数据更更容易易理解解的各各种图图像，，并允允许参参与者者借助助各种种虚拟拟现实实输入入设备备检查查这些些“可可见的的”数数据。。它通常常被用用于建建立分分子结结构、、地震震以及及地球球环境境等模模型。。、5.2、科学计计算可可视化化5.3、教育与与训练练虚拟现现实技技术能能使学学习者者能直直接、、自然然地与与虚拟拟对象象进行行交互互，以以各种种形式式参与与事件件的发发展变变化过过程，，并获获得最最大的的控制制和操操作整整个环环境的的自由由度。。1、仿真真教学学与实实验2、特殊殊教育育3、多种种专业业训练练4、应急急演练练和军军事演演习虚拟现现实已已被看看作是是设计计领域域中唯唯一的的开发发工具具。它它可以以避免免传统统方式式在原原型制制造、、设计计和生生产过过程中中的重重复工工作，，有效效的降降低成成本，，应用用领域域包括括汽车车制造造业、、城市市规划划、建建筑设设计等等。5.4、设计计与规规划VR技术所所具有有的身身临其其境感感及实实时交交互性性还能能将静静态的的艺术术（如如油画画、雕雕刻等等）转转化为为动态态的形形式，，使观观赏者者更好好地欣欣赏作作者的的思想想艺术术，包包括虚虚拟画画廊、、虚拟拟音乐乐厅、、文物物保护护等方方面。。娱乐是是VR系统的的另一一个重重要应应用领领域，，市场场上已已经推推出了了多款款VR环境下下的电电脑游游戏，，带给给游戏戏者强强烈的的感官官刺激激。5.5、艺术与与娱乐乐六、虚拟现现实技技术的的研究究现状状国外的研究究现状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、虚拟现现实技技术的的研究究现状状我国从从20世纪纪80年代代起开开始研研究VR技技术。。虽然然起步步较晚晚，但但近年年来政政府有有关部部门非非常重重视，，制定定了开开展VR技技术的的研究究计划划，并并将其其列入入国家家重点点研究究项目目。国国内的的一些些科学学家和和重点点院校校也已已积极极投入入了对对这一一领域域的研研究。。六、虚拟现现实技技术的的研究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