虚拟现实系统的技术-.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,虚拟现实技术,张晨晖,虚拟现实系统的技术,第1页,虚拟现实技术定义：,虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者如同身历其境普通，能够及时、没有限制地观察三度空间内事物。概括地说，虚拟现实是人们经过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互一个全新方式，与传统,人机界面,以及流行,视窗,操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质飞跃。,虚拟现实系统的技术,第2页,虚拟现实技术发展：,早在60年代初，伴随CAD技术发展，人们就开始研究,立体声,与,三维,立体显示相结合,计算机,系统。80年代，Jaron Lanier提出,了“虚拟现实”VR（Virtual Reality）观点，目标在于建立一个新,用户界面，使用户能够置身于计算机所表示,三维空间,资料库环境,中，并能够经过眼、手、耳或特殊空间三维装置在这个环境中“环,游“，创造出一个”亲临其境“感觉。,虚拟现实是人们经过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及,实时交互环境。与传统计算机人机界面（如,键盘,、,鼠标,器、图形 用户界面以及流行,Windows,等）相比，虚拟现实不论在,技术上还是思想上都有质飞跃。传统人机界面将用户和计,算机视为两个独立实体，而将界面视为信息交换,媒介,，由用户,把要求或指令输入计算机，计算机对信息或受控对象作出动作反,馈。虚拟现实则将用户和计算机视为一个整体，经过各种直观工,具将信息进行可视化，形成一个逼真环境，用户直接置身于这种,三维,信息空间,中自由地使用各种信息，并由此控制计算机。,虚拟现实系统的技术,第3页,一、虚拟现实用以下3种基本技术进行了概括,：,1、三维计算机图形学技术；,2、采取各种功效传感器交互式接口技术；,3、高清楚度显示技术。,二、虚拟现实系统技术,1、虚拟现实首先是一个可视化界面技术，能够有效地建立,虚拟环境,，这主要集中在两个方面，一是虚拟环境能够准确表示物体状态,模型,，二是环境可视化及渲染。,2、虚拟现实仅是计算机系统设置一个近似客观存在环境，为用户提供逼真三维视感、听感、触感和嗅感感受。它是硬件、,软件,和外围设备有机组合。,3、用户可经过本身技能以6个自由度在这个仿真环境里进行交互操作。,4、虚拟现实关键是传感技术。,5、虚拟现实离不开视觉和听觉新型可感知动态数据库技术。可感知动态数据库技术与文字识别、图像了解、,语音识别,和匹配技术关系亲密，并需结合高速动态数据库检索技术。,6、虚拟现实不但是计算机图形学或,计算机成像,生成一幅画面，更主要是人们能够经过计算机和各种人机界面与机交互，并在精神感觉上进入环境。它需要结合人工智能，,含糊逻辑,和神经元技术,虚拟现实系统的技术,第4页,虚拟现实技术特点：,1、多感知性,2、浸没感,3、交互性,4、构象性,（虚拟现实图片）,虚拟现实系统的技术,第5页,1、多感知性：,所谓多感知是指除了普通,计算机技术,所含有,视觉感知,之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包含味觉感知、嗅觉感知等。理想,虚拟现实技术,应该含有一切人所含有感知功效。因为相关技术，尤其是传感技术限制，当前虚拟现实技术所含有感知功效仅限于,视觉,、,听觉,、力觉、,触觉,、,运动,等几个。,虚拟现实系统的技术,第6页,2、浸没感：,又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中真实程度。理想模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建三维虚拟环境中，该环境中一切看上去是真，听上去是真，动起来是真，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真，如同在现实世界中感觉一样。,虚拟现实系统的技术,第7页,3、交互性：指用户对模拟环境内物体可操作程度和从环境得到反馈自然程度（包含实时性）。比如，用户能够用手去直接抓取模拟环境中虚拟物体，这时手有握着东西感觉，并能够感觉物体重量，视野中被抓物体也能立刻伴随手移动而移动。,虚拟现实系统的技术,第8页,4、构想性：,强调虚拟现实技术应含有辽阔可想像空间，可拓宽人类认知范围，不但可再现真实存在环境，也能够随意构想客观不存在甚至是不可能发生环境。,因为浸没感、交互性和构想性三个特征英文单词第一个字母均为I，所以这三个特征又通常被统称为3I特征。普通来说，一个完整,虚拟现实系统,由虚拟环境、以高性能计算机为关键虚拟环境处理器、以,头盔显示器,为关键视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为关键听觉系统、以方位跟踪器、,数据手套,和数据衣为主体身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功效单元组成。,虚拟现实系统的技术,第9页,虚拟现实技术面临问题：,生成虚拟现实需要处理以下三个主要问题：,以假乱真存在技术。即怎样合成对观察者感官器官来说与实际存在相一致输入信息，也就是怎样能够产生与现实环境一样视觉，,触觉,，嗅觉等。,相互作用。观察者怎样主动和能动地操作虚拟现实，以实现不一样视点景象和更高层次感觉信息。实际上也就是怎么能够看得更像，听得更真等等。,自律性现实。感觉者怎样在不意识到自己动作、行为条件下得到栩栩如生现实感。在这里，观察者、传感器、,计算机仿真,系统与显示系统组成了一个相互作用闭环流程。,虚拟现实系统的技术,第10页,虚拟现实技术中利用关键技术：,1、环境建模技术,即,虚拟环境,建模，目标是获取实际三维环境三维数据，并依据应用需要，利用获取三维数据建立对应虚拟环境模型。,2、立体声合成和立体显示技术,在虚拟现实系统中消除声音方向与用户头部运动相关性，同时在复杂场景中实时生成立体图形。,3、触觉反馈技术,在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体反作用力，从而产生身临其境感觉。,4、交互技术,虚拟现实中,人机交互,远远超出了,键盘,和鼠标传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为主要人机交互伎俩。,5、系统集成技术,因为虚拟现实系统中包含大量感知信息和模型，所以系统集成技术为重中之重：包含信息同时技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。,虚拟现实系统的技术,第11页,虚拟现实技术应用：,1、,科技开发,上,2、商业上,3、医疗上,4、娱乐上,5、教育上,6、工业上,7、军事上,虚拟现实系统的技术,第12页,虚拟现实技术前景：,虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特征结合，更是人们所梦寐以求。在某种意义上说它将改变人们思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间看法。它是一项发展中、含有深远潜在应用方向新技术。利用它，我们能够建立真正远程教室，在这间教室中我们能够和来自五湖四海朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关三维设备，我们工作、生活、娱乐将愈加有情趣。,虚拟现实向人们描绘了未来生活片段，很美妙。由此用户也能够发挥自己丰富想象力，在我们电脑前就能够实现与大西洋底鲨鱼嬉戏；参观非洲大陆天然动物园；感受古战场硝烟与刀光剑影；发幽古思今之情；还能够体验开国大典庄重和东方巨人站立起来壮志豪情,虚拟现实系统的技术,第13页,1.在科技开发上,虚拟现实可缩短开发周期，降低费用。比如克莱斯勒企业1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间试生产。因为利用了卓越虚拟现实技术，使克莱斯勒防止了1500项设计差错，节约了8个月开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实技术还能够进行汽车冲撞试验，无须使用真汽车便可显示出不一样条件下冲撞后果。,在虚拟现实技术已经和理论分析、,科学试验,一起，成为人类探索客观世界规律三大伎俩。用它来设计新材料，能够预先了解改变成份对材料性能影响。在材料还没有制造出来之前便知道用这种材料制造出来零件在不一样受力情况下是怎样损坏。,虚拟现实系统的技术,第14页,2.商业上,虚拟现实常被用于推销。比如建筑工程投标时，把设计方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来建筑物里参观，如门高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都能够感同身受。它一样可用于旅游景点以及功效众多、用途多样商品推销。因为用虚拟现实技术展现这类商品魅力，比单用文字或图片宣传愈加有吸引力。,（虚拟房产）,虚拟现实系统的技术,第15页,3.医疗上,虚拟现实应用大致上有两类。一是虚拟人体，也就是数字化人体，这么,人体模型,医生更轻易了解人体结构和功效。另一是虚拟手术系统，可用于指导手术进行。,虚拟现实系统的技术,第16页,CathSim血管内导管插入技术仿真器。用以提升护士静脉注射水平。,虚拟现实系统的技术,第17页,4.娱乐上,应用是虚拟现实最辽阔用途。,英国,出售一个滑雪模拟器。使用者身穿,滑雪服,、脚踩滑雪板、手拄滑雪棍、头上载着头盔显示器，手脚上都装着传感器。即使在斗室里，只要做着各种各样滑雪动作，便可经过头盔式显示器，看到堆满皑皑白雪高山、峡谷、悬崖陡壁，一一从身边擦过，其情景就和在滑雪场里进行真滑雪所感觉一样。,如今，VR娱乐应用已经覆盖了从PC游戏到多人网络游戏，再到基于场所VR体验等多个领域。,虚拟现实系统的技术,第18页,5.教育上,（1）虚拟校园,虚拟校园是虚拟现实技术在教育领域最早详细应用，即使大多数虚拟校园仅仅实现校园场景浏览功效，但虚拟现实技术提供活浏览方式，全新媒体表现形式都含有非常鲜明特点。,（2）虚拟教学,在虚拟教学方面，能够应用教学模拟进行演示、探索、游戏教学。利用简易型虚拟现实技术表现一些系统（自然、物理、社会）结构和动态，为学生提供一个可供他们体验和观察环境。（3）虚拟培训,虚拟现实技术特点在虚拟培训方面表现得比较突出。虚拟现实技术沉醉性和交互性，使学生能够在虚拟学习环境中饰演一个角色，全身心地投入学习，这非常有利于学生技能训练。利用沉醉型虚拟现实系统，能够做各种各样技能训练，对高职技能性教学有着无比强大推进作用。西南交通大学开发 TDS-JD 机车驾驶模拟装置可摸拟列车起动、运行、调速及停车全过程，可向司机反馈列车运行过程中主要信息,虚拟现实系统的技术,第19页,6.工业上,工业仿真、安全生产应急演练、三维工厂设备管理、虚拟培训等都是虚拟现实技术在工业方面应用。下面针对几个比较经典实例来表述虚拟现实技术工业方面应用情况。,（1）石油行业,石油行业三维数字化系统是近几年来伴随信息技术飞速发展,石油需求急剧增加和经济信息全球化逐步加深而出现一项新技术。它在能源行业信息交流和管理决议中发挥着越来越主要作用。,（2）航天行业,能够实现机场环境模拟、机场运维以及卸油站、油库、航加站一体化信息管理及安全应急演练。,（3）电力行业,三维电力输电网络信息系统采取3DGIS融合VR思绪，利用数字地形模型、高分辨率遥感影像构建基础三维场景能够真实再现地形、地貌，采取创建三维模型再现输电网络、变电站、输电线路周围环境、地物空间模型。电力设备可经过传感器将现场状态进行虚拟现实再现，同时实现三维查询功效，二维网页和三维场景进行无缝连接，实现二、三维一体化管理，为领导及工作人员提供全方位、多维、立体化辅助决议支持，从而降低处理事故所需时间，降低经济损失。,虚拟现实系统的技术,第20页,7.军事上,在,军事上，利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进多快好省研究战争、培训指挥员方法。也是因为虚拟现实技术到达很高水平，所以尽管不进行核试验，也能不停改进核武器。战争试验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把,海湾地域,各种自然环境和,伊拉克,军队各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。以后实际作战发展和模拟试验结果相当一致。,虚拟现实系统的技术,第21页,1991年美军与南加利福尼亚大学联合创办了Institute for Creative Technologies，投资让一个由艺术家和计算机科学家组成队伍开发逼真高度情绪化训练，称为MRE（Mission Rehearsal Exercise）。以上MRE模拟是发生在波斯尼亚一次维和事故。,虚拟现实系统的技术,第22页,这个视频是VESUB(Virtual Environment for Submarine Ship Handling Training)仿真器，主要用于甲板长训练。,虚拟现实系统的技术,第23页,虚拟现实技术已经和理论分析、科学试验一起，成为人类探索客观世界规律三大伎俩。,虚拟现实系统的技术,第24页,