虚拟现实与人机交互领域的最新技术及设备研究进展综述

虚拟现实与人机交互领域的最新技术及设备研究进展综述
虚拟现实与人机交互领域的最新技术及设备研究进展综述

虚拟现实与人机交互领域的最新技术及设备研究进展综述

摘要:虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求,但近年来,虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们的生活。

关键词:虚拟现实,人机交互

1 引言

人机交互(HCI)是一门研究人类所使用的交互式计算系统的设计、实施、评估及相关主要现象的学科。狭义的讲,人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换。虚拟现实(VR)技术是一种综合应用计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能等技术,制造逼真的人工模拟环境,并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知的高级的人机交互技术。过去的人机界面要求人去适应计算机,而使用虚拟现实技术后,人可以不必意识到自己在同计算机打交道,而可以像在日常环境中处理事情一样同计算机交流。

人机交互可以说是VR系统的核心。VR系统中人机交互的特点有:1)观察点(Viewpoint) 是用户做观察的起点。2)导航(Navigation) 是指用户改变观察点的能力。3)操作(Manipulation)是指用户对其周围对象起作用的能力。4)临境(Immersion) 是指用户身临其境的感觉,这在VR系统中越来越重要。VR系统的基本特征有:1)构想性(Imagination)。指用户沉浸在多维信息空间中,依靠自己的感知和认知能力全方位获取知识,发挥主观能动性,寻求解答,形成新的概念。2)沉浸感(Immersion)。指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。3)交互性(Interaction)。指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。

生成虚拟现实需要解决以下三个主要问题:1)以假乱真的存在技术。即怎样合成对观察者的感官器官来说与实际存在相一致的输入信息,也就是如何可以产生与现实环境一样的视觉,触觉,嗅觉等。2)相互作用。观察者怎样积极和能动地操作虚拟现实,以实现不同的视点景象和更高层次的感觉信息。实际上也就是怎么可以看得更像,听得更真等等。3)自律性现实。感觉者如何在不意识到自己动作、行为的条件下得到栩栩如生的现实感。在这里,观察者、传感器、计算机仿真系统与显示系统构成了一个相互作用的闭环流程。

2 虚拟现实与人机交互领域的最新技术

(1)支持情感交互(Affective-based HCI)的情感计算(Affective Computing):它是通过各种传感器获取由人的情感所引起的表情及其生理变化信号,利用“情感模型”对这些信号进行识别,从而理解人的情感并做出适当的响应。其重点就在于创建一个能感知、识别和理解人类情感的能力,并能针对用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算系统

(2)支持可穿戴交互(Wearable HCI)的穿戴计算(Wearable Computing):可穿戴计算机是一类超微型、可穿戴、人机“最佳结合与协同”的移动信息系统。可穿戴计算机不只是将计算机微型化和穿戴在身上,它还实现了人机的紧密结合,使人脑得到“直接”和有效的扩充与延伸,增强了人的智能。这种交互方式由微型的、附在人体上的计算机系统来实现,该系统总是处在工作、待用和可存取状态,使人的感知能力得以增强,并主动感知穿戴者的状况、环境和需求,自主地做出适当响应,从而弱化了“人操作机器”,而强化了“机器辅助人”。

(3)支持人脑交互(Brain-Computer Interaction)的脑计算(Brain Computing):最理想的人机交互形式是直接将计算机与用户思想和目的进行连接,无需再包括任何类型的物理动作或解释。对“人脑计算机界面(Brain-Computer Interface,BCI)”的初步研究可能是迈向这个方向的一步,它试图通过测量头皮或者大脑皮层的电信号来感知用户相关的大脑活动,从而获取命令或控制参数。人脑交互不是简单的“思想读取”或“偷听”大脑,而是通过监听大脑行为决定一个人的想法和目的,是一种新的大脑输出通道,

一个可能需要训练和掌握技巧的通道。

(4)远程触摸和操纵实物:该技术现在只能模拟非常基本的动作,比如击掌或是来回拍球。而在未来,一个更复杂的版本或许能够在更大的屏幕上工作,并重现整个人体。简单点来说,该技术搭载的设备是基于在一种名为inFORM的可变形3D表面,可以在电子元件上模拟物理触感——即可以允许用户移动某个对象,而无需身体在那个地方都可以来触动它。这种变形的用户界面是由Daniel Leithinger和Sean Follmer 在Hiroshi Ishii的指导下设计完成的。该技术的设计者Sean Follmer表示,这种形状显示和数字交互技术已经存在了一段时间,但inFORM不同,它专注于用户和之间的交互,并提供一种远程触摸和操纵。相隔千里仍可接触。

(5)下一代显示屏技术:一家叫Bristol的公司开发了一种称为UltraHaptics的技术,你无需触摸到屏幕就可以控制屏幕。它利用的是使用者的超声波以及空气压力,从而进行相关的操作。第二个是由MIT 的媒体实验室带来的,你可以在一名使用者的屏幕空间里的任何地方进行绘制,然后数据可以同步到他的屏幕上。

(6)三维重建技术[3]:提出了一种方便普通民众(仅需利用手机和电脑)快速制作小型物体三维模型的方法。首先围绕物体拍摄若干张影像,然后快速恢复每一张影像的内外方位元素,使用图割法半自动提取物体的轮廓线,最后利用轮廓线信息快速生成物体的数字三维模型。适用于任何材质的静态物体,可以解决影像匹配或激光扫描所不能解决的三维重建问题,通过选择人工背景解决了稳健姿态恢复问题,通过算法优化降低了计算能耗。

(7)体感系统Kinect:Kinect for Xbox 360,简称 Kinect,是由微软开发,应用于 Xbox 360 主机的周边设备。它让玩家不需要手持或踩踏控制器,而是使用语音指令或手势来操作 Xbox 360 的系统界面。它也能捕捉玩家全身上下的动作,用身体来进行游戏,带给玩家“免控制器的游戏与娱乐体验”。Kinect 感应器是一个外型类似网络摄影机的装置。Kinect有三个镜头,中间的镜头是 RGB 彩色摄影机,左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线 CMOS 摄影机所构成的 3D 深度感应器。Kinect 还搭配了追焦技术,底座马达会随着对焦物体移动跟着转动。Kinect 也内建阵列式麦克风,由多组麦克风同时收音,比对后消除杂音。Kinect处理流程的最后一步是使用之前阶段输出的结果,根据追踪到的20个关节点来生成一幅骨架系统。通过这种方式Kinect能够基于充分的信息最准确地评估人体实际所处位置。

3 虚拟现实与人机交互领域的最新设备

虚拟现实的硬件组成如下图,

今年国际消费电子展(CES 2015)在美国拉斯维加斯拉开帷幕,来自世界各地的数码设备厂商都将云集拉斯维加斯为大家带来最新的产品和技术,现举例如下,

3.1 SpaceTop:3D互动桌面

来自麻省理工学院和微软的研究人员展示了一个3D互动桌面环境,称之为SpaceTop。SpaceTop使用透明显示器,用户把键盘和自己的双手放置在显示器后面。随后,用户可以通过手势来移动显示屏上的数字对象,以操纵现实世界物体的方法去操作网页、文档和视频这是一场很有未来感的桌面计算演示。如下图,

3.2 IllumiRoom:外围投射的互动视觉体验

IllumiRoom[1]由微软雷德蒙研究院的研究人员开发。通过使用Kinect传感器和投影仪,系统能够把电视屏幕延伸到整个房间里。投射在电视屏幕周围的图像营造了额外的环绕情境,并形成了沉浸式环境。

3.3 MorePhone

加拿大奎恩斯(Queens)大学研究人员演示的MorePhone项目借助能够编程控制的可折叠显示器,将手机状态告知用户。例如,MorePhone并不会显示用户只有在打开手机后才能看得到的新邮件图标,而是会把显示器的一部分折叠起来。人们还进行了将可折叠显示器用作输入方式的探索(例如,你可以通过弯曲显示器的方法来放大或缩小画面),但这个项目的新颖之处在于探索可折叠作为输出方式的性能。

3.4 置换现实头盔

显示有时候并不一定要在屏幕上才能进行。信息还可以通过更加可穿戴式、更令人身临其境的方式展示出来。日本庆应义塾(Keio)大学的研究人员演示了他们近期在“置换现实”方面的研究工作[2]。置换现实是日本理化学研究所Naotaka Fujii博士最近发现的一种混合型现实系统。假定用户将随时佩戴HMD(头戴式显示器),而系统则会记录下他所看到的一切。当场景与过去的录制信息大体上重合时,置换现实就能够在用户无法察觉的情况下在现实和过去之间切换。如果切换是如此流畅,用户将无法知道她看到的是现实还是录制影像。这样就能创建一个沉浸式的混合现实环境。Kevin Fan和他的合作者研究了听觉和触觉反馈会对置换现实的感知产生哪些影响。

3.5Milk VR

Facebook在2014年3月花了20亿美元买下了OculusVR,2014年Oculus和三星合作推出了虚拟现实头戴设备GearVR,让虚拟现实以另一种形式得到廉价化,并且推出了部分对应的游戏,用户只需戴上“头盔”,就可以享受游戏。为了让虚拟现实技术有更好的发展,一款名为Milk VR的应用也于本周登场。该款应用将为人们带来沉浸式的360度视频体验。如下图,

4 结论

“全新个人计算体验、智能互联设备的崛起,还有可穿戴设备革命,正在重新定义消费者与技术之间的关系。”英特尔公司首席执行官科再奇在2015年CES上如是说。虚拟现实的出现,使人们从纷繁复杂的数据中解放出来,提供了一个崭新的信息交流平台,乃至一个全新的世界。虚拟现实技术是许多相关学科交叉集成的产物,VR技术的不断进步,让我们看到了这个领域的巨大潜力和广阔的应用前景。虽然仍存在着许多尚未解决问题,虚拟现实技术以其独特的优势为各个领域的发展提供了一个全新的突破口。

人机交互发展历史

人机交互的发展历史,是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史。交互的信息也由精确的输入输出信息变成非精确的输入输出信息。 一、简单的人机交互界面 由于受到制造技术和成本等原因限制,早期的人机交互在设计上较少考虑人的因素,一味强调输入输出信息的精确性,因而使用不够自然和高效。 1.早期的手工作业。 当时交互的特点是由设计者本人(或本部门同事)来使用计算机,他们采用手工操作和依赖机器(二进制机器代码)的方法去适应现在看来是十分笨拙的计算机; 2.作业控制语言及交互命令语言。 这一阶段的特点是计算机的主要使用者—程序员可采用批处理作业语言或交互命令语言的方式和计算机打交道,虽然要记忆许多命令和熟练地敲键盘,但已可用较方便的手段来调试程序、了解计算机执行情况; 3.图形用户界面(GUI)。 GUI的主要特点是桌面隐喻、WIMP技术、直接操纵和“所见即所得(WYSIWYG)”。由于GUI简明易学、减少了敲键盘、实现了“事实上的标准化”。因而使不懂计算机的普通用户也可以熟练地使用,开拓了用户人群。它的出现使信息产业得到空前的发展; 4.网络用户界面。 以超文本标记语言HTML及超文本传输协议HTTP为主要基础的网络浏览器是网络用户界面的代表。由它形成的WWW网已经成为当今Internet的支柱。这类人机交互技术的特点是发展快,新的技术不断出现,如搜索引擎、网络加速、多媒体动画、聊天工具等; 二、自然的人机交互界面 随着网络的普及性发展和无线通讯技术的发展,人机交互领域面临着巨大的挑战和机遇,

传统的图形界面交互已经产生了本质的变化,人们的需求不再局限于界面的美学形式的创新,现在的用户更多的希望在使用多媒体终端时,有着更便捷、更符合他们的使用习惯,同时又有着比较美观的操作界面。利用人的多种感觉通道和动作通道(如语音、手写、姿势、视线、表情等输入),以并行、非精确的方式与(可见或不可见的)计算机环境进行交互,使人们从传统的交互方式的束缚解脱出来,使人们进入自然和谐的人机交互时期。这一时期的主要研究内容包括:多通道交互、情感计算、自然语言理解、虚拟现实、智能用户界面等方面。 (1)多通道交互 多通道交互(Multi Modal Interaction,MMI)是近年来迅速发展的一种人机交互技术,它既适应了“以人为中心”的自然交互准则,也推动了互联网时代信息产业(包括移动计算、移动通信、网络服务器等)的快速发展。MMI是指“一种使用多种通道与计算机通信的人机交互方式。通道(modality)涵盖了用户表达意图、执行动作或感知反馈信息的各种通信方法,如言语、眼神、脸部表情、唇动、手动、手势、头动、肢体姿势、触觉、嗅觉或味觉等”。采用这种方式的计算机用户界面称为“多通道用户界面”。目前,人类最长使用的多通道交互技术包括手写识别、笔式交互、语音识别、语音合成、数字墨水、视线跟踪技术、触觉通道的力反馈装置、生物特征识别技术和人脸表情识别技术等方面。 (2)情感计算 让计算机具有情感能力首先是由美国MIT大学Minsky教授(人工智能创始人之一)提出的。他在1985年的专著“The Society of Mind”中指出,问题不在于智能机器能否有任何情感,而在于机器实现智能时怎么能够没有情感。从此,赋予计算机情感能力并让计算机能够理解和表达情感的研究、探讨引起了计算机界许多人士的兴趣。这方面的工作首推美国MIT媒体实验室Picard教授领导研究小组的工作。情感计算一词也首先由Picard教授于1997年出版的专著“Affective Computing(情感计算)”中提出并给出了定义,即情感计算是关于情感、情感产生以及影响情感方面的计算。 MIT对情感计算进行全方位研究,正在开发研究情感机器人,最终有可能人机融合。其媒体实验室与HP公司合作进行情感计算的研究。IBM公司的“蓝眼计划”,可使计算机知道人想干什么,如当人的眼瞄向电视时,它竟知道人想打开电视机,它便发出指令打开电视机。此外该公司还研究了情感鼠标,可根据手部的血压及温度等传感器感知用户的情感。CMU 主要研究可穿戴计算机。日本在对感性信息处理的研究中,有众多研究单位参与,主要集中在研究所和高校。特别值得一提的是,日本欧姆龙公司研制生产的机器玩具曾风行一时,最

人机交互技术的发展与现状

人机交互技术的发展与现状 一.什么是人机交互技术? 二.人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques)是指通过计算机输入、 输出设备,以有效的方式实现人与计算机对话的技术。人机交互技术包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等,人通过输入设备给机器输入有关信息,回答问题及提示请示等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。也指通过电极将神经信号与电子信号互相联系,达到人脑与电脑互相沟通的技术,可以预见,电脑甚至可以在未来成为一种媒介,达到人脑与人脑意识之间的交流,即心灵感应。二. 人机交互技术的发展人机交互的发展历史,是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史。 1959年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发,提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年,Liklider JCK首次提出人机紧密共栖(Human-Computer Close Symbiosis)的概念,被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会,同年第一份专业杂志国际人机研究(IJMMS)创刊。可以说,1969年是人机界面学发展史的里程碑。在1970年成立了两个HCI研究中心:一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心,另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。 1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专着,为人机交互界面的发展指明了方向。 20世纪80年代初期,学术界相继出版了六本专着,对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面,从人机工程学独立出来,更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导;实践范畴方面,从人机界面(人机接口)拓延开来,强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取代。HCI中的I,也由Interface(界面/接口)变成了Interaction(交互)。人机

2019智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告

2019智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告

目录 一、研究背景和意义 (5) (一)人机交互与人机交互界面 (5) (二)人机交互发展趋于人性化、高效化 (5) 1、早期手工作业阶段 (6) 2、作业控制语言及交互命令语言阶段 (6) 3、图形用户界面(GUI)阶段 (6) 4、网络用户界面阶段 (6) 5、多通道人机交互阶段 (6) (三)人机交互已成为智能汽车的发展的核心问题 (7) 二、智能汽车人机交互设计现状 (7) (一)人机交互研究呈多学科融合特征 (7) (二)以用户为中心的设计理念和设计流程 (8) (三)智能化趋势对人机交互提出更高的要求 (9) (四)国内外典型的人机交互系统 (10) 1、宝马iDrive 系统 (11) 2、奔驰COMAND 系统 (11) 3、奥迪MMI 系统 (11) 4、安吉星系统 (12) 5、福特MyFordTouch 系统 (12) 6、沃尔沃SENSUS 系统 (13) 7、日产CARWINGS 系统 (13) 8、丰田G-book 系统 (14) 9、荣威inkanet 系统 (14) 10、比亚迪DiLink 智能网联系统 (15) 三、智能汽车人机交互发展趋势 (15) (一)交互内容和场景的扩展 (15) 1、智能汽车与环境充分交互 (16)

2、智能汽车的多场景化交互 (16) 3、车内及车外信息显示与分析 (17) 4、智能汽车人机共驾交互设计 (17) (二)交互方式的创新和新技术的应用 (18) 1、显控一体化交互 (18) 2、多通道协同交互 (19) 3、基于生物识别和感知技术的人机交互 (19) 4、基于智能化技术的情感交互 (20)

虚拟现实技术-综述

浅谈虚拟现实技术在规划领域中的应用 作者:Why 摘要:随着信息时代的到来,越来越多的高新技术应用到社会的各个领域中来,而作为信息技术发展的首要驱动力的“虚拟现实”技术也越来越多地应用到规划领域中来。本文着重论述了虚拟现实技术在城市规划中的应用范围、应用的意义及其为我们带来的便利。 关键词:虚拟现实、范围、发展、迫切性、城市规划 虚拟现实(Virtual Reality,简称VR),又称灵境技术,是90年代为科学界和工程界所关注的技术。它的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域;为智能工程的应用提供了新的界面工具;为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。它是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境,具体的说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互使用、相互影响,从而产正亲临其境的真实环境的感受和体验。这种技术的应用,改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式,尤其在需要对大量抽象数据进行处理时;同时,它在许多不同领域的应用,可以带来巨大的经济效益。 1、虚拟现实技术的发展概述 1965年,Sutherland在篇名为《终极的显示》的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想,从此,人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。 随后的1966年,美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个HMD的样机完成不久,研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年,出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所取得的一系列成就,美国的JaronLanier在80年代初正式提出了“VirtualReality”一词。 80年代,美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究,并取得了令人瞩目的研究成果,从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年,NASAAmes研究中心虚拟行星探测实验室的M.McGreevy和J.Humphries博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器,将火星探测器发回的数据输入计算机,为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站(VIEW)项目中,他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥现设备。 进入90年代,迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配,使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能;人机交互系统的设计不断创新,新颖、实用的输入输出设备不断地进入市常而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基矗例如1993年的11月,宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作,而用虚拟现实技术设计波音777获得成功,是近年来引起科技界瞩目的又一件工作。可以看出,正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域,如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等,人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与兴趣。 2、虚拟现实在规划领域的应用范围 虚拟现实在规划信息存储和查询系统中的应用 例如土质数据库系统,地域信息系统,地理信息系统,城市政策信息系统等。这一类系

毕业论文:浅谈虚拟现实技术

论文虚拟现实技术

浅谈虚拟现实技术 摘要虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段,其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域,涉及的关键技术,最新研究进展,应用与前景展望。 关键词虚拟现实技术,研究现状,相关应用,信息安全 一.虚拟现实的概念、特征及应用领域 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界,是一个看似真实的模拟环境,通过多种传感设备,用户可根据自身的感觉,使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知,并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段,其核心是建模与仿真。 虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置,如摄像机、地板压力传感器等。 (虚拟现实技术穿戴的装备)

GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出,虚拟现实具有三个最突出的特征,即人们称道的“3I”特性:交互性(interactivity) 、沉浸感(Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备,用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征,它是指参与者在纯自然的状态下,借助交互设备和自身的感知觉系统,对虚拟环境的投入程度。构想性是指借助虚拟现实技术,使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能,由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。 所以,“3I+M”就是虚拟现实系统的基本特征。 自1968年Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的论文至今,虚拟现实技术已经伴随着计算机技术的进步得到长足的发展。如今,众多的设备可被用于虚拟现实,包括头戴式显示器、数据手套、动作捕捉系统等[1]。虚拟现实技术已经在诸如建筑设计、军事仿真、虚拟制造、游戏娱乐、医学等领域得到广泛的应用。在教育、心理学、环保、文化艺术领域,虚拟现实技术也得到越来越多的关注[2]。 二.虚拟现实涉及的关键技术[3] 虚拟现实的关键技术主要包括:动态环境建模技术,实时三维图形生成技术,立体显示和传感器技术,应用系统开发工具,系统集成技术,实时三维计算机图形技术,广角立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,触觉、力觉反馈技术,立体声、语音输入输出技术。 动态环境建模技术:虚拟环境的建立是VR系统的核心内容,目的就是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。 实时三维图形生成技术:三维图形的生成技术已经较为成熟,那么关键就是“实时”生成。为了达到实时的目的,至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒,最好高于30帧/秒。

虚拟现实技术在军事训练中的应用及发展前景

虚拟现实技术在军事训练中的应用及 未来发展前景 一、综述 虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是一系列高新技术如计算机软件、硬件、图形学、多媒体、人工智能、智能人机接口、传感器、高性能计算技术以及人类行为学、心理学等多领域最新技术的汇集与融合。 它是建立在自动控制技术、计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感器技术及人工智能技术基础之上,本质上是一种在系统仿真技术的基础之上发展起来的高级接口技术,但是它与仿真技术有明显的区别。虚拟现实的目的是为人与实际环境之间接的交互提供一种自然的、方便的界面,即所谓的虚拟环境。虚拟环境可以给人一种进入真实环境的效果,人可以与虚拟环境交互,通过改变虚拟环境,进而实现改变实际环境的目的。 像IT界其他高新技术一样,比如计算机、Internet等,这些新技术不仅是首先应用于军事领域,同时军事领域的应用需求与研究也是这些技术逐步发展成熟的决定性推动力量,VR技术也不例外,在军事训练准备中发挥着越来越重要的作用。下面就对虚拟现实技术在军事训练中的应用和发展前景做简要的分析。 二、虚拟现实技术特点 1.对于一个人造的环境,人需要有参与的感觉,不能只是此环境的

外部观察者,人要对虚拟现实技术中的武器装备进行自主操作,在虚拟技术中掌握武器装备的使用方法。 2.虚拟现实依赖于3维立体的、头跟踪的显示,以及手身体跟踪和双耳声音,虚拟现实是一种有临场感的多传感的体验,给人以身临战场的真实感觉。 3.虚拟现实技术中的场景与实际作战场景的地形和标志物相似,可以使作战人员提前适应战场环境。 4.虚拟现实技术中设计各种突发事件,增强士兵处理突发事件的能力,培养作战小分队的团结协作能力。 三、在军事训练中的应用 (一)在新式武器研究方面 在新式武器与装备的研制和应用上,军事模拟也可以得到很大的效益。 比如,在美国国防部测绘局在1995年8月到9月北约对波黑进行大规模空袭期间,曾在意大利的空军基地建立一个作战模拟设施,利用侦察卫星拍摄的高分辨率图像与测绘据提供的波黑地区的数字地图相结合,通过作战模拟所产生的灵境环境,模拟战斗机在波黑地区上空的飞行。 经过这个仿真环境的训练,极大地提高了实战的成功率和飞行员的适应性。 (二)作战训练与人才培养方面 这些方面的应用主要体现在以下几个方面:

本科毕业设计论文--虚拟现实场景模拟论文

虚拟现实课程学习实践报告 院系:理学院数学系 专业:应用数学 班级:应数1301 学号:131003014 姓名:李媛媛 任课教师:侯筱婷 日期:2016年5月

VRML基础——三维场景建模 一.参考“VRML2.0交互式三维图形编程”等文献资料,回答下列问题。 1)field, exposedField, eventIn, eventOut(P13) 节点有的是用来定义三维形体,有的是用来定义形体的显示特征如颜色,有的是用来产生形体的运动等变化,每一个节点都有一个或者多个参数,这些参数称为字段(field)及事件(event).字段有两种类型:field,exposedField,事件也有两种:eventIn,eventOut,我们把它翻译成事件进和事件出 2)vrml的坐标系统(国际标准规定,P16) VRML文件显示的是三维空间的物体,将其所生产的物体放置在一个符合右手螺旋法则的三维坐标系中,可以将这个坐标系看做是程序的总体坐标系,国际标准规定:物体从+Z轴方向投影在一个+X轴向右、+Y轴向上的二位坐标系统中,+Z轴朝外,人的眼睛及观察点的坐标为(0 0 10)人的眼睛朝原点看去,这是缺省时的观察位置及观察方向。 3)局部坐标系(P16,Transform节点构建局部坐标系P37) 一些VRML程序中的Transform,Group节点可以使多个物体组成一个节点组,节点组可以放置在空间的任意地方,也可以在程序中移动或旋转节点组的坐标,一个大节点组里可以有小节点组,小节点组里可以有小小节点组,每个节点组拥有一个坐标系,称为这个节点组的局部坐标系。Transform是一个重要的组节点,它可以构成一个局部坐标系,利用translation,rotation,scale等字段可以对Transform的字节点中的形体产生移位、旋转、比例放缩等效果。 4)Appearance节点(P22)的三个域material、texture(重点:ImageTexture 节点)、 textureTransform(P109用来实现纹理的几何变换,产生特殊效果纹理,比如贴图的重复和部分显示) Appearance节点可以用来定义形体的外观效果,如材质、贴图。其三个域为material、texture、 textureTransform。可以用在material后面的节点是Material,它定义了物体的材质。可以用在texture后面的节点是ImageTexture,Movietexture,Pixeltexture三个节点,texture在计算机图形学里表示纹理。ImageTexture,Movietexture,Pixeltexture分别表示静止图片纹理、运动影像纹理、像素图纹理。可用在textureTransform后面的节点为TextureTransform,这一节点可以用来进行纹理的几何变换,以产生特殊效果的纹理,还可以使贴图旋转。 5)Extrusion挤出造型节点(P23,扭曲造型怎样实现) 通过Extrusion节点可以生成一个拉伸体,拉伸及诶单形成一个形体,形体由一个断面沿着三维空间里的一条折线段伸展而成,断面在不同位置可以有比例的变化甚至旋转,由此生成我们所需要的有复杂形状的物体。 6)和空间中点相关的节点:Coordinate节点(P23)、PointSet节点(P29-30,用Material节点的emissiveColor来定义点的颜色,模拟夜空中的星星)Coordinate节点只有一个字段:point,表示点的坐标,由于这个字段是exposedField字段,因而可以在程序运行时改变点的坐标。PointSet节点有两个字段,并且是在程序运行时可以改变的字段,PointSet节点主要用于表示夜晚天空的星星,点的大小不能定义,可以定义多个点的坐标和颜色,也可以只定义点的坐标,点的颜色利用Material节点的emissiveColor.

综述虚拟现实技术及其应用

浅谈虚拟现实技术及其应用 (计算机科学与技术专业2010级张有伟学号:201005131 ) 摘要:虚拟现实技术是才兴起的一门崭新的综合性信息技术,在最近几年发展迅速,其应用领域涉及到教育、军事、娱乐和医学等许多行业。它的出现为人们的生活和工作带来了很多的便利。本文概述了虚拟现实技术的概念、基本特征和技术分类,提出了虚拟现实技术发展的技术瓶颈,阐述了虚拟现实技术应用和优势。 关键词:虚拟现实;沉浸;交互;想象; Virtual Reality;Immersion;Interaction;Imagination 一、虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)是一项综合集成技术,它的出现是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。它利用计算机生成逼真的3维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉,使用户通过适当装置,自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用。简单地说,虚拟现实技术就是用计算机创造现实世界。 二、虚拟现实技术特征 虚拟现实技术3个特征,即:沉浸感、交互性、想象性。 沉浸感是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到计算机生成的虚拟场景中的能力,用户在虚拟场景中有“身历其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的,完全与真实环境中感受的1样。它是虚拟现实系统的核心。 交互性是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和

谐的关键性因素。用户进入虚拟环境后,通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用,用户可以进行必要的操作,虚拟环境中做出的相应响应,亦与真实的一样,如拿起虚拟环境中的1个篮球,你可以感受到球的重量,扔在地上还可以弹跳。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等,例如,当物体受到力的作用时,物体会沿着力的方向移动、翻到或者从桌面落到地面等。 想象性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中,与虚拟环境进行了各种交互作用,从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识,从而可以深化概念,萌发新意,产生认识上的飞跃。因此,虚拟现实不仅仅是1个用户与终端的接口,而且可以使用户沉浸于此环境中获取新的知识,提高感性和理性认识,从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去,系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复,这是1个学习——创造——再学习——再创造的过程,因而可以说,虚拟现实是启发人的创造性思维的活动。 三、虚拟现实技术的分类 虚拟现实是从英文Virtual Reality1词翻译过来的,Virtual就是虚假的意思,Reality就是真实的意思,合并起来就是虚拟现实,也就是说本来没有的事物和环境,通过各种技术虚拟出来,让你感觉到就如真实的一样。实际应用的虚拟现实系统可分为4类: 1、桌面虚拟现实系统,也称窗口中的虚拟现实。它可以通过桌上型机实现,所以成本较低,功能也最简单,主要用于CAD(计算机辅助设计)、CAM

虚拟现实技术在自动变速器3D仿真的应用本科毕业设计论文

本科毕业设计(论文) 题目:虚拟现实技术在自动变速器 3D仿真的应用

毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期: 指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

人机交互风格及其发展趋势 (UI设计发展趋势)

人机交互风格及其发展趋势 (UI设计发展趋势) 摘要人机交互的风格经历了命令界面、图形界面、多媒体界面等主要发展阶段,目前正向虚拟现实技术和多通道用户界面的方向发展。本文简要回顾人机交互技术的历史,并进而探讨什么是理想、自然的人机交互模式。 关键词人机交互交互风格多通道用户界面虚拟现实 Abstract The style of human computer interaction has gone through several stages includingcommand user interface, graphical user interface, direct manipulation user interface,multimedia user interface, and is rogressing toward multimodal user interface and virtualreality. This paper reviews the history of human computer interaction and discuss what isthe ideal and natural human computer interaction mode. Key Words Human computer interaction Interaction style Multimodal user interface Virtualreality 引言 人们对人机系统关系的认识问题,伴随着人机关系基本观点的变化由来已久。在计算机出现的不足半个世纪的时间里,人机交互技术经历了巨大的变化。以下从几个不同的角度来观察和总结人机交互技术发生的变化及发展趋势: (1)就用户界面的具体形式而言,过去经历了批处理、联机终端(命令接口)、(文本)菜单等多通道——多媒体用户界面和虚拟现实系统。 (2)就用户界面中信息载体类型而言,经历了以文本为主的字符用户界面(CUI)、以二维图形为主的图形用户界面(GUI)和多媒体用户界面,计算机与用户之间的通信带宽不断提高。 (3)就计算机输出信息的形式而言,经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实系统。在符号阶段,用户面对的只有单一文本符号,虽然离不开视觉的参与,但视觉信息是非本质的,本质的东西只有符号和概念。在视觉阶段,借助计算机图形学技术使人机交互能够大量利用颜色、形状等视觉信息,发挥人的形象感知和形象思维的潜能,提高了信息传递的效率。早期的计算机系统只有单调的峰鸣声,虽然多媒体技术将声频形式和视频形式同时带入人机交互,但仍缺少听觉交互手段,即人处于被动收听状态,声音缺少位置和方向的变化,交互输入方面仍沿用图形用户界面所采用的键盘和鼠标器等交互设备。当前,在人机交互中结合进视觉的、听觉的以及更多的通道是必然趋势,特别是将听觉通道作为补充的或替换的信息通道已显示出重要性和优越性〔1〕。 (4)就人机界面中的信息维度而言,经历了一维信息(主要指文本流,如早期电传式终端)、二维信息(主要是二维图形技术,利用了色彩、形状、纹理等维度信息)、三维信息(主要是三维图形技术,但显示技术仍利用二维平面为主)和多维信息(多通道的多维信息)空间。 不论从何种角度看,人机交互发展的趋势体现了对人的因素的不断重视,使人机交互更接近于自然的形式,使用户能利用日常的自然技能,不须经过特别的努力和学习,认知负荷降低,工作效率提高。这种“以人为中心”的思想特别是自80年代以来,在人机交互技术的研究中得到明显的体现。本文通过简要回顾和

虚拟现实技术的历史与发展

虚拟现实技术的历史与发展 摘要:虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势,并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词:虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality,又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术,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的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术,主要有三个特性,分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性,是指利用计算机产生的三维立体图像,让人置身于一种虚拟环境中,就像在真实的客观世界中一样,能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性,在计算机生成的这种虚拟环境中,人们可以利用一些传感设备进行交互,感觉就像是在真实客观世界中一样,比如:当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时,手就有握东西的感觉,而且可感觉到物体的重量。 3.构想性,虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识,提高感性和理性认识,从而使用户深化概念和萌发新的联想,因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段:1963 年以前,蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段;1963年~1972 年,虚拟现实技术的萌芽阶段;1973 年~1989 年,虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段;1990 年至今,虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段:虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术,它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝,就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景,风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用,它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机,发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器,让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年,Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明,就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明,都蕴涵了虚拟现实技术的思想,是虚拟现实技术的前身。 第二阶段:虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统,是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段,为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段:虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统,将产生一个虚拟图形环境,使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统,在装备了数据手套和头部跟踪器后,通过语言、手势等交互方式,形成虚拟现实系统。 第四阶段:虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段,广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中,如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统,对虚拟的军事演习也能达到

虚拟现实文献综述

《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述 摘要:教育部在一系列相关的文件中,多次涉及到了数字校园,阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界,提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发,有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用,可以大大提高校园展示效果,也能够体现校园个性方面的优势,对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词:虚拟现实;数字校园;基本概况 前言 教育部在一系列相关的文件中,多次涉及到了虚拟校园,阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域,在这个三维的校园里,空间次序的视觉理解和感知变得非常容易,使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1],其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物,都栩栩如生的呈现在我们的眼前,三维虚拟校园模拟真实世界,提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站,直接通过网络浏览器察看,其丰富的、人性化的信息查询等功能,有效提高大学的美誉度,有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性,可以优化领导管理,对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。 一、虚拟现实技术的发展状况的研究 虚拟现实(Virtual Reality)技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术,它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境,可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互,产生身临其境的感受,从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起,为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域,该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。 在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征:(1)多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外,还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。(2)存在感。指用户感动作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。(3)交互性。指用户对模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。(4)自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。 虚拟现实技术自诞生以来,其应用一直受到科学界、工程界的重视,并不断取得进展,虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲,虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5],其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此,虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。 二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析 目前,数字校园存在有2个定义,并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度,数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体;另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚

人机交互系统概述

人机交互系统概述

随着国家信息化步伐的加快和高等教育的规模的扩大,社会对计算机专业的人才的需求不仅体现在数量的增加上,而且体现在质量要求的提高上,培养具有研究和实践能力的高层次的计算机专业人才已成为许多大学计算机专业教育的主要目标。这些,足以说明人机交互在我们的发展中开始占据一定的地位了,我们应该开始逐渐重视人机交互带给我们的影响。 以往对计算机软件的研究,较少关心人的因索问题。重点就在如何最有效地使用两种宝贵的资源——计算速度和存储空间。程序的效率是最高目标。现在,由于硬件价格急剧下降,越来越强的适用于图形的个人计算环境的出现,我们可以首要考虑如何使用户的使用效率最高,而不是着重于计算机的效率。许多功能相似的图形交互式系统已经走入市场。能否取得成功,取决于该系统使用起来是否方便。如何使系统在使用时变得方便已经成为设计中越来越要考虑的关键问题。用户与计算机接口的实际计算机科学。感性心理学认知心理学,且人的因素对一个成功的设计者来说,也是非常关键的。建立友好的人机交互界面的目的就是使系统对它的用户来说既易于理解又易于使用。 但是,什么是人机交互呢? 所谓人机交互就是指关于设计、评价和实现供人们使用交互式计算机系统,并围绕相关的主要现象进行研究的学科。狭义的讲,人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换,它主要包括人到计算机和计算机刀刃的信息交换两部分。对于前者,人们可以借助键盘、

鼠标、操纵杆、数据服装、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等设备,用手、脚、声音、姿势、或身体的动作、视线甚至脑电波等向计算机传递信息;对于后者,计算机通过打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器、音箱等输出或显示设备向人们提供可理解的信息。人机交互是一门综合学科,它与认知心理学、人机工程学、多媒体技术、虚拟现实技术等密切相关。其中,认知心理学与人机工程学是人机交互技术的理论基础,而多媒体技术、虚拟现实技术与人机交互是相互交叉渗透的。 人机交互的研究内容很广泛。涵盖了很多方面,如建模、设计、评估等理论和方法,以及在Web、移动计算、虚拟现实等方面的应用研究,主要包括了以下内容。 1.人机交互的界面表示模型与设计方法 友好的交互界面的开发离不开好的交互模型与设计方法。因此,研究人机交互界面的表示模型与设计方法是人机交互的重要研究内容之一。 2.可用性分析与评估 可用性人机交互关系到人机交互能否达到用户期待的目标,以及实现这一目标的效率和便捷性。对人机交互系统的可用性分析与评估的研究主要涉及到支持可用性的设计原则和可用性的评估方法等。 3.多通道交互技术 多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界

浅述虚拟现实技术的现状及发展前景

浅述虚拟现实技术的现状及发展前景 虚拟现实技术是一门新兴的边缘技术,它的研究内容涉及多个专业,应用空间也十分广泛,作为3D技术的一项重要应用,其在指控显示方面也有着重要的发展应用前景,下面就从以下几个方面对虚拟现实技术的发展状况进行简单的概述。 首先,从虚拟现实技术的定义入手,了解其基本内容。虚拟现实,又译为临境,灵境等,从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术,也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境,通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉,并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。虚拟现实的主要特征是:多感知性、浸没感、交互性、构想性。这些使操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征,对时空环境的现实构想是虚拟现实的最终目的。 其次,对国内外虚拟现实技术的发展历史及现状进行简单的总

结,全面认识虚拟现实技术的产生背景和现在的发展状况。国内外虚拟现实技术主要涉及到三个研究领域:通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果;建立对虚拟世界的观察界面;使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。 美国是虚拟现实技术研究的发源地,虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而,随着冷战后美国军费的削减,这些技术逐步转为民用,目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。上世纪80年代,美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究,并取得了令人瞩目的研究成果,美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护虚拟现实训练系统,空间站虚拟现实训练系统,并已经建立了可供全国使用的虚拟现实教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行虚拟现实研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在虚拟现实领域主要从事利用虚拟现实T建立未来办公室的研究,并努力设计一项基于虚拟现实使得数据存取更容易的窗口系统。图形图像处理技术和传感器技术是以上虚拟现实项目的主要技术。就目前看,空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。 欧洲各国在虚拟现实技术上也有诸多成果和应用。英国在虚拟现

毕业设计虚拟校园三维模型设计制作

目录 摘要 (2) 前言 (4) 1.论文的选题背景与研究意义 (5) 1.1选题的背景 (5) 1.2论文的研究意义 (5) 2.当前虚拟现实系统的主要问题与发展方向 (5) 2.1虚拟现实系统中场景建模的问题 (5) 2.2虚拟现实系统中场景绘制的主要问题 (6) 2.3虚拟现实系统今后的发展方向 (7) 3.虚拟校园系统的三维建模 (7) 3.1场景的建模技术 (7) 3.1.1基于图形绘制的建模技术 (7) 3.1.2基于图像的建模绘制技术 (8) 3.1.3基于图形与图像的混合建模技术 (9) 3.2层次细节模型生成和绘制 (9) 3.3系统的建模方法 (10) 4.建模设计与数据表现 (11) 4.1三维建模的原则 (11) 4.2实体建筑的构建 (12) 4.2.1构建实体建筑的基本原理 (12) 4.2.2实体建筑的构建 (12) 5.建模中常见的问题 (16) 5.1过分强调细节 (16) 5.2实体拼接组合的位置关系不正确 (16) 5.3存在冗余多边形 (17) 结束语 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20)

摘要 随着计算机技术、通信技术及其他相关技术的飞速发展,虚拟现实的仿真技术也日益成为当前研究的热点。通常传统的校园三维立体图内容单一,缺乏实体感,实用价值受到限制,而虚拟校园是将虚拟现实技术引入到“数字校园”的研究中,为校园的规划和设计提供了一种全新的手段。虚拟校园三维模型不仅能自然、真实、形象地表达现实世界的对象,而且拓展了现实校园的时间和空间维度,从而扩展其功能。 本文在分析了虚拟现实(Virtual Reality)技术的概念、基本特征及其在国内外发展应用情况的基础上,结合校园的具体情况,构建了基于Web的VCS虚拟校园系统采用图形与图像混合建模技术,实现了VCS虚拟校园系统的三维建模,并对虚拟世界中复杂物体建模技术进行了探索,总结出了树木、花草等复杂对象建模的一般方法,分析并解决了几何体的纹理映射问题,极大地减少了场景制作的工作量。 关键词:虚拟校园,三维建模,

相关文档
最新文档