虚拟现实系统简介

1.4 虚拟现实的关键技术
❖ 虚拟现实技术是一项综合技术，它以计 算机技术为核心，以显示技术为基础， 把计算机图形图象处理、人机接口、显 示技术、传感技术、控制技术、通信技 术等一系列高科技领域的最新成果汇集 于虚拟现实的实践中，成为一门很有前 途的应用科学。
❖ 在VR系统中起到关键性作用的技术主要 有：
1.2 虚拟现实技术的概念
❖ 3、具有方便自然的交互手段 ❖ 交互性（interaction）是对VR系统最基本的
要求之一。它是指参与者虚拟环境中所遇到的 各种对象的相互作用能力。人可以抓取、释放 或搬移虚拟世界中的物体，甚至与某些拟人化 物体交谈。 ❖ 4、系统要具有实是性 ❖ 系统要实时地跟踪参与者的观察方、手部和身 体的运动情况，实时产生相应的画面、声音等 反馈，从而达到身临其境的切身感受。
1.2 虚拟现实技术的概念
❖ 2、参与者在虚拟环境中具有主动性
❖ 参与者在虚拟环境中不是被动地依据固定的程式 去观看虚拟环境里的各种物体，而是可以根据自 己的意愿主动地去观察、改变或影响场景中的对 象。例如，当参与者在一个VR系统中随意转动头 部或移动其中的物体时，他所看到的景物应该随 之逼真地变化，还应该具有声音和触觉等形式的 反馈。
3D 物体表示
1.2 虚拟现实技术的概念
❖ 由于虚拟现实技术在不同领域应用时所要实 现的功能各不相同，所以很难给出严格的定 义，但是，任何VR系统都具有以下几个特 点。
❖ 1、参与者可“沉浸”在虚拟环境中
❖ VR的“沉浸”（immersion）特性是指暂 时把参与者与现实环境相隔离，使其全身心 置于计算机所创建的三维虚拟环境之中，感 到虚拟环境的存在，这样，可以使参与者更 自然、更直接地与虚拟环境中的各种对象进 行交互。
1.3虚拟系统组成
• 虚拟现实系统可分为三大类：桌面虚拟 现实系统（Desktop VR）、临境虚拟 现实系统(Immersive VR)和分布式虚 拟现实系统(Distributed VR)。
• 1) 桌面VR也称为窗口中的VR。这类 系统由于采用标准的CRT显示器和立体 (Stereoscopic)显示技术，其分辨率 较高，价格较便宜。在使用时，桌面 VR系统设定一个虚拟观察者的位置。 桌面VR系统通常用于工程CAD、建筑 设计以及某些医疗应用。
1.1 虚拟环境
பைடு நூலகம்
1.1 虚拟环境
❖ 虚拟环境实质上不在是建立在一维的数字化
信息空间，而是建立在一个多维信息空间的 集成化环境，而虚拟现实 (Virtual Reality VR)
技术是支撑这种集成环境的关键技术，是一 种新的人—机界面形式，它为用户（参与者） 提供了一种临境(immersive)和多感觉通道 （multi-sensory）的体验，试图寻求一种最 佳的人-机通讯方式。虚拟现实也被称为人工 环境(artifical environments)、电脑空间 (cyberspace)、人工合成环境(synthetic environments)、虚拟环境(Virtual Environment)。
1.1 虚拟环境
❖ 虚拟现实技术近年来在技术研究领域十分活跃，它 包容了计算机图形学、多媒体技术、人工智能技术、 人机接口技术、传感器技术、并行实时计算技术和 人的行为学等关键技术，是多媒体技术的一种发展 境界。与传统计算机相比，VR系统有着三个重要 的特点：
临境(immersion)； 交互性(interactivity)； 想象(imagination)。
1 VE (Virtual Environment) 技术简介
虚拟环境是相对于实环境的，并有人的操 作和参与而形成的一种虚构的、视觉上的、 听觉上的、感觉上的存在，是一种物理意 义上的人机交互和抽象组合，而这种存在 是由计算机系统产生的。在实环境中，人 们可以直接的感受到实际的物体和存在， 并与其进行交互和远程操作。而虚拟环境 是一种利用显示技术虚构的环境，只是在 感觉上能够体验到的一种境界。
1.3虚拟系统组成
❖ 2）临境VR系统利用头盔显示器把用户 的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，产 生一种身在虚拟环境中的错觉。
❖ 3）分布式VR则是在临境VR系统的基 础上将不同的用户（参与者）联结在一 起，共享同一个虚拟空间，使用户达到 一个更高的境界。分布式VR的基础是 分布交互模拟(Distributed Interaction Simulation )。
1.4 虚拟现实的关键技术
❖ 1、三维真实感图象的实时生成
❖ 对于三维真实感造型，大家一定不会陌生。只要有足够 的时间，计算机图形学方法就可以产生具有高度真实感 的物体图象。但是，VR的实是特性所限定的正是时间。 VR系统要对参与者的行为反应灵敏，并保持内部的一 致性和连贯性，因此，计算机系统必须具备强大的运算 功能，才能在进行三维图形消隐、浓淡、阴影、纩理处 理的同时，保证显示图象的“更新率”能满足目标的要 求，否则就会出现严重的“滞后”（latency）问题。 所谓“滞后”即动作开始与反映这一动作的画面在显示 器上出现之间的时间间隔。
1 VE (Virtual Environment) 技术简介
科学技术的发展使得人们对信息的需求越来越多， 人门对信息的接受和理解变得也愈重要，人门不 再满足通过数字、图像的方式观察信息的处理结 果，而迫切需要通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、 以及形体、手势或口令，并直接参与到信息的处 理环境中，获得身临其境的感觉。
❖ 这三者都与人密切相关。我们可以简单地说，VR 是计算机图形学和人-机交互技术的发展产物。但 从更广泛的意义上讲，VR是人与技术系统完美的 结合，人在整个系统占有重要的地位。
1.2 虚拟现实技术的概念
❖ 虚拟现实的景物可以是真实物体的模型，如 还没有施工的房屋、正在设计中的工厂或产 品的工程模型；可以是现实中看不到的抽象 模型，如化学分子结构、飞机机翼的超音速 气流模型；甚至可以是利率、股票等金融信 息的三维模型表示。无论怎样，它们都利用 了现实世界中存在的数据，将计算机产生的 电子信号，通过多种输出设备转换成能够被 人类感觉器官所感知的各种物理现象，如光 波、声波、力等，使人感受到虚拟境界的存 在。这种现实是计算机生成的，又是现实世 界的反映，是真实现实的一种表现形式，因 此，称之为虚拟现实。