项目1认知虚拟现实技术

认知虚拟现实技术项目1大连理工大学出版社目录项目描述知识拓展我教你学小结01项目描述小王同学经常听到关于虚拟现实的话题,在不少的大型商场里也注意到有虚拟现实体验馆,玩的人还不少,他自己也体验了不少类型的虚拟现实设备和游戏,觉得非常神奇,也给他带来前所未有的感觉,于是他希望能更进一步地了解虚拟现实的相关知识,如虚拟现实与3D电影有什么区别?它有什么特点?它有哪些类型?除了常见的用于娱乐体验,虚拟现实还能在哪些领域应用?项目描述1.熟悉虚拟现实的基本概念;2.熟悉虚拟现实的特点;3.熟悉虚拟现实的组成;知识目标4.熟悉虚拟现实的分类;5.了解虚拟现实的应用领域;6.了解虚拟现实的发展趋势。1.能理解虚拟现实技术的相关概念;2.能理解虚拟现实系统的特点、组成和分类;3.能理解虚拟现实的应用及发展趋势;4.能区分3R技术。能力目标02我教你学虚拟现实技术又可称为灵境技术,产生于20世纪60年代,但其概念最早由美国VPL公司创始人拉尼尔(Lanier)于20世纪80年代提出。该技术是一门综合性技术,涉及计算机图形学、多媒体技术、传感技术、人机交互、计算机仿真技术、显示技术和网络并行处理等。它通过计算机技术生成一个三维虚拟环境,通过一些特色的输入、输出设备,使人们感触和融入该虚拟环境,能通过多种感官实时感受三维世界,并可以自然地与计算机进行互动交流,人和计算机可以很好地融为一体,给人一种身临其境的感觉。1.2.1虚拟现实技术的基本概念虚拟现实可以看成对虚拟对象(三维可视化)或真实三维世界的模拟。对某个特定环境真实再现后,用户通过接收和响应模拟环境的各种感官刺激,与其中虚拟的人和事物进行交互,有身临其境的感觉。从广义上讲虚拟现实可以看成一种具有人机交互特征的人机界面(人机交互方式),即可以称之为“自然人机界面”。在此环境中,用户可以看到全彩色主体景象,听到的是虚拟环境中的声音。手或脚可以感受到虚拟环境反馈给用户的作用力,由此产生一种身临其境的感觉。这里,计算机世界既可以是超越我们所在时空的虚构环境,也可以是一种对现实世界的仿真(强调是由计算机生成的,能让人有身临其境感觉的虚拟图形界面)。从狭义上来讲虚拟现实是以计算机技术为核心,结合相关科学技术,生成与一定范围内真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境。用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互、相互影响,可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。中国工程院院士赵沁平教授认为:虚拟现实中产生的视觉的、听觉的、触觉的和嗅觉的信息,使接收者感到身临其境,但这种身临其境感不是真的亲临其境,只是感受而已,是虚的。钱学森教授认为:1.交互性Interaction是指用户通过专门的输入和输出设备,自然感知虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。这种交互主要借助各种专用设备(如头盔显示器、数据手套)来实现,从而让用户以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互。2.沉浸性Immersion,是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度,是虚拟现实最重要的技术特点。用户由观察者变为参与者,理想的虚拟环境会使得用户难以分辨真假,使用户全身心投入计算机生成的三维虚拟环境中,成为虚拟环境中的一部分,感觉到该环境中所有的一切都是真实的,如同在现实世界中一样。3.想象性Imagination是指在虚拟环境中,用户可以根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为,通过联想、推理和逻辑判断等思维过程,随着系统的运动状态变化,对系统运动的未来进展进行想象,以获取更多的知识,认识复杂系统深层次的运动机理和规律性。3I1.2.2虚拟现实技术的特点虚拟世界生成设备可以是一台或多台高性能计算机。通常可以分为基于高性能计算机、高性能图形工作站和基于分布式异构计算机的虚拟现实系统三大类。1.虚拟世界生成设备虚拟现实系统的结构感知设备是指将虚拟世界各类感知模型转变为人能接收的多通道刺激信号的设备。感知包括视、听、触、嗅、味觉等多种通道。目前,大多数可见虚拟现实系统仅有视觉、听觉和触觉三种通道。2.感知设备跟踪设备是指跟踪并检测位置和方向的装置,用于虚拟现实系统中基于自然方式的人机交互操作,例如基于手势、体势、眼视线方向的变化。目前,先进的跟踪定位系统可用于动态记录人体运动,如舞蹈、体育竞技运动的动作等,在计算机动画、计算机游戏设计和运动员动作分析等方面有广泛的应用。3.跟踪设备人机交互设备是指应用手势、体势、眼神以及自然语言进行交互的设备,常见的有数据手套、数据衣服、眼球跟踪器以及语音综合和识别装置。4.人机交互设备1.2.3虚拟现实系统的组成01020304桌面虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统增强虚拟现实系统分布式虚拟现实系统根据用户的参与形式和沉浸程度不同,通常把虚拟现实系统分成四大类:桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、增强虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。1.2.4虚拟现实系统的分类1.医疗2.教育3.文物古迹4.娱乐与艺术6.虚拟购物应用领域1.2.5虚拟现实技术的应用领域5.房地产1.发展历程(1)探索阶段(20世纪50—70年代)(2)从实验室进入应用阶段(20世纪80—90年代初)(3)高速发展阶段(20世纪90年代初至今)3.发展趋势(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)智能化语言虚拟现实建模(5)大型网络分布式虚拟现实技术1.2.6虚拟现实技术的发展2.发展现状(1)国外发展现状(2)国内研究现状03知识拓展AR则强调在真实场景中融入计算机生成的虚拟信息的能力,是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术,并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中,把无法实现的场景在真实世界中展现出来,从而实现对现实的“增强”,达到超越现实的感官体验。VR强调的是“虚拟环境”给人的沉浸感,是利用计算机设备模拟产生一个三维的虚拟世界,提供用户关于视觉、听觉等感官的模拟,产生十足的“沉浸感”与“临场感”。1.3.13R技术MR则是虚拟现实技术的进一步发展,该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息,在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。包括增强现实和增强虚拟,指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存,并实时互动。混合现实是在VR和AR兴起的基础上才提出的一个概念,可以把它视为AR的增强版。(1)表现形式VR就是把虚拟的世界呈现到用户眼前。在VR中看到的场景和人物全是假的,是把用户的意识带入一个虚拟的世界。AR就是把虚拟世界叠加到现实世界。在AR中看到的场景和人物一部分是真的,一部分是假的,是把虚拟的信息带入现实世界中。MR则是把真实的东西叠加到虚拟世界里。在MR中看到的是一个混沌的世界1.3.2VR、AR、MR的区别与联系(2)核心技术VR强调的是沉浸感,即完整的虚拟现实体验,虚拟现实的核心技术基本都集中在计算机图形领域。AR强调的是现场感,核心技术在环境识别领域,AR应用了很多计算机视觉的技术。MR是把虚拟物体和现实物体都进行再次计算,把它们混合到一起,难分彼此,其核心问题是对现实世界的3D扫描以及远近空间的感知。1.3.2VR、AR、MR的区别与联系(3)交互方式VR要尽可能多地使用VR设备利用海绵等材料将眼睛和屏幕封闭起来,让外面的光线进不来,而AR设备会选用透光率高的镜片、广角的摄像头等部件,将外面的光线尽量“请”进来。AR更加强调虚拟图像的信息性,需要在正确的位置出现,给用户增加信息量,但其对真实场景的遮挡和光照不做强调,这是MR和AR的不同点。1.3.2VR、AR、MR的区别与联系(1)计算机生成的虚拟信息VR看到的场景和人物全是虚拟的,均是利用计算机技术创建的三维虚拟环境来使用户沉浸其中,而AR和MR所看到的虚拟场景或人物也是通过计算机生成的虚拟信息。1.3.2VR、AR、MR的区别与联系(2)实时交互不管是VR,还是AR和MR,用户都需要通过相应设备与计算机