虚拟现实技术课件第二章
跟踪球的外观以及原理图
机械传感器产品二------3-D探头
第一个3-D探头的诞生 1993年秋Immersion Corporation推出的“Immersion Probe”（沉浸感探头 ）。它包括一个安装在支座上的，有传感器的小型机械臂。这 个探头有六个关节（关节0到关节5）。每个转动关节表示一个自 由度，于是探头有六个自由度，这允许同时确定探头尖端的位 置和方向。 工作原理 尖端相对底座的位置是通过直接动力学计算，根据传感器数据 （关节角）和机械链长度得到的。主计算机上的软件经过RS232 接口读取关节传感器数据，然后利用它的动力学模型确定尖端 的位置。 传感器的分辨率以及测量速度和精度 对探头“Probe-IC”是0.7°，而对探头“Probe-IX”是0.35°。测量速度 可能达到200位置/秒，执行时间仅3毫秒 。存在误差的原因是关 节传感器的分辨率，温度变化和关节的公差。探头的误差会由 底座到尖端累积。 优点 它的测量不受磁场干扰，因为探头是机械结构。
传感手套---PowerGlove
特点 与DataGlove和CyberGlove（价值几千美元）比较， PowerGlove是很便宜的产品，它的价格只有约50美元。 在1989年大量销售（达到4千万美元），用于Nintendo（任 天堂）的基于手套的电子游戏。 原理 为了保持低价格，手套设计使用了很多廉价的技术。手腕 位置传感器是超声传感器，超声扬声器放在PC监视器上， 而超声麦克风放在手腕上。弯曲传感器是导电墨水传感器 。传感器包括在支持结构上的两层导电墨水。墨水在粘合 剂中有炭粒子。当底座弯曲时，在弯曲的外侧的墨水就延 伸，造成导电炭粒子之间距离增加。这使传感器的阻值增 加。反之，当墨水受压缩时，炭粒子之间距离减小，传感 器阻值也减小。阻值数据经过简单的校准就转换成关节角 数据。
位姿传感器——机械式传感器
原理
机械式传感器可分两类：
“安在身体上的”机械跟踪器中，机械全部安在 身上。
• 测角器
“安在地面上的”机械跟踪器中，机械部分安在 地面。
•机械链接
测角器（“安在身体上的”机械跟踪器）
安在身体上的机械链(外骨骼或测角器)，常用作关节角测量 与触觉接口结合，可形成力反馈外骨骼 它是轻便的可移动的，有全范围的运动测量，因为与肢体运动 有同样的工作空间。要求使用其它方法跟踪身体运动。 测量角的使用方法有两种 得到关节角 得到末端位置 测角器与关节的校准是困难的，特别是对多自由度关节 例如：肩膀 由于测角器是肢体外部的外骨骼，所以它的转动中心不同于关 节转动中心。由于运动的不一致，在测角器和运动肢体之间存 在着滑动。人的关节不是完善的铰链关节或球关节，转动轴随 关节角而移动。 对于测角器，必须研究装配和测量的问题 例如对不同人体的调整、与关节的调节、足够硬的连接、链接 与肢体的校准等
安在地面上的机械链接
作用： 安在地面上的机械链接主要用于大自由度末端跟踪，如头或手 的位姿跟踪。它不会引起上述的关节角测量有关的问题。 哪些问题？
要求操作者牢固地抓住手操作器，或者要求头盔牢固地缚在头上。 安在地面上的机械链接比安在身体上的链接更容易产生力反馈，因为 驱动器不必安在身体上。
缺点： 缺点一：
弯曲—伸直
外展—内敛 前位—复位
传感手套的研究意义？ 手是人与外界进行物理接触及意识表达的主要媒介。 当人与计算机控制系统进行交互操作时,传统的输入输出 接口设备,如键盘、鼠标等只能限制手在桌面上或一个小 区域内进行简单的运动控制,而表达意识的大多数手的自 然运动被牺牲了,妨碍了人们对系统控制意识表达的全面 性与灵活性。 数据手套可以跟踪操作者灵活多变的手势及空间方位,使 操作者自然而然地将自己的意识传送至计算机。因此数据 手套作为一种重要的人机交互接口,广泛地应用于虚拟现 实的研究领域中。
工作原理
每个关节的弯曲角由一对应变片的阻值变化间接测量。在手指运动时，一个应变 片受压，另一个应变片受拉。它们的电阻变化就造成电桥上电压的变化。手套上 每个传感器有一个电桥电路。这些差分电压由模拟多路扫描器（MUX）进行多路传 输，再放大并由A/D转换器数字化。数字化的电压被主计算机采样，再经过校准程 序得到关节角度。关节零位的位置可以用硬件改变（利用偏置电位计），也可以 用软件改变（利用图形接口）。
数据手套的校准
把原始的传感器读数变成手指关节角的过程称 为手套校准。每当开始一次新的仿真，戴上数 据手套时，都必须重新作校准。这是因为不可 能知道是否用户把手套松紧合适地戴在手指上 。
传感手套---CyberGlove
应用时间
1992年底，VPL倒闭，CyberGlove已经取代了DataGlove
传感手套---数据手套
应用最多的，应用最早的传感手套 至今应用最多的传感手套是VPL公司的数据手套DataGlove，它也 是第一个推向市场的。 使用的材料 传感手套使用光纤，光纤安装在轻便且有弹性的Lycra手套上。 它还使用Isotrack 3-D位置传感器。 工作原理 手指的每个被测的关节上都有一个光纤维环。纤维经过塑料附 件安装，使之在手指弯曲时作小的移动。在标准的布局中，每 个手指背面只安装两个传感器，以便测量主要关节的弯曲运动 。 在手指关节弯曲时，光纤壁改变其折射率，于是在手指弯曲处 的光线就漏出。这样就可能根据返回光线的强度间接测出关节 角。 光纤传感器的优点 是轻便和紧凑，用户戴上手套感到很舒适。
非接触式测量（低频磁场、超声、雷达、红外 摄像和LED等）已经代替机械臂等接触式测量。
（4）3-D传感器都具有一些共同的参数。例如：
采样结果之间的时间延迟。
传感器的精度
即实际位置与所测出位置的差。
分辨率
是传感器检测的“粒度”，即检测的最小的位置变化。
位姿跟踪常用的性能参数有：
2. 磁传感器 3. 光传感器
4. 声传感器
5. 惯性传感器。
2 各种位姿跟踪器的比较
3 研究要求
位姿跟踪器要求合适的性能和合理的价格。 例如对肢体跟踪，某些光学传感器是精确快速的，但对 日常应用太贵（在5万到10万美元范围），特别是为了 防止阻挡和增加工作空间而加倍安装时。 位姿跟踪器必须使用某些校准过程 为了得到关节角，必须使用某些校准过程，在肢体上建 立坐标系。此后的关节角计算将接近真实的生物机械角 。 对整个人体跟踪，工作空间大小是重要问题。 应该能在足够大的空间跟踪运动人体，并且不会损失分 辨率，不必担心遮挡。被跟踪的人应能在建筑中由一个 房间走到另一个房间。如果人体所有主要部分都被跟踪 ，则要求安装某些东西在人体上（反光器，标记，测角 器）
传感手套---Dextrous Hand Master (灵巧手设备)
应用时间 1990年Exos公司推出 戴在用户手背上的金属外骨架结构。 工作原理 每个手指有4个传感器，五个手指就有20个传感器。每个角度由 安装在机械结构关节上的霍尔效应传感器测量。 特点 结构设计仔细，使手组织柔软性的影响最少。 这些复杂的机械设计造成了高成本（至今最昂贵的传感手套）
安在地面的机械链接的一个缺点是操作者被连在地面，工作空间受到 限制。即使希望有较长的机械臂，两段机械手臂也限制在约2m。只有 在操作者坐着不动时，这才是好的方案。
缺点二：
另一个缺点是可测量的自由度数目受到限制，通常六个。对于同时测 量多个臂或测量冗余的链接，这都有问题。例如多手指运动一般不用 安在地面的链接。此外，人的手臂是冗余的7自由度机构，安在地面 的链接不能解决这种冗余。
专门设计的夹紧弹簧和手指支撑保证在手的全部运动范围内设备的紧 密配合。设备是用可调的Velcro带子安装在用户手上。附加的支撑和可 调的杆使之适应不同用户手的大小。
范例 跟踪球Dimension6，安装有传感器的球 工作原理 它测量用户的手施加在弹性元件上的三个力和三个力矩。力和 力矩是基于弹性变形定律间接测量的。球的中心部分是固定的 ，并有六个发光二极管。相应的六个光敏传感器安装在运动的 外部球。当用户在运动球上施加力和力矩时，用六个光敏传感 器的输出测量三个力和三个力矩。这些力和力矩数据经过串行 口送给主计算机。这些值由软件乘上增益，就得到物体位置和 方向的差分变化。增益越大，物体的速度越大，但若主机不能 足够快的更新屏幕，物体运动将不平滑。 这种方式实际上是，由用户的手施加在球上的力和力矩的大小 ，控制虚拟物体的运动速度和角速度的大小。 跟踪球上支座上有若干按键，可根据需要安排用途 缺点 存在传感器的耦合 工作在开环方式，用户可以控制物体和环境间的力，但无反馈
机械传感器产品三-----传感手套
提问： 跟踪球和3-D探头的优点是什么？
简单、紧凑和工作速度快
跟踪球和3-D探头的缺点是什么？
限制了用户手的运动范围，只能在桌子上很小的区域内，手的 自然运动受到影响。
我们要求虚拟现实的I/O工具能处理手在一定空间的自由活 动，同时通过感觉单个手指的运动，得到更多的自由度。 人的手指运动有三类
精度，分辨率，采样率，执行时间，范围，工作空间， 价格，障碍，方便，对模糊的敏感，容易校准，同时测 量的数目，方向相对位置跟踪。
（5）人体各部分之间的相对运动也应该测量。
人体并非刚体。上述六个数值只能描述人体整 体的运动，各个部分之间的相对运动也要测量
用于位姿跟踪和映射的基本传感系统有哪些？
1. 机械链接
机械式传感器的优缺点
便宜，比较精确。可以测量整个身体运动，没 有延迟。可以同时实现力反馈。
妨碍身体运动。
机械式传感器的产品
跟踪球
3-D探头
传感手套 I. 数据手套
II.
CyberGlove
III. PowerGlove IV. Dextrous Hand Master （DHM）（灵巧手设备）
机械传感器产品一-------跟踪球
传感手套 是为满足上述要求而设计的虚拟现实工具。 商业化的产品有 VPL公司的DataGlove数据手套， Vertex的CyberGlove， Mattel的PowerGlove， 和Exos Dextrous Hand Master 灵巧手设备。 工作原理
合集下载
虚拟现实技术应用培训ppt (2)
特色等信息，为实地旅游做好充分准备。
04
虚拟现实技术的前景与 挑战
虚拟现实技术的发展趋势
01
02
03
硬件设备升级
随着技术的不断进步，虚 拟现实设备的舒适度、便 携性和性能将得到进一步 提升。
交互体验优化
更自然、直观的人机交互 方式将出现，如手势识别 、语音识别等。
内容创新
虚拟现实将与更多领域结 合，产生更多创新性的内 容，如教育、医疗、娱乐 等。
沉迷问题
过度使用虚拟现实技术可能导致沉迷，影响正常的学习 、工作和社交生活。
对青少年身心健康的潜在影响
身体健康
长时间使用虚拟现实设备 可能对青少年的视力、颈 部和背部造成不良影响。
心理健康
过度暴露于虚拟世界可能 影响青少年的认知、情感 和社会发展，导致焦虑、 抑郁等心理问题。
教育影响
虚拟现实技术在教育中的 应用可能影响学生的学习 方式和思维方式，需要合 理引导和教育。
个人隐私保护与数据安全
隐私泄露风险
虚拟现实技术应用过程中，用户的个人信息 和行为数据可能被收集并用于分析，存在隐 私泄露的风险。
数据安全保护
为了确保用户数据的安全，应采取加密、匿 名化等措施，并制定严格的数据使用和存储 政策，防止数据被滥用或泄露。
对现实世界的依赖与沉迷问题
依赖性
虚拟现实技术可能使人们过度依赖虚拟世界旅游路线
总结词
通过虚拟旅游体验，旅游规划者可以优化旅 游路线设计，提升游客的旅游体验。
详细描述
在旅游规划领域，虚拟现实技术为旅游路线 设计提供了新的思路和方法。通过虚拟旅游 体验，规划者可以在虚拟环境中对旅游路线 进行测试和优化，确保游客能够获得最佳的 旅游体验。同时，游客也可以通过虚拟现实 技术提前了解旅游目的地的风土人情、景点
04
虚拟现实技术的前景与 挑战
虚拟现实技术的发展趋势
01
02
03
硬件设备升级
随着技术的不断进步，虚 拟现实设备的舒适度、便 携性和性能将得到进一步 提升。
交互体验优化
更自然、直观的人机交互 方式将出现，如手势识别 、语音识别等。
内容创新
虚拟现实将与更多领域结 合，产生更多创新性的内 容，如教育、医疗、娱乐 等。
沉迷问题
过度使用虚拟现实技术可能导致沉迷，影响正常的学习 、工作和社交生活。
对青少年身心健康的潜在影响
身体健康
长时间使用虚拟现实设备 可能对青少年的视力、颈 部和背部造成不良影响。
心理健康
过度暴露于虚拟世界可能 影响青少年的认知、情感 和社会发展，导致焦虑、 抑郁等心理问题。
教育影响
虚拟现实技术在教育中的 应用可能影响学生的学习 方式和思维方式，需要合 理引导和教育。
个人隐私保护与数据安全
隐私泄露风险
虚拟现实技术应用过程中，用户的个人信息 和行为数据可能被收集并用于分析，存在隐 私泄露的风险。
数据安全保护
为了确保用户数据的安全，应采取加密、匿 名化等措施，并制定严格的数据使用和存储 政策，防止数据被滥用或泄露。
对现实世界的依赖与沉迷问题
依赖性
虚拟现实技术可能使人们过度依赖虚拟世界旅游路线
总结词
通过虚拟旅游体验，旅游规划者可以优化旅 游路线设计，提升游客的旅游体验。
详细描述
在旅游规划领域，虚拟现实技术为旅游路线 设计提供了新的思路和方法。通过虚拟旅游 体验，规划者可以在虚拟环境中对旅游路线 进行测试和优化，确保游客能够获得最佳的 旅游体验。同时，游客也可以通过虚拟现实 技术提前了解旅游目的地的风土人情、景点
VR虚拟现实技术概论PPT(共 20张)
3.航空航天
航空航天领域应用VR也比较早。 驾驶员戴着头盔进行操作，测试飞机仪表 布局、色度，起落时的光照是否合适，依此对 设计进行调整。
4.安防监控。
虚实融合的监控系统，把 边虚拟环境融合在一起， 的视频无缝融合，提升了 和适人化水平。
5.医疗健康
•
VR在医疗健康领域极具发展潜力。
• 首先是对人体及人体器官的三维可 交互展示，这样就可以通过虚拟手术模 拟器对大夫进行手术培训。还可以构建 个性化病体器官模型，进行具体的手术 规划和预演，从而大幅度提升手术效果， 对医疗手术带来颠覆性影响。
一、虚拟现实是什么
•
VR的目标是以计
算机技术为核心，结合
其他相关科学技术，生
成与一定范围现实世界
在视、听、触觉等方面
高度近似的数字化环境，
人们通过一些交互设备
与该数字化环境进行交
互，能够产生亲临现实
世界的体验。
VR具有的特征：
一是沉浸感，参与者可以全身心沉浸于计算机 生成的三维虚拟环境中；
二是交互性，参与者可以通过一些VR交互设 备和虚拟环境中的对象进行交互，产生与对应 真实环境中的对象进行交互的体验。现在自然 交互、体感交互是非常热的一个研究方向。
• VR技术的发展可以给许多行业带来升级换代式发 航天、国防军事、装备制造、智慧城市、医疗健康、 文化教育等；会对许多产业产生颠覆性影响，如影视 游、商务、社交网络等，同时可望形成新型的VR产业 VR人机
• 交互设备产业，行业应用模拟器、虚拟环境产业 件与嵌入式系统产业，领域和行业模型数据产业，网 端VR产业和VR服务产业等。可以说VR产业进入了爆 前夜。
VR 虚 拟 现 实
—
目 录
虚拟现实技术培训教程
虚拟现实技术培训教程第一章：虚拟现实技术概述 (2)1.1 虚拟现实技术的发展历程 (2)1.2 虚拟现实技术的应用领域 (3)第二章：虚拟现实设备与工具 (4)2.1 虚拟现实头戴设备 (4)2.2 手柄与追踪设备 (4)2.3 虚拟现实软件工具 (4)第三章：虚拟现实环境搭建 (5)3.1 创建虚拟现实场景 (5)3.2 导入三维模型与素材 (5)3.3 场景优化与调整 (5)第四章：虚拟现实交互设计 (6)4.1 交互设计原则 (6)4.2 交互界面设计 (7)4.3 交互逻辑与脚本编写 (7)第五章：虚拟现实动画与特效 (7)5.1 动画制作基础 (7)5.1.1 动画概述 (7)5.1.2 动画设计原则 (8)5.1.3 动画制作流程 (8)5.2 特效制作与渲染 (8)5.2.1 特效概述 (8)5.2.2 特效类型 (8)5.2.3 特效制作流程 (8)5.3 动画与特效的综合应用 (9)第六章：虚拟现实音效与音频 (9)6.1 音效制作基础 (9)6.1.1 音源选择 (9)6.1.2 音效录制 (9)6.1.3 音效剪辑与处理 (9)6.2 音频编辑与处理 (10)6.2.1 音频剪辑 (10)6.2.2 音频混音 (10)6.2.3 音频效果处理 (10)6.3 音频在虚拟现实中的应用 (10)6.3.1 环境音效 (10)6.3.2 交互音效 (10)6.3.3 音乐与语音 (10)6.3.4 动态音频 (10)第七章：虚拟现实编程基础 (11)7.1 编程语言选择 (11)7.2 虚拟现实编程框架 (11)7.3 常用编程技巧与实例 (12)第八章：虚拟现实项目实践 (12)8.1 项目策划与规划 (12)8.2 项目开发流程 (13)8.3 项目测试与优化 (14)第九章：虚拟现实安全教育 (14)9.1 安全风险识别 (14)9.2 安全防护措施 (14)9.3 应急处理与预案 (15)第十章：虚拟现实在教育领域的应用 (15)10.1 教育虚拟现实概述 (15)10.2 虚拟现实教学资源开发 (15)10.2.1 虚拟现实教学资源的类型 (15)10.2.2 虚拟现实教学资源的开发流程 (16)10.3 虚拟现实教学实践 (16)10.3.1 虚拟现实在课堂教学中的应用 (16)10.3.2 虚拟现实在实验教学中的应用 (16)10.3.3 虚拟现实在远程教育中的应用 (16)第十一章：虚拟现实在工业领域的应用 (17)11.1 工业虚拟现实概述 (17)11.2 虚拟现实工业设计 (17)11.3 虚拟现实工业仿真 (17)第十二章：虚拟现实在未来发展趋势 (18)12.1 虚拟现实技术发展趋势 (18)12.2 虚拟现实行业前景 (18)12.3 虚拟现实与人工智能的融合 (19)第一章：虚拟现实技术概述1.1 虚拟现实技术的发展历程虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟产生的三维虚拟环境，让用户能够身临其境地体验和互动。
虚拟现实技术PPT课件
a
3
2-4
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器 2.1.2 超声波跟踪器 2.1.3 光学跟踪器 2.1.4 其他类型跟踪器 2.1.5 跟踪传感设备的性能比较
a
4
2-5
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器
电磁波跟踪器是一种较为常见的空间跟踪 定位器，一般由一个控制部件，几个发射器和 几个接收器组成。
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（1）墙式投影显示设备： 可采用平面、柱面、球面的屏幕形式。
a
19
2-20
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（2）响应工作台式显示设备 （Responsive Work Bench，RWB）：
3种常用跟踪技术的主要性能指标对比
a
14
2-15
2.2 立体显示设备
人眼立体视觉效应的原理 ：当人在现实生活 中观察物体时，双眼之间6～7cm的距离（瞳距） 会使左、右眼分别产生一个略有差别的影像（即 双眼视差），而大脑通过分析后会把这两幅影像 融合为一幅画面，并由此获得距离和深度的感觉。
a
15
2-16
一般由投影仪、反射镜和 显示屏（一种特制玻璃） 组成，投影仪将立体图像 投射到反射镜面上，再由 反射镜将图像反射到显示 屏上。
飞行时间（Time Of Flight，TOF）测量法
同时使用多个发射器和接收器，通过测量超声波从 发出到反射回来的飞行时间计算出准确的位置和方向。
相位相干（Phase Coherent，PC）测量法
通过比较基准信号和发射出去后发射回来的信号之间
虚拟现实VR技术ppt课件
3
一种使用数学算
1 虚拟现法将实二技维术或三(4维)
图形转化为计算
1.3 虚拟机形现显式示的实器科的的 学技栅。术格支持
计算机 图形学
研究、开发用于 模拟、延伸和扩 展人的智能的理 论、方法、技术 及应用系统的一 门技术科学。
人工交 互技术
虚拟 现实
人工 智能
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。
3.3 VRP的安装配置 软件安装 插件配置
15
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器6
功能分类 属性面板
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器界面组成—菜单
常用菜单 •另存场景 •安装插件
17
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器界面组成—工具栏
18
4 常见材质的创建与编辑
11
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform VRP是国内中视典数字科技独立开发的具有独 立自主知识产权的一款三维虚拟现实软件平台。
VRP可应用于城市规划、室内设计、工业仿真、 古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。
12
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform
VRP-Bulider 虚拟现实编辑器
1 虚拟现实技术(1)
1.1 虚拟现实的概念
• 虚拟现实(Virtual Reality) • 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。
1
1 虚拟现实技术(2)
1.2 虚拟现实的基本特征 • 多感知性：指除了一般计算机技术所 具有的视觉之外，还有听觉、力觉、触 觉、运动感，甚至包括味觉、嗅觉等。
一种使用数学算
1 虚拟现法将实二技维术或三(4维)
图形转化为计算
1.3 虚拟机形现显式示的实器科的的 学技栅。术格支持
计算机 图形学
研究、开发用于 模拟、延伸和扩 展人的智能的理 论、方法、技术 及应用系统的一 门技术科学。
人工交 互技术
虚拟 现实
人工 智能
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。
3.3 VRP的安装配置 软件安装 插件配置
15
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器6
功能分类 属性面板
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器界面组成—菜单
常用菜单 •另存场景 •安装插件
17
3 VRP及设计流程
3.4 VRP编辑器界面组成—工具栏
18
4 常见材质的创建与编辑
11
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform VRP是国内中视典数字科技独立开发的具有独 立自主知识产权的一款三维虚拟现实软件平台。
VRP可应用于城市规划、室内设计、工业仿真、 古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。
12
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform
VRP-Bulider 虚拟现实编辑器
1 虚拟现实技术(1)
1.1 虚拟现实的概念
• 虚拟现实(Virtual Reality) • 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。
1
1 虚拟现实技术(2)
1.2 虚拟现实的基本特征 • 多感知性：指除了一般计算机技术所 具有的视觉之外，还有听觉、力觉、触 觉、运动感，甚至包括味觉、嗅觉等。
虚拟现实技术应用培训ppt (2)
内容安排
介绍虚拟现实技术的起源、发展历程、技术原理；讲解VR硬件设备、软件平台及开发工具；介绍VR 在各行业领域的应用案例和发展趋势。
培训方式与方法选择
培训方式
线上与线下相结合，包括理论授课、实 践操作、案例分析、小组讨论等。VSFra bibliotek培训方法
采用多媒体教学、模拟实践、互动问答等 多种教学方法，提高学员的学习兴趣和参 与度。
特点
沉浸感强、交互性好、可模拟真实环境、可进行实时交互等。
虚拟现实技术的发展历程
01
02
03
04
1950年代
虚拟现实概念初步提出，但技 术实现难度大。
1980年代
虚拟现实技术开始受到关注， 出现了一些简单的虚拟现实应
用。
1990年代
虚拟现实技术进一步发展，开 始在游戏、教育等领域得到应
用。
2000年代至今
内容制作工具
介绍各种用于制作虚拟现实内容的工具，如3D建模软件、动 画制作软件等。
03
CATALOGUE
虚拟现实技术应用场景
教育领域
01
02
03
模拟实践操作
利用虚拟现实技术，学生 可以在安全的环境中模拟 实践操作，如手术、驾驶 等，提高技能熟练度。
历史与文化体验
通过虚拟现实，学生可以 亲身体验历史事件或文化 活动，增强对历史文化的 理解。
培训效果评估与反馈
评估方式
通过课程考核、实践操作、小组项目等多种 方式对学员的学习效果进行评估。
反馈机制
建立完善的反馈机制，收集学员对课程的意 见和建议，不断优化课程内容和教学方式， 提高培训质量。
THANKS
感谢观看
虚拟现实技术可以用于产品设计和原型制 作，提高设计效率和降低成本。
介绍虚拟现实技术的起源、发展历程、技术原理；讲解VR硬件设备、软件平台及开发工具；介绍VR 在各行业领域的应用案例和发展趋势。
培训方式与方法选择
培训方式
线上与线下相结合，包括理论授课、实 践操作、案例分析、小组讨论等。VSFra bibliotek培训方法
采用多媒体教学、模拟实践、互动问答等 多种教学方法，提高学员的学习兴趣和参 与度。
特点
沉浸感强、交互性好、可模拟真实环境、可进行实时交互等。
虚拟现实技术的发展历程
01
02
03
04
1950年代
虚拟现实概念初步提出，但技 术实现难度大。
1980年代
虚拟现实技术开始受到关注， 出现了一些简单的虚拟现实应
用。
1990年代
虚拟现实技术进一步发展，开 始在游戏、教育等领域得到应
用。
2000年代至今
内容制作工具
介绍各种用于制作虚拟现实内容的工具，如3D建模软件、动 画制作软件等。
03
CATALOGUE
虚拟现实技术应用场景
教育领域
01
02
03
模拟实践操作
利用虚拟现实技术，学生 可以在安全的环境中模拟 实践操作，如手术、驾驶 等，提高技能熟练度。
历史与文化体验
通过虚拟现实，学生可以 亲身体验历史事件或文化 活动，增强对历史文化的 理解。
培训效果评估与反馈
评估方式
通过课程考核、实践操作、小组项目等多种 方式对学员的学习效果进行评估。
反馈机制
建立完善的反馈机制，收集学员对课程的意 见和建议，不断优化课程内容和教学方式， 提高培训质量。
THANKS
感谢观看
虚拟现实技术可以用于产品设计和原型制 作，提高设计效率和降低成本。
虚拟现实技术与应用虚拟现实技术第2章
radius 0.5 height 4.0 } }
注意
在同一节点中，各个域没有次序之分，哪个在前，哪 个在后效果是一样的。并且，域名称第一个字母必须 小写。
域和节点书写的情况不同。
节点应该用大括号{ }将所有的域括起来。
域值一般可以跟在域名称后面直接写。
如果是多域值的情况，要用中括号[ 域值之间用逗号或者空格隔开。
VRML 2.0是以SGI公司的Moving Worlds提案为基础的，节点类型被扩 展为54种，支持的对象也已包括动态和静态两大类。
VRML的国际标准草案于于1998年1月正式获得ISO的认定和发布，通 常被称为VRML 97。
1998年，VRML组织更名为Web3D组织，并制订了一个新的标准X3D （Extensible 3D）。
geometry Box {} }
例2 圆柱体设计
#VRML V2.0 utf8 #Draw the column Shape {
appearance DEF Yellow Appearance { material Material { diffuseColor 1.0 1.0 0.0 }
} geometry Cylinder {
可以直观看出，其半径为 0.5VRML单位，高为 6.0VRML 单位。appearance 、material、 geometry 也都是域。
2.2 VRML的语法基础
典型节点语法定义如下：
单值浮点型 单值布尔型
例2.1a 立方体
#VRML V2.0 utf8 Shape {
appearance Appearance {
VrmlPad的安装与运行：VrmlPad的试用版可以从VRML的 资源站点下载安装即可。
注意
在同一节点中，各个域没有次序之分，哪个在前，哪 个在后效果是一样的。并且，域名称第一个字母必须 小写。
域和节点书写的情况不同。
节点应该用大括号{ }将所有的域括起来。
域值一般可以跟在域名称后面直接写。
如果是多域值的情况，要用中括号[ 域值之间用逗号或者空格隔开。
VRML 2.0是以SGI公司的Moving Worlds提案为基础的，节点类型被扩 展为54种，支持的对象也已包括动态和静态两大类。
VRML的国际标准草案于于1998年1月正式获得ISO的认定和发布，通 常被称为VRML 97。
1998年，VRML组织更名为Web3D组织，并制订了一个新的标准X3D （Extensible 3D）。
geometry Box {} }
例2 圆柱体设计
#VRML V2.0 utf8 #Draw the column Shape {
appearance DEF Yellow Appearance { material Material { diffuseColor 1.0 1.0 0.0 }
} geometry Cylinder {
可以直观看出，其半径为 0.5VRML单位，高为 6.0VRML 单位。appearance 、material、 geometry 也都是域。
2.2 VRML的语法基础
典型节点语法定义如下：
单值浮点型 单值布尔型
例2.1a 立方体
#VRML V2.0 utf8 Shape {
appearance Appearance {
VrmlPad的安装与运行：VrmlPad的试用版可以从VRML的 资源站点下载安装即可。
虚拟现实技术 虚拟现实第二章
科技引领时代, 创新塑造未来
2020/5/2
14
2.1.1 人类视觉模型
4）分辨率
分辨率是人眼区分两个点的能力，通常情况下，在 10m距离上人眼能够分辨的距离约1.5-2mm。例如在2m的 距离观看宽度400mm的电视时，人眼区分两个点的能力， 在2m距离上约0.4mm，则宽度400mm上应该由1000个 0.4mm大小的像素。计算机监视器和高清晰度电视机，都 达到了这样的分辨率。
科技引领时代, 创新塑造未来
2020/5/2
16
2.1.1 人类视觉模型
6）视场
视场是指人眼能够观察到的最大范围，通常以角度来表 示，视场越大, 观测范围越大。视场通常从水平和垂直两个 方向来说明，人眼正常的视场约为水平±100˚，垂直±60˚， 而水平的双目重叠视场120˚。实际的全景显示产生水平 ±100˚，垂直±30˚视场，即可有很强的沉浸感。
13
2.1.1 人类视觉模型
3）瞳孔
瞳孔是晶状体前的孔。一般人瞳孔的直径可变动于1.58.0mm之间，面积之比1:30。瞳孔的大小可以控制进入眼内 的光量，瞳孔的变化是为了保持在不同光照情况下进入眼内的 光量较为恒定的。
瞳孔的工作原理就像照相机里的光圈一样，可以随光线的 强弱而缩小或变大。其对光线强弱的适应是自动完成的。通过 瞳孔的调节，始终保持适量的光线进入眼睛，使落在视网膜上 的物体图像既清晰，而又不会有过量的光线灼伤视网膜。瞳孔 虽然不是眼球光学系统当中的屈光元件，但在眼球光学系统当 中起着重要的作用。瞳孔不仅可以对明暗做出反应，调节进入 眼睛的光线，也影响眼球光学系统的焦深和球差。
（2） 基于CRT的头盔显示器
基于CRT的头盔显示器是使用电子快门等技术实现双眼
虚拟现实技术概述(PPT187页)
➢第一章 虚拟现实技术概述
➢虚拟现实定义（一）：
✓由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能 够感知参与者的位置和动作，替代或增强 一种或多种感觉反馈，从而产生一种精神 沉浸或出现在仿真环境（虚拟世界）中的 感觉。
虚拟现实定义（二）：
✓采用以计算机技术为核心的现代高科技 手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅 觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户从 自己的视点出发，借助特殊的输入输出 设备，采用自然的方式与虚拟世界的物 体进行交互，相互影响。
虚拟环境
第二章 虚拟现实系统的硬件
➢用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息 反馈信息
虚拟环境
输入输出设备
必要性：
➢交互性——VR基本特性 特殊的人机接口与外部设备是实现人机交 互的必要手段
➢商品化，不成熟原型
终极目标：
能满足快速、自然的交互
如：
➢身体运动——3-D位置跟踪器； ➢手势——传感手套； ➢视觉反馈——立体显示器； ➢虚拟声音——3-D声音生成器； ➢观察方向——跟踪球和操纵杆。
➢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。
08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021
➢
15、 一 年 之 计 ，莫 如树谷 ；十年 之计， 莫如树 木；终 身之计 ，莫如 树人。 2021年 6月下午 12时46分 21.6.1812:46June 18, 2021
➢虚拟现实定义（一）：
✓由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能 够感知参与者的位置和动作，替代或增强 一种或多种感觉反馈，从而产生一种精神 沉浸或出现在仿真环境（虚拟世界）中的 感觉。
虚拟现实定义（二）：
✓采用以计算机技术为核心的现代高科技 手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅 觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户从 自己的视点出发，借助特殊的输入输出 设备，采用自然的方式与虚拟世界的物 体进行交互，相互影响。
虚拟环境
第二章 虚拟现实系统的硬件
➢用户+硬件+虚拟环境 ✓交互性
用户
用户信息 反馈信息
虚拟环境
输入输出设备
必要性：
➢交互性——VR基本特性 特殊的人机接口与外部设备是实现人机交 互的必要手段
➢商品化，不成熟原型
终极目标：
能满足快速、自然的交互
如：
➢身体运动——3-D位置跟踪器； ➢手势——传感手套； ➢视觉反馈——立体显示器； ➢虚拟声音——3-D声音生成器； ➢观察方向——跟踪球和操纵杆。
➢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。
08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021
➢
15、 一 年 之 计 ，莫 如树谷 ；十年 之计， 莫如树 木；终 身之计 ，莫如 树人。 2021年 6月下午 12时46分 21.6.1812:46June 18, 2021
虚拟现实技术课件第二章
精度，分辨率，采样率，执行时间，范围，工作空间， 价格，障碍，方便，对模糊的敏感，容易校准，同时测 量的数目，方向相对位置跟踪。
（5）人体各部分之间的相对运动也应该测量。
人体并非刚体。上述六个数值只能描述人体整 体的运动，各个部分之间的相对运动也要测量
用于位姿跟踪和映射的基本传感系统有哪些？
1. 机械链接
数据手套的校准
把原始的传感器读数变成手指关节角的过程称 为手套校准。每当开始一次新的仿真，戴上数 据手套时，都必须重新作校准。这是因为不可 能知道是否用户把手套松紧合适地戴在手指上 。
传感手套---CyberGlove
应用时间
1992年底，VPL倒闭，CyberGlove已经取代了DataGlove
安在地面上的机械链接
作用： 安在地面上的机械链接主要用于大自由度末端跟踪，如头或手 的位姿跟踪。它不会引起上述的关节角测量有关的问题。 哪些问题？
要求操作者牢固地抓住手操作器，或者要求头盔牢固地缚在头上。 安在地面上的机械链接比安在身体上的链接更容易产生力反馈，因为 驱动器不必安在身体上。
缺点： 缺点一：
传感手套---PowerGlove
特点 与DataGlove和CyberGlove（价值几千美元）比较， PowerGlove是很便宜的产品，它的价格只有约50美元。 在1989年大量销售（达到4千万美元），用于Nintendo（任 天堂）的基于手套的电子游戏。 原理 为了保持低价格，手套设计使用了很多廉价的技术。手腕 位置传感器是超声传感器，超声扬声器放在PC监视器上， 而超声麦克风放在手腕上。弯曲传感器是导电墨水传感器 。传感器包括在支持结构上的两层导电墨水。墨水在粘合 剂中有炭粒子。当底座弯曲时，在弯曲的外侧的墨水就延 伸，造成导电炭粒子之间距离增加。这使传感器的阻值增 加。反之，当墨水受压缩时，炭粒子之间距离减小，传感 器阻值也减小。阻值数据经过简单的校准就转换成关节角 数据。
（5）人体各部分之间的相对运动也应该测量。
人体并非刚体。上述六个数值只能描述人体整 体的运动，各个部分之间的相对运动也要测量
用于位姿跟踪和映射的基本传感系统有哪些？
1. 机械链接
数据手套的校准
把原始的传感器读数变成手指关节角的过程称 为手套校准。每当开始一次新的仿真，戴上数 据手套时，都必须重新作校准。这是因为不可 能知道是否用户把手套松紧合适地戴在手指上 。
传感手套---CyberGlove
应用时间
1992年底，VPL倒闭，CyberGlove已经取代了DataGlove
安在地面上的机械链接
作用： 安在地面上的机械链接主要用于大自由度末端跟踪，如头或手 的位姿跟踪。它不会引起上述的关节角测量有关的问题。 哪些问题？
要求操作者牢固地抓住手操作器，或者要求头盔牢固地缚在头上。 安在地面上的机械链接比安在身体上的链接更容易产生力反馈，因为 驱动器不必安在身体上。
缺点： 缺点一：
传感手套---PowerGlove
特点 与DataGlove和CyberGlove（价值几千美元）比较， PowerGlove是很便宜的产品，它的价格只有约50美元。 在1989年大量销售（达到4千万美元），用于Nintendo（任 天堂）的基于手套的电子游戏。 原理 为了保持低价格，手套设计使用了很多廉价的技术。手腕 位置传感器是超声传感器，超声扬声器放在PC监视器上， 而超声麦克风放在手腕上。弯曲传感器是导电墨水传感器 。传感器包括在支持结构上的两层导电墨水。墨水在粘合 剂中有炭粒子。当底座弯曲时，在弯曲的外侧的墨水就延 伸，造成导电炭粒子之间距离增加。这使传感器的阻值增 加。反之，当墨水受压缩时，炭粒子之间距离减小，传感 器阻值也减小。阻值数据经过简单的校准就转换成关节角 数据。