8.1.2虚拟现实系统的组成及特点
虚拟现实系统的分类及其特点应用
1.虚拟现实系统有哪几种类型？各有什么特点及应用？
虚拟现实系统按照不同的标准有不同的分类，通常分为以下三类：
桌面虚拟现实系统；沉浸式虚拟现实系统；分布式虚拟现实系统
1）桌面是虚拟现实技术
特点：全面，小型，经济，适用
应用：VR工作者的教学，研发和实际应用
2）沉浸式虚拟现实系统
特点：虚拟环境可以是任意虚构的，实际不存在的世界；任何操作不对外界产生直接作用；一般用于娱乐或验证某一猜想假设，训练，模拟，预演，检验，体验等
应用：学院模拟演练系统
3）分布式虚拟现实系统
特点：共享的虚拟工作空间；伪实体的行为真实感；支持实时交互，共享时钟；多个用户以多种方式相互通信；资源信息共享以及允许用户自然操作环境中对象。
应用：远程教育，工程技术，建筑，电子商务，交互式娱乐，远程医疗，大规模军事训练等领域都有着极其广泛的应用前景，利用它可以创建多媒体通信，设计协作系统，实境式电子商务，网络游戏，虚拟社区全新的应用系统。
2.举例说明虚拟现实技术在医学领域的具体应用
在医学领域，目前正处于应用VR的初级阶段，其应用范围包括从建设合成药物的分子模型到各种医学模拟，以及进行解剖和外科手术教育等。
在此领域，VR应用大致有两类，一类是虚拟人体，另一类是虚拟手术技术。
具体应用：
医学仿真教学；虚拟解剖；虚拟心脏听诊；手术部位确定和手术预演；数字画人体制作演示；远程医疗等。
虚拟现实技术的概念与类型
虚拟现实技术的概念与类型虚拟现实技术的概念与类型1. 虚拟现实的概念虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。
2. 虚拟现实的特征(1) 沉浸性虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由电脑产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。
使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。
当使用者移动头部时，虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。
使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
(2) 交互性虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。
电脑能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。
使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
(3) 想象由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而到达身临其境的感受。
3.虚拟现实技术的类型(1) 桌面虚拟现实(2) 沉浸的虚拟现实(3) 增强现实性的虚拟现实(4) 分布式虚拟现实(1) 弥补远程教学条件的不足在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行。
利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。
虚拟现实技术概论教案
虚拟现实技术概论教案第一章：虚拟现实技术简介1.1 课程目标了解虚拟现实技术的概念、发展历程和应用领域。
1.2 教学内容1.2.1 虚拟现实技术的定义1.2.2 虚拟现实技术的发展历程1.2.3 虚拟现实技术的应用领域1.3 教学方法采用讲授法，结合案例分析，让学生了解并掌握虚拟现实技术的基本概念和发展状况。
1.4 教学活动1.4.1 导入：介绍虚拟现实技术的定义1.4.2 讲解：分析虚拟现实技术的发展历程和应用领域1.4.3 案例分析：让学生通过案例了解虚拟现实技术的应用1.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实技术的发展历程，并在下一节课上进行分享。
第二章：虚拟现实技术的原理与技术2.1 课程目标了解虚拟现实技术的原理，掌握虚拟现实技术的关键技术。
2.2 教学内容2.2.1 虚拟现实技术的原理2.2.2 虚拟现实技术的关键技术2.3 教学方法采用讲授法，结合实验演示，让学生了解虚拟现实技术的原理和关键技术。
2.4 教学活动2.4.1 讲解：介绍虚拟现实技术的原理2.4.2 实验演示：展示虚拟现实技术的关键技术2.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实技术的关键技术，并在下一节课上进行分享。
第三章：虚拟现实系统的组成与分类3.1 课程目标了解虚拟现实系统的组成，掌握不同类型的虚拟现实系统。
3.2 教学内容3.2.1 虚拟现实系统的组成3.2.2 虚拟现实系统的分类3.3 教学方法采用讲授法，结合实物展示，让学生了解虚拟现实系统的组成和分类。
3.4 教学活动3.4.1 讲解：介绍虚拟现实系统的组成3.4.2 实物展示：展示不同类型的虚拟现实系统3.5 作业与评估要求学生课后总结虚拟现实系统的分类，并在下一节课上进行分享。
第四章：虚拟现实技术的应用领域4.1 课程目标了解虚拟现实技术在不同领域的应用，掌握虚拟现实技术的产业现状。
4.2 教学内容4.2.1 虚拟现实技术在娱乐领域的应用4.2.2 虚拟现实技术在教育领域的应用4.2.3 虚拟现实技术在医疗领域的应用4.2.4 虚拟现实技术的产业现状与发展趋势4.3 教学方法采用讲授法，结合案例分析，让学生了解虚拟现实技术在不同领域的应用及产业发展情况。
虚拟现实技术特点及常用硬件
浅谈虚拟现实技术特点，组成和分类。
常用的虚拟现实软件，硬件和优缺点。
一：虚拟现实技术特点: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。
浸没感（Immersion）又称临场感，指用户感到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使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。
交互性（Interactivity）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（包括实时性）。
例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
由于浸没感、交互性和构想性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，所以这三个特性又通常被统称为3I特性。
一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的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能单元构成。
二：虚拟现实技术组成和分类:1、虚拟现实技术组成：1、效果发生器。
效果发生器是完成人与虚拟环境交互的硬件接口装置，包括人们产生现实沉浸感受到的各类输出装置，例如头盔显示器、立体声耳机；还包括能测定视线方向和手指动作的输入装置，例如头部方位探测器和数据手套等2、实景仿真器。
虚拟现实系统简介
1.4 虚拟现实的关键技术
2、大视野立体显示技术 仅仅有一系列三维画面是不够的。VR试图给人身临其境的 感觉，要求这些画面围绕着参与者，这样的效果是通过配 戴头盔实现的。通常桌面显示器给人的画面视角仅为30度， 而一个好的VR系统的画面将包容参与者的整个视野，这可 能需要水平线40度角，垂直120度角。当前大多数头盔显 示器的图象显示装置使用的液晶显示器（LCD），这种显 示器的有效分辩率一般仅为140线。要将如此低分辩率的显 示屏通过光学透镜子装置横向扩展到一个较大的视野内， 其显示效果是可想而知的。
1.4 虚拟现实的关键技术
3、位置跟踪器 位置跟踪器可以检测到参与者的 物理位置和取向，以便输入到计 算机中去产生虚拟境界中相应的 图象和声音。 这一般是使用简单的电磁装置来 实现的。几个很小的发射器固定 在用户的身上，例如，头盔中放 一个，每只手上放一个，通过固 定在VR系统上的接收装置，可以 跟踪参与者的位置和方向。还可 以使用若干台数字化摄像机，通 过图象处理的方法专门用来监测 参与者头部、手部的位置和方向。
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。
1.2 虚拟现实技术的概念
2、参与者在虚拟环境中具有主动性
计算机科学技术的研究范畴及其在各领域中的应用
JSJDL
三、 文件存储与检索系统
科技文献的检索与查询是开展科学研究工作的先 导。在进行任何一项科学研究工作之前都必须对该课 题国内外的研究状况有一个全面、深入的了解，这样 才能够继承前人所取得的成果、避免花费无谓的精力 去重复做他人已经做过的工作或者重蹈他人已经失败 的覆辙。 在信息化的社会中，科技文献正在以爆炸性的速 度急剧地增加。据统计，目前全世界每年发表的科技 论文多达500万篇以上、科学杂志已达数十万种、每 天约有近百亿信息单元的信息量在网上传递，如此庞 大的信息量，只有依靠计算机来检索和存储才能进行 正常有效的科学研究和科技成果的交流。
软件开发工具 完善既有的应用系统 开拓新的应用领域 人—机工程 机工程
JSJDL
8.2 计算机在科学研究中的应用
科学研究是计算机的传统应用领域。主要用来进行科技文献的存储与查 询、仿真计算、虚拟现实、复杂现象的跟踪与分析以及知识发现等。
一、计算机仿真技术
1、定义：仿真就是应用计算机对复杂现实系统经过抽象和简化形成系统模型， 、定义： 然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。 2、优势：缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费。可以重复进行，优 、优势： 化实施方案，具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。 3、应用：首先由于仿真技术在应用上的安全性，使得航空、航天、核电站等 、应用： 成为仿真技术最早的和最主要的应用领域。特别是在军事领域，新型的武器 系统、大型的航空航天飞行器在其设计、定型过程中，都要依靠仿真试验进 行修改和完善。其次从仿真的经济性考虑，由于仿真往往是在计算机上模拟 现实系统过程，并可多次重复运行，使得其经济性十分突出。采用模拟器培 训工作人员，经济效益和社会效益也十分明显。另外，从环境保护的角度考 虑，仿真技术也极具价值，如现代核试验多是在计算机上仿真进行。
虚拟现实系统概述
虚拟现实系统概述
1.1 虚拟现实技术的发展及现状 1.2 虚拟现实技术的主要研究内容 虚拟现实的研究内容主要分以下几个方面。 1. 人与环境融合技术
（1）高分辨率立体显示器 （2）方位跟踪系统 （3）手势跟踪系统 （4）触觉反馈系统 （5）声音定位与跟踪系统 （6）本体反馈
虚拟现实系统概述虚拟现实来自统概述1.4 虚拟现实的分类与特征 1. 虚拟现实的分类 （l）简易型虚拟现实系统 （2）沉浸型虚拟现实系统 （3）共享型虚拟现实系统 2. 虚拟现实的基本特征 （1）沉浸性 • 沉浸性是指让参与者有身临其境的真实感觉。可分为视觉沉浸、听觉沉浸、触
觉沉浸、嗅觉沉浸和味觉沉浸等。 （2）交互性 （3）构想性
虚拟现实系统概述
1.3 虚拟现实系统的基本组成 1. 虚拟世界 • 虚拟世界是可交互的虚拟环境，是虚拟环境或给定仿真对象的全体。它一般
是一个包含三维模型或环境定义的数据库。虚拟环境是由计算机生成的，通 过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的交互式视景仿真。 虚拟环境有多种形式，它可能是某些物理环境(如建筑物、厨房，甚至像汽车 这样的物体内部)的伪真实反映， 也可能是根本没有任何物理基础的某一跨国 公司的地理、层次网的三维数据库，甚至可以是与股票交易有关的多维数据 集。虚拟环境还可用来评价一些物理仿真。在对电场中的分子行为进行模拟 时，原子结构的行为动态可用简化的模型进行模拟。不管应用在何处，都要 建立一个反映环境的几何数据库并将其存储起来，在需要时可进行实时调度 和渲染。
虚拟现实系统概述
（3）物理仿真 • 在进行物理仿真时，我们必须为物体设计一些支持其某些物理行为的程序。这
一方面要求很强的计算能力，同时也将使系统增加了一些延时。 （4）碰撞检测 • 在虚拟现实中，常用碰撞来模拟现实生活中的接触、抓、移动和打击等情形。
虚拟现实技术的名词解释_特征_技术特点_五大障碍
虚拟现实技术的名词解释_特征_技术特点_五大障碍虚拟现实技术的名词解释虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。
虚拟现实技术的特征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。
存在感指用户感到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。
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。
自主性指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。
虚拟现实技术的技术特点VR艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术：形而上的终极再创造》一文中，关于VR艺术有如下的定义：“以虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式，我们称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术。
该艺术形式的主要特点是超文本性和交互性。
”“作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。
与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。
从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。
艺术家通过对VR、AR等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的艺术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。
如具有VR性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性;也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像;通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。
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12
8.1.2虚拟现实系统的组成及特点
• 授课人：靳开科
本节的主要内容
1 8.1.2虚拟现实系统的组成及特点 2 8.1.3简单虚拟全景图的制作
8.1.2 虚拟现实系统的组成及特点
1
虚拟现实系统的分类
2
虚拟现实系统的组成
3
虚拟现实系统的特点
4
全景图的制作
8.1.2 虚拟现实系统的组成及特点
欣赏快乐校园全景图作品
8.1.2 虚拟现实系统的组成及特点
任务一：请同学们思考：
1）运用了哪些技术？ 2）图片是怎样连接起来的？ 3）体会虚拟环境中运用的设备
头盔式显示器和跟踪器， 数据传感手套、 立体显示系统、 三维虚拟立体声音生成装置
5
一、虚拟现实系统的分类
第一类：简单的虚 拟现实系统，窗口 中的VR， 它成本低
二、虚拟现实系统的组成
ＶＲ发动机
输入输出工具
软件工程
数据库 Text Text
虚拟现实系统框图
用户
二、虚拟现实系统的组成
1
硬件平台：对中心计 算机的配置提出了很 高要求，用于生成各 种虚拟现实的场景、 进行各种实时计算和 处理
2
软件系统：主要由 支平台、开发软 件、二次开发软件 及成品软件组成。 大规模数据的场景 建模技术； 实时动态的立体视 觉、听觉等生成技 术；
8.1.3简单虚拟全景图的制作
虚拟现实的表现方式：
1
2
全景模式： 物体相对固定，镜头 位置相对移动，原地 转360度
物体模式： 物体运动而镜头相 对固定
3
场景模式： 物体和镜头都可以移 动
简单虚拟全景图的制作过程
准备图片
使用 COOL 360制作虚 拟全景图
在软件中演示制作过程
小结 同学们归纳总结任务： 请同学们根据本节所学内
主要用于 CAD/CAM和建 筑设计领域。
虚拟现实系统的分类
第二类：沉浸虚 拟现实系统，它 使用头盔式显示 器把用户的视 觉、听觉及其他 感觉封闭起来， 产生身临其境感 觉
第三类：分布 式虚拟现实系 统，它建立在 沉浸虚拟现实 系统和分布式 交互仿真的基 础上。
第四类：增强现 实系统，它是将 真实和虚拟的物 体叠加到同一个 画面或空间中， 具有虚实结合和 实时交互的特 点，使现实性增 强。
3
输入/输出工具和演 示设备：
1）头盔式显示器和 跟踪器
2）数据传感手套 3）大屏幕立体显示 系统
4）三维虚拟立体声 音生成装置
虚拟现实系统的特点
沉浸性
交互性
多感知性
用户存在于虚拟环境 中的真实感
用户对仿真环境内的 物体的可操作程度和 从环境得到反馈的自 然程度
虚拟现实系统还可以 提供听觉、力觉、触 觉、运动感知，甚至 味觉、嗅觉