《计算机应用基础》课件-虚拟现实和增强现实技术

2016年称得上“VR/AR元年”，这一年，无论是巨头和资本涌入，还是创业公司的纷纷入局，都迅速将VR和AR产业推到了移动互联网产业的聚光灯下。例如，VR游戏可以赋予游戏玩家更身临其境的带入感，使得游戏从平面真正走向立体；在网络视频通信领域，使用AR技术可以在通话者的面部实时叠加帽子、眼镜等虚拟物体，在很大程度上提高了视频对话的趣味性等。不可否认，虽然VR和AR技术还不成熟，但它们正在逐渐改变我们的生活。可以预见，随着技术的成熟并给予开发者更多时间，日后的VR和AR应用必将产生更多新创意，而且更具实用价值。一、虚拟现实虚拟现实（virtualreality，VR）是指利用计算机技术模拟出一个逼真的三维空间虚拟世界，使用户完全沉浸其中，并能与其进行自然交互，就像在真实世界中一样。点击此处播放微课例如，VR游戏可以让用户完全沉浸在游戏中，犹如身临其境，如图所示。1.虚拟现实系统的特点（1）沉浸性：指虚拟环境的逼真程度。理想的虚拟环境应该使用户真假难辨，使用户获得与真实环境相同的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官体验。（2）交互性：指用户与虚拟环境之间可以进行沟通和交流，并得到与真实环境一样的响应，即用户在真实世界中的任何动作，均可以在虚拟环境中完整地体现。（3）自主性：指虚拟环境中的物体按操作者的要求进行自主运动的程度。2.虚拟现实系统的设备虚拟现实系统的设备包括建模设备、显示设备和交互设备。其中，建模设备主要有3D扫描仪；显示设备有普通显示器+3D眼镜、3D投影仪、头戴式3D显示器（又称VR头盔、VR头显、VR眼镜，如图所示）等；交互设备有3D控制设备（如3D鼠标、键盘、手柄等）、数据手套（见左图）、位置追踪设备、动作捕捉设备、力觉反馈设备、触觉反馈设备（见右图）、数据衣、操纵杆等。3.虚拟现实系统的分类（1）主题桌面式虚拟现实系统（desktopVR）桌面式虚拟现实系统将计算机显示器（需使用3D眼镜）或投影仪投影作为用户观察虚拟现实世界的窗口，用户可以通过3D控制设备和虚拟现实世界进行交互。优点是容易实现；缺点是参与者容易受到外界的影响，

缺少完全的沉浸。（2）沉浸式虚拟现实系统（immersiveVR）沉浸式虚拟现实系统通常利用头戴式3D显示器或其他设备，把用户的视觉、听觉等感觉封闭起来，提供一个完全虚拟的空间，并利用位置追踪器、数据手套、操纵杆等使用户产生一种身临其境和沉浸在虚拟空间的感觉。（3）分布式虚拟现实系统（distributedVR）是基于网络的虚拟现实系统，即在沉浸式虚拟现实系统的基础上，将位于不同物理位置的多个虚拟环境通过网络相连，并共享信息。分布式虚拟现实系统主要应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、军事模拟演习等领域。4.虚拟现实系统的应用目前，虚拟现实系统主要应用于仿真演示、仿真实验、模拟训练、模拟演练、仿真设计、可视化管理、艺术与娱乐等方向，如教学仿真演示与实验（如图所示）。军事模拟训练与演习（见左图）、消防模拟训练与演练、飞机和汽车等驾驶模拟训练（见右图）航天模拟训练、外科手术模拟训练、建筑仿真设计与演示、产品仿真设计与演示（如图所示）、交通路况与环境仿真演示、VR影视与游戏、科学研究和工程管理可视化等。例如，在汽车专业教学领域，利用虚拟现实技术，不仅可以用三维方式直观地向学生展示发动机的复杂结构、工作原理及工作时各个零件的运行状态，而且可以让学生在虚拟环境中进行拆装和维修发动机等实验，从而使教学和实验效果事半功倍。目前，许多学校都建立了虚拟仿真实验室。二、增强现实增强现实（augmentedreality，AR）是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种技术。与VR不同的是，AR是在现实的环境中叠加虚拟内容，实现了虚实结合。此外，AR在用户端无须头戴式3D显示器和3D鼠标、数据手套等交互设备，只需要一个智能手机、平板电脑或AR眼镜（利用AR眼镜可同时看到现实环境和虚拟内容）即可。点击此处播放微课AR的虚拟内容可以是简单的数字或文字信息，也可以是三维图像等，用户可以对虚拟内容进行移动、旋转、缩放等操作。如图为一本AR儿童书的应用效果，用户只需打开手机摄像功能（一些AR应用需要利用App实现），然后将摄像头对准图书中的卡通动物，即可在手机屏幕上呈现卡通动物的三维影像，用户可以直接用手与该影像互动，或者利用触摸屏移动、旋转、缩放影像。目前，AR主要应用于零售、教育、医疗、娱乐和游戏、广告、军事等领域。例如，在零售领域，可以利用AR进行试装（见下图）、试妆，让消