《数字技能基础》 课件 5-2 身临其境的虚拟现实技术

《数字技能基础》TheDigitalCompetenceForOurStudents职业教育通识课程第五章数字技能之拓展模块改变世界的人工智能技术身临其境的虚拟现实技术渗入生活的物联网技术决策分析之大数据技术01知识讲解02学习目标03操作演示和体验04作业和预习小节目录身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实技术(英文名称：VirtualReality，缩写为VR)，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术，虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解浙江机电职业技术学院虚拟现实技术应用专业招生宣传片2020身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解定义：虚拟现实是一种可创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，其利用高性能计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真。虚拟现实具有浸沉感、交互性和构想性三大特点，已广泛应用于娱乐、教育、设计、医学、军事等多个领域。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实(VirtualReality)：简称VR技术，也称人工环境。利用电脑或其他智能计算设备模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般。增强现实技术（AugmentedReality）：简称AR，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。二者的区别：VR看到的场景和人物全是假的，是把你的意识带入一个虚拟世界。AR看到的场景和人物一半是真，一半假，是把虚拟的信息带入到现实世界中。一个通俗的解释是VR梦里见鬼，AR是白天见鬼。虚拟现实技术的基本概念身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的3个特征是：

沉浸感（Immersion）交互性（Interaction）想象力（Imagination）沉浸感（Immersion）：又称临场感，沉浸感是虚拟现实最终实现的目标，其他两者是实现这一目标的基础，三者之间是过程和结果的关系虚拟现实技术的特征只需像在现实中那样伸出手来，就可以和游戏世界的物体互动。除了VR眼镜外不需要额外配件，沉浸感更强。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解交互性(Interaction)：虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用计算机键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。想像力(Imagination)：由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。虚拟现实的四要素包括：

虚拟世界、沉浸（身体和精神沉浸）、感觉反馈和交互性。虚拟现实技术的基本概念身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的组成：系统基本组成主要包括观察者、传感器、效果产生器及实景仿真器。效果产生器（EffectsGenerator）完成人与虚拟境界硬件交互的接口装置，包括能产生沉浸感的各类输出装置，以及能测定视线方向和手指动作的输入装置。实景仿真器（VisualEmulator）是虚拟现实系统的核心部分，是VR的引擎，由计算机软件、硬件系统、软件配套硬件（如图形加速卡和声卡等）组成，接收（发出）效果产生器所产生（接受）的信号。应用系统（Application）是面向具体问题的软件部分，用以描述仿真的具体内容，包括仿真的动态逻辑、结构及仿真对象之间和仿真对象与用户之间的交互关系。几何构造系统（GeometricalStructuralSystem）提供了描述仿真对象的物理特性（外形、颜色、位置）的信息。虚拟现实技术的基本概念身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实主要基于以下几种技术实现：（1）基本模型构建技术。（2）空间跟踪技术。（3）声音跟踪技术。（4）视觉跟踪与视点感应技术。（5）计算处理技术。虚拟现实的核心技术主要包括以下几个方面：（1）环境建模技术。（2）人机交互技术。（3）立体显示和传感器技术。（4）应用系统开发工具。（5）系统集成技术。虚拟现实技术的基本概念身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统按其功能不同，可分成4种类型：沉浸式虚拟现实系统增强现实型的虚拟现实系统桌面式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统。1、沉浸式虚拟现实系统特点：（1）具有高度的实时性。（2）高度沉浸感。（3）具有强大的软硬件支持。（4）并行处理能力。（5）良好的系统整合性。虚拟现实系统的分类类型：（1）头盔式虚拟现实系统。（2）洞穴式虚拟现实系统。（3）座舱式虚拟现实系统。（4）投影式虚拟现实系统。（5）远程存在系统。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解2、增强虚拟现实系统类型：（1）台式图形显示器系统。（2）基于单眼显示器系统。（3）基于光学透视式头盔显示器系统。（4）基于视频透视式头盔显示器系统。虚拟现实系统的分类3、桌面式虚拟现实系统常见技术：（1）基于静态图像的虚拟现实QuickTimeVR。（2）虚拟现实造型语言（VirtualRealityModelingLanguage，VRML）等。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解4、分布式虚拟现实系统特点：（1）共享的虚拟工作空间。（2）伪实体的行为真实感。（3）支持实时交互，共享时钟。（4）多用户相互通信。（5）资源共享并允许网络上的用户对环境中的对象进行自然操作和观察。虚拟现实系统的分类身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实技术发展历程虚拟现实技术的发展和应用基本上可以分为3个阶段：第1阶段：20世纪50年代到70年代，属于准备阶段；第2阶段：20世纪80年代初到80年代，是虚拟现实技术走出实验室，进入实际应用阶段；第3阶段：从20世纪90年代初至今，是虚拟现实技术全面发展时期。虚拟现实技术研究现状VR技术领域几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅猛。基于VR技术的研究主要有VR技术与VR应用两大类。在国外，VR技术研究方面发展较好的有美国、德国、英国、日本、韩国等国家；在国内，浙江大学、北京航空航天大学等单位在VR方面的研究工作开展得比较早，成果也较多。虚拟现实系统的发展和现状身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实技术的发展趋势纵观VR的发展历程，未来VR技术的研究仍将延续“低成本、高性能”原则，从软件、硬件两方面展开，发展方向主要归纳如下：（1）动态环境建模技术（2）实时三维图形生成和显示技术（3）新型交互设备的研制（4）智能化语音虚拟现实建模（5）分布式虚拟现实技术的展望（6）“屏幕”时代的终结虚拟现实系统的发展和现状身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解由于能够再现真实的环境，并且人们可以介入其中参与交互，使得虚拟现实系统可以在许多方面得到广泛应用。随着各种技术的深度融合，相互促进，虚拟现实技术在教育、军事、工业、艺术与娱乐、医疗、城市仿真、科学计算可视化等领域的应用都有极大的发展。虚拟现实系统的应用1、教育领域让学生学习从新回到场景，参与互动，传统的教育方式，通过印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示来获取知识，这样学习一会儿就渐显疲惫，学习效果较差，然而玩过英雄联盟的同学都知道此游戏为什么如此吸引人，本质就是回到场景，参与其过程。例如学生学习某种机械装置，如水轮发动机的组成、结构、工作原理时，用虚拟现实技术可以直观地向学生展示出水轮发电机的复杂结构、工作原理以及工作时各个零件的运行状态，而且还可以模仿出各部件在出现故障时的表现和原因，向学生提供对虚拟事物进行全面的考察、操纵乃至维修的模拟训练机会，从而教学和实验效果事半功倍。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用2、军事领域在军事上，虚拟现实的最新技术成果往往被率先应用于航天和军事训练，利用虚拟现实技术可以模拟新式武器如飞机的操纵和训练，以取代危险的实际操作。利用虚拟现实仿真实际环境，可以在虚拟的或者仿真的环境中进行大规模的军事实习的模拟。虚拟现实的模拟场景如同真实战场一样，操作人员可以体验到可以体验到真实的攻击和被攻击的感觉。这将有利于从虚拟武器及战场顺利地过渡到真是武器和战场环境，这对于各种军事活动的影响将是极为深远、广泛的军事应用前景。迄今，虚拟现实技术在军事中发挥着越来越重要的作用。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用3、工业领域虚拟现实已大量应用于工业领域。对汽车工业而言，虚拟现实技术既是一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种人工环境，人们可以在这种环境中以一种自然的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。也可以广泛用于汽车设计、实验和培训等方面，例如，在产品设计中借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型，可显示汽车的悬挂、地盘、内饰直至每个焊接点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。虚拟现实技术在建筑业，可以作为那些制作精良的建筑效果图的更进一步的拓展。它能形成与交互的三位建筑场景，人们可以在建筑物内自由的行走，可以操作和控制建筑物内的设备和房间装饰。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用4、艺术与娱乐业电影院的观众已经在享受3D电影了，但是有了类似OculusCinema的app，观众可以更加沉浸在电影体验里。他们可以通过VR头显设备投射出的巨大虚拟屏幕看电影，就好像在自己的个人影院里。在图像和声音效果的包围中，他们会觉得自己身临其境。如果你是一个体育爱好者，虚拟现实平台公司LiveLikeVR已经建成了虚拟球场，你可以在你舒适的沙发上和你的朋友们体验比赛现场的激情。2018年，伦敦大英博物馆推出了第一个虚拟现实周末，纽约的美国自然历史博物馆也推出了一些可以通过谷歌的纸板眼镜来欣赏的馆藏。任何有一部智能手机和一个纸板VR头显的人都可以马上参观该博物馆。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用5、医疗行业医疗保健一直都是虚拟现实技术的主要应用领域。一些机构利用计算机生成的图像来诊断病情。虚拟现实模拟软件公司SurgicalTheaterandConquerMobile，使用CAT扫描或者超声波产生的诊断图像来生成患者解剖结构的3D模型。虚拟模型帮助新的和有经验的外科医生来决定最安全有效的方法定位肿瘤，决定手术切口，或者提前练习复杂的手术。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用6、城市仿真虚拟现实技术是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的城市展示方式，在国内的广州、上海、北京等大城市，国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门，是当今数字化城市综合实力的象征和标志。身临其境的虚拟现实VirtualReality知识讲解虚拟现实系统的应用7、科学计算可视化虚拟现实技术为工程师，科技工作者以及研究人员提供数据分析解决方案，减少市场化的周期以及成本，提高工作效率，可进行数值模拟（有限元分析）、流体动力学和流体力学计算、碰撞分析和仿真等。身临其境的虚拟现实VirtualReality学习目标（1）理解虚拟现实技术的基本概念；（2）了解虚拟现实技术的发展历程、应用场景和未来趋势；（3）了解虚拟现实应用开发的流程和相关工具；身临其境的虚拟现实VirtualReality操作演示和体验1、云石别墅（MarbleHouse）简介：云石别墅位（MarbleHouse）于美国纽波特市，是威廉·基萨姆·范德比尔特与他的妻子艾尔瓦·范德比尔特建造，建于1884年，历时4年，于1892年建成。别墅共有50个房间，耗资1100万美元，其中700万美元用于50万立方英尺的大理石，别墅建造里外用料俱为大理石，名副其实的大理石别墅。后续展示的是虚拟现实的第一步数字建模技术VR展示云石别墅数字化身临其境的虚拟现实VirtualReality身临其境的虚拟现实VirtualReality操作演示和体验1、深圳市瑞云科技有限公（https://www.3dcat.live/）简介：3DCAT是集实时渲染