虚拟现实技术及其应用.ppt

1、虚拟现实技术及其应用,河南师范大学教育技术系 高义栋,开发工具与开发流程,虚拟现实技术,概念与特征,需求与应用,系统组成,本节大纲,一、什么是虚拟现实？,“虚拟现实”（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技术，是指利用计算机和高速多媒体系统产生一个三维空间的虚拟世界，提供给用户视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使用户有身临其境的感觉，用户可以从自己的视点出发实时观察虚拟空间的事物，并与之发生交互。 国内也有人译为“灵境”、“幻真”等，国外同类的术语还有“虚拟环境”、“人工现实”及“电脑空间”等。,虚拟现实的技术支撑,虚拟现实技术综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技

2、术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，并通过视、听、触觉等感官作用于参与者，使其产生一种与现实一样的感觉。 它是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新的方式，与传统的人机界面及流行的视窗操作相比，在技术和思想上都有了质的飞跃。,虚拟现实有哪些类型？,提供完全沉浸的体验，用户被虚拟环境所包围，有一种完全置身其中的感觉。,二、虚拟现实技术的应用,危险环境中作业,科学研究的可视化,医疗实验与教学,可以使用VR技术在有放射、有毒的危险环境中，或者在宇宙空间进行监控和遥控作业，处理危险的材料，而不会有任何

3、危险。,给研究者的计算过程提供及时的图形化的反馈，可以让他们观察到方案的整个过程；比如，在美国国家航空和宇航局，地质学家应用VR技术远程分析火星表面的质地构造。,直至目前，医学研究和教学还主要依赖实体解剖和塑料模型，由计算机生产的3D人体模型是进行医学研究和教学的新的方法。,比如，谷歌公司在近期推出了人体浏览器，可以全方位地观察人体皮肤、肌肉、骨骼直至内脏和神经。在谷歌Chrome浏览器里输入,二、虚拟现实的应用-教育应用,教育与培训方面的应用：最普遍的实例是战争模拟，可以凸显出训练环境的优势，还可以进行现实中无法开展的危险战争的模拟。此种模拟训练比真实的训练更安全，代价更低。 VR在教育中的

4、应用，依据教育环境不同，划分为：虚拟校园、虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆,扩展阅读： 虚拟现实教育应用探析 桌面式虚拟现实教学课件的快速制作 交互性虚拟教室的设计与实现 基于3dmax和VRP-Builder平台的数字校园虚拟漫游系统的设计与实现,教育培训中的应用,用于汽车组装培训的增强型虚拟现实系统,虚拟现实技术在教育行业的应用虚拟技能实训,虚拟技能培训包括： 虚拟军事作战技能； 虚拟医疗操作技能； 虚拟体育竞赛技能； 虚拟导游实训技能； 仿真数控机床操作技能； 虚拟飞行驾驶培训； 虚拟汽车驾驶技能； 果树虚拟栽培技能； 电器仿真维修技能等。 成功应用： 虚拟飞机驾驶训练系统：学员可以反复

5、操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。,二、虚拟现实技术的应用行业应用实例,VR主题网站 虚拟现实软件官方网站 Q 虚拟现实制作公司网站 不得不提的虚拟社区Second Life 国内的虚拟社区 HipiHi世界： 由我世界 实例欣赏,了解行业应用现状及优秀案例， 推荐经常关注如下网站,可以到高老师博客，直接访问这些网站： http：/,虚拟现实主体网站,三、虚拟现实的基本特征,多感知性（Multi-sensory）：用户除了视觉感知外，还可以有听觉、力觉、触觉、运动的感知，甚至包括味觉、嗅觉等人类所具有的其他感知功能。 浸没感（Imm

6、ersion）：让用户有一种临场的感觉，真实的感觉，如同现实世界中一样。 交互性（Interactivity）：用户可以对虚拟环境中的物体进行操作并可以得到及时的反馈，比如抓东西的过程，又比如刚刚开始流行的体感游戏。 构想性（imagination）：让用户有广阔的可想象空间，拓展人类认知范围，不仅可以再现真实存在的环境，也可以随意构想出不存在的环境。,四、虚拟现实系统的构成,【虚拟现实环境】 【高性能的计算机】 以头盔、显示器为核心的【视觉系统】 以语音识别、声音合成与定位为核心的【听觉系统】 以方位跟踪器、数据手套、数据衣服为主体的身体方位和姿势【跟踪设备】 味觉、嗅觉、触觉与力觉【反馈系

7、统】,虚拟现实设备,三维空间跟踪定位器,三维空间交互球,数据手套,头盔显示器,立体显示器,多通道立体投影系统,华北水利水电大学虚拟现实三通道立体投影系统,国家农业信息中心双通道立体系统,三通道立体环幕投影系统关键设备介绍,必备硬件设备： 1.工程投影机 2.专业金属投影屏幕 3.高端三维图形处理集群 4.三通道高清媒体播放机 5.六通道立体数字图像融合机 6.5.1声道立体音响 7.偏振立体眼镜和立体镜片 8.千兆交换机、矩阵切换器 9.操控台、UPS和KVM,前置立体声音箱,120度柱面金属幕,系统操作台,工作站机柜,6台投影机，被动式立体投影,观众席,后置立体声音箱,后置立体声音箱,整体布

8、局 3通道组成一个120度的环幕画面，环幕弧长9-12米，幕布高度为2.5- 3.0米，整个展示环境为一个大画面无缝拼接投影系统。 投影亮度指标： 考虑到偏振式立体投影方式，透光率在50%以上，单台亮度不低于6000流明，对比度不低于1000:1。 立体模式指标：采用偏振被动式立体模式，景深和立体程度可调。 噪音指标：整机工作时，观众位置的投影机噪音不超过30分贝。 主机系统指标： 高性能图形工作站，可运行海量数据的仿真系统软件，运行500万面的场景，画面刷新率超过30 FPS。 网络运算指标： 同步运算时，不同主机间的同步延时不超过0.02秒，画面连续性好，无抖动或丢帧现象。,配套软件 虚拟

9、现实播放器 虚拟现实编辑器 立体投影模块 SDK二次开发工具包 平面设计软件 三维建模软件 其他软件,配套设备 数据手套 位置跟踪器 数据头盔 眼动仪 力反馈系统 立体快速成型机 三维扫描仪 裸眼立体电视 其他设备,洞穴式虚拟环境,VR6系列眼动仪,ASL可以将微型眼动光学模块击沉到虚拟现实头带显示器（HMD）里面，集成光学模块是虚拟现实头盔最理想的应用产品，他可以轻易的装进任何合适的设备里。,头盔显示器也叫数据头盔、头戴式显示器。顾名思义，头盔显示器是一种头戴式的图形显示与观察设备，它的原理是将小型2维显示器所产生的影像藉由光学系统放大。,头盔显示器（HMD）,6自由度位置跟踪器,位置跟踪器

10、是用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等。,增强现实,增强现实（AR），也被称之为混合现实。它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。,它是一种3D体感摄影机 (开发代号“Project Natal”)， 同时，它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。,伴随Kinect名称的正式发布，Kinect还推出了多款配套游戏，包括Lucasarts出品的星球大战、MTV推出的跳舞游戏、宠物游戏、运动游戏Kinect Sports、冒险游戏Kinect Adve

11、nture、赛车游戏Joyride等,唐马特里克还说：“先前，有种障碍把电动游戏玩家和所有人都分隔了开，”“现在，有了Natal，大家都能加入游戏，使用发明史上最棒的遥控器你。,五、虚拟现实软件,Quset3D,VRP,目前国内比较流行的虚拟现实软件 WebMax：最大特点在于它的压缩比，号称可以达到150：1，因此成品的文件量较小，网络发布上有天生的优势，画面方面也比较细腻，互动方面需要配合一些代码编写能力，扩展性也较强，而且对客户端机器的配置要求很低，凭借软件永久免费的理念，WebMax在国内有着大批的粉丝。 VRPIE：人性化程度好，软件成熟度高，上手快，一些简单的互动不需要编程即可完成

12、，软件也提供编程接口。 Converse3D：最晚出现，一起步就提升到了Dx9的API图形接口上，免费版仅有模型面数的限制，连恼人的官方logo都消失了，率先提出了“一个场景，一个社区”的概念,领先业界开发出了Web3D在线多人互动交流功能。,六、虚拟现实项目开发流程,1、制作低模 2、展UV并绘制贴图 3、灯光渲染烘焙贴图 4、vr软件中交互设置,创建灯光系统，设置全局照明，为场景设定照明效果； 测试渲染并不断调整灯光参数，达到满意的渲染效果； 烘焙贴图，PS中对烘焙出的贴图做进一步的修改调整； 将烘焙好贴图的模型导入VR软件进行下一阶段的制作。,模型导入VRP并进行检查和调整； VRP中进

13、行材质与贴图的后期编辑， 主要对镂空贴图、水面、玻璃和金属等材质属性进行设置； VRP中制作天空、阳光系统及其其他视觉特效； 创建角色动画； 制作景区场景交互； 创建行走相机并制作摄相机路径动画； VRP中制作系统的运行界面，包括背景界面元素、交互按钮和背景音乐的制作； 加入视频、和flash等媒体，并与模型、按钮进行交互的链接；,前期系统设计与准备工作,展UV，主要用到Unwrap UVW修改器； Photoshop软件中合成模型的固有色贴图； 3dsmax中赋予材质和贴图并调整贴图位置。,古建筑房屋阁楼低模； 地形、地面、池塘等； 树木和植被和雕塑等面片模型； 人物、动物等角色的低模的制作。,1、与项目投资单位沟