虚拟现实系统概述PPT(共 28张)

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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

虚拟现实技术概述(PPT187页).pptx

基于头盔式显示器的系统
投影式虚拟现实系统
远程存在系统（遥在系统）
增强式虚拟现实系统
分布式虚拟现实系统网络+虚拟现实
➢虚拟现实系统：
=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
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
化
30m s
跟踪范围
半径<1.6m 的半球形
4～5m3
光学 2mm 0.02mm
1mm
＜ 4～8m3（可 1ms 扩展至14m3）
3
三维位置跟踪器类型
典型输入输出装置：
➢三维跟踪传感设备 ➢立体鼠标 ➢传感手套 ➢数据衣 ➢立体显示器 ➢触觉和力觉反馈装置 ➢3-D声音生成器
1、三维位置跟踪器
跟踪器的作用：
获得移动对象的位置和方向信息；
应用：
航行、导弹、CG艺术、交通、 GPS等
VR：
高精度、快速、测量范围小
跟踪器：跟踪身体
身体跟踪：VR系统感知参与者位置和动作； ✓身体姿态与手势； ✓跟踪头部：头的朝向，影响绘制场景 ✓手和手指：手提供了与世界交互的方法
注意：
延迟的原因在于：跟踪器对移动对象的运动总是滞后的。
系统延迟＝测量延迟＋通信延迟＋绘制与显示延迟
导致HMD的运动与用户看到的虚拟场景的运动之间有很大的时间迟滞
对于使用者来说，一方面沉浸感降低，另一方面导致“仿真病”。
降低延迟的方法：
1.同步锁相：让跟踪器和通信的周期与显示的周期同步。
2.使用高速通信线路 3.提高跟踪器的采样率（更新率）

3D虚拟现实技术简介 (PPT 25张)

概况虚拟现实（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
虚拟现实技术
虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。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。
虚拟现实技术—关键外设
三维模型数字化仪
——又称三维扫描仪或三维数字化仪，是一种先进的三维模型建立设备，该设备利用CCD成像、激光扫描等手段实现物体模型的取样，同时通过配套的矢量华软件对三维模型数据进行数字化，从而实现计算机系统对数字模型的控制。
特别适合于建立一些不规则三维物体模型的工作中，如人体器官和骨骼模型的建立、出土的三千年前文物三维数字模型的建立等等，在医疗、动植物研究、文物保护等VR应用领域有广阔的应用前景。

虚拟现实概述(PPT 43页)

虚拟现实（VR）
{
一、虚拟现实技术的产生与发展
1961年，美国科学家海里戈提出了构建虚拟布鲁克林城的构想，他希望观众可以通过他设计的系统体验漫步在布鲁克林城市街道上的感受。是最早看到虚拟现实技术前景的人。
虚拟现实的概念来自萨瑟兰的“终极显示”。
1965年，萨瑟兰在一篇论文中提出了“终极显示”的概念：认为可以把计算机显示器作为通往虚拟世界的窗口。
各种人体感宫可以感觉到的刺激。常用的虚拟现实系统输出设备有头戴式显示器和声音发生器。
2．虚拟现实系统的软件
虚拟现实系统的软件用来进行境界构造，包括建模和绘制对象，给这些对象指定行为，提供交互性和编程。虚拟现实软件可分为工具包和创作工具。
工具包即程序库，一般用C或C＋＋等编制，利用它所提供的函数集合，熟练的程序员可以生成具体的虚拟现实系统应用。VRML就是这样一个程序库。创作工具是带有图形用户界面的完整软件，通过创作工具只需简单编程就可生成虚拟境界。程序库一般比创作工具更灵活，绘制速度更快，但需要丰富的编程经验。
桌面式VR系统仅使用个人计算机和低级工作站来产生三维空间的交互场景。它把计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的一个窗口，参与者需要使用手拿输入设备或位置跟踪器来驾驭虚拟环境和操纵虚拟场景中的各种物体。
在桌面VR系统中，参与者虽然坐在监视器前面，但可以通过计算机屏幕观察360°范围内的虚拟环境；可以通过交互操作，使虚拟环境的物体平移和旋转，以便从各个方向观看物体，也可以利用“through walk”进入功能在虚拟环境中浏览。但参与者并没有完全沉浸，他仍然会受到周围现实环境的干扰。
（4）人机交互设备
应用手势、体势、眼神以及自然语言的人机交互设备，常见的有数据手套、数据衣服（带传感器的衣服）、眼球跟踪器以及语音综合和识别装置。

虚拟现实系统概述(PPT 26页)

沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)是一种高级的、较理想的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉。
桌面虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统(Desktop VR)也称窗口虚拟现实系统，是利用个人计算机或初级图形工作站等设备，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用立体图形、自然交互等技术，利用中低端图形工作站及立体显示器，产生虚拟场景，参与者使用位置跟踪器、数据手套、力反馈器、三维鼠标、或其它手控输入设备，与虚拟现实场景发生互动，实现虚拟现实技术的重要技术特征，多感知性、沉浸感、交互性、真实性。
虚拟现实的本质
虚拟现实的本质在于它的模拟和仿真。可以通过现有的信息技术手段达到对现实世界中客观事物的模拟和再现。
虚拟现实系统的基本特征
虚拟现实的基本特征
沉浸（Immersion ）沉浸性又称浸入性，是指用户感觉到好像
完全置身于虚拟世界中一样，被虚拟世界所包围、成为虚拟世界中的一部分，使用户由被动的观察者变成主动的参与者，沉浸于虚拟世界之中，参与虚拟世界的各种活动。
国内研究现状国外研究现状虚拟现实系统研究展望
小结
本章主要介绍了虚拟现实系统的基本概念，讲到了虚拟现实系统的组成，目前的研究成果以及虚拟现实系统的具体分类方法。学习本章可以了解虚拟现实系统的特点、本质以及目前的发展状况。最后介绍了国内外当前虚拟现实的研究状况。为本书之后章节的学习进行了理论的铺垫。
增强虚拟现实系统
增强式虚拟现实系统(Aggrandize VR)并不要求与世隔绝，允许用户看到真实世界，同时也可看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界。

虚拟现实概述(PPT 53页)

21
现代仿真技术与应用
第七章虚拟现实第一部分概述
虚拟现实的三种表现方式
1）全景（Panorama）
在全景（Panorama）模式下，物体是相对固定而镜头位置是相对移动（原地360度转动）的，例如在建筑的顶楼平台环顾四周360度的景观。
2）物体（Object）
在物体（Object）模式下，物体运动而镜头相对固定，比如玩手机时，物体（手机）运动，而镜头（眼睛）固定。
第七章虚拟现实第一部分概述
该特点改变了人机接口的内容，体现了计算机应用的新方向。以环境为计算机处理的对象和人机交互的内容。
b) 操作者由视觉、听觉、力觉感知环境，由自然的动作操作环境，不是由屏幕、键
c) 盘、鼠标和计算机交互;
该特点改变了人机接口的形式，体现了计算机人机接口的新方向。一般计算机系统的人机接口都是面向机器的，终端，键盘，鼠标，打印机等接口设备。
第七章虚拟现实第一部分概述
教育信息可视化远程交往与远程游历
24
现代仿真技术与应用
虚拟现实的应用领域
第七章虚拟现实第一部分概述
要求
第七章虚拟现实
首先要求掌握虚拟现实与系统仿真的基本概念和术语，以及虚拟现实有关的人的因素，明确虚拟对现实要求。
其次要求掌握虚拟现实与系统仿真的基础方法，虚拟现实的接口设备和计算机设备，虚拟现实的世界建模技术，了解实现要求的技术。
最后要求掌握虚拟现实的应用。
6
现代仿真技术与应用
3
现代仿真技术与应用
第七章虚拟现实
知识结构
4
现代仿真技术与应用
重点难点
第七章虚拟现实
虚拟现实的基本概念人的视觉系统和虚拟现实的视觉显示技术各类位姿跟踪系统的技术力觉和触觉反馈技术虚拟现实用计算机系统虚拟现实的工具软件系统分布式虚拟现实系统。

虚拟现实VR技术概述(PPT 25张)

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
信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform
VRP-Bulider 虚拟现实编辑器
VRP-IE 三维网络平台 VRP-Physics 物理系统 VRP-Travel 虚拟旅游平台
10
信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
2 虚拟现实系统开发工具
2.3 VRML 用文本信息描述三维场景，在Internet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器生成三维场景，解释生成标准的VRML规范。
11
信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
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。

武器系统的性能。
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信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
1 虚拟现实技术(8)
1.4 虚拟现实的应用领域—其他 •城市规划 •室内设计
•文物保护
•交通领域
•房地产领域
•产品展示 •科学研究成果演示
8
信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用
2 虚拟现实系统开发工具
2.1 虚拟现实系统开发模式 (1) 利用C或C++等高级语言，采用OpenGL或者
DirectX支持的图形库进行编程
(2) 利用现有成熟、专业的面向对象虚拟现实开发软件作为开发工具。 (3) 利用专业的虚拟现实编程开发库或开发包，
9
进行二次开发。
信息科学与技术学院
虚拟现实软件应用

虚拟现实系统概述(ppt 28张)

第十四章
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
虚拟现实系统
首先，要使参与者有“真实”的体验，这种体验就是沉浸或投入。理想情况下虚拟环境应该达到使用户难以辨别真假的程度。为了达到这个目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应该具有人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。
第十四章
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
虚拟现实系统
虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。从概念上讲，任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性：沉浸（Immersion）交互（Interactive）想象（Imagination）
第十四章
1. 什么是虚拟现实 1. 1 基本概念
虚拟现实系统
与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的很多方面，虚拟现实的不同形式或术语：人工实现（Artificial Reality）遥在（Telepresence）虚拟环境（Virtual Environment）赛伯空间（Cyberspace）
第十四章
虚拟现实系统
1. 2. 3.
什么是虚拟现实虚拟现实系统的组成全景视频系统
第十四章
1. 什么是虚拟现实 1. 1 ality（VR）。于1989年被提出。它通常是指用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设施以自然的技能（如头的转动、身体的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维视觉、听觉及触觉等感觉世界。虚拟现实最重要的目标：真实的体验和方便自然的人机交互。能够达到或者部分达到这样目标的系统称为虚拟现实系统。

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第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。从概念上讲，任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性：
沉浸（Immersion）交互（Interactive）想象（Imagination）
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 3 虚拟现实技术简史
显示：头盔三维显示等交互：数据手套等具有里程碑意义的工作： 1. 立体电影、立体声与传感影院：立体图像显示、嗅觉、振动等 2. 模拟器：如飞行系统仿真器
第十四 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 3 虚拟现实技术简史
入到虚拟环境中。
（3）遥在系统：虚拟现实与计算机技术结合的系统，当在某处的操作员操作一个虚拟现实系统时，其结果却在另一个地方发生。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 4 虚拟现实系统的分类
（三）分布式虚拟现实系统如果在上述两种系统的基础上能够使得多个用户连接到一起，并能够共享同一个虚拟空间，则成为分布式虚拟现实系统。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
第二，系统要能提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的人机交互手段。
这些手段使得参与者能够对虚拟环境进行实时的操纵，能从虚拟环境中得到反馈的信息，也能使系统了解参与者关键部位的位置、状态、变形等各种需要系统知道的数据。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 4 虚拟现实系统的分类
（一）非沉浸类虚拟现实系统：（1）全景视频系统：利用连续拍摄的图像和视频在计算机中拼接建立实景
化虚拟空间。（2）基于座舱的系统（3）桌面虚拟现实CAD系统：对虚拟世界进行建模，通过计算机的显示
器进行观察，并能自由的控制观察的视点和视角（4）基于剧情的虚拟现实系统
（四）增强现实系统为了增强操作员对真实环境的感受。辅助数据与观察员所观察到的实际环境叠加到一起，以协助操作员进行操作或工作。这种叠加方式增强了原始的环境信息。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实
1. 5 虚拟现实系统的应用
科学计算可视化计算机辅助设计飞行、骑车、外科手术等的操作模拟军事模拟与仿真教育与培训遥在系统心里实验娱乐艺术通信与协同工作
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
参与者在虚拟环境中的活动或经历有两种形式：主观参与（First-person activities）:参与者是整个经历的中心，一切围绕参
与者进行；
客观参与（second-person activitie）：参与者可以在虚拟环境中看到他自己与其他物体的交互。
3. 无障碍虚拟现实环境 VIDEOPLACE 4.虚拟视觉环境显示器（VIVED：Virtual Visual Environment Display） 5. MIT的“白杨城影片地图（Aspen Movie Map）”，一个模型在街道上
行走的系统。这种用户导航的运行方式为后来的超媒体、虚拟空间交互等提供了丰富的经验。 6.视觉增强系统
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 2. 虚拟现实系统的组成 3. 全景视频系统
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 1 基本概念
虚拟现实，Vitual Reality（VR）。于1989年被提出。
它通常是指用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设施以自然的技能（如头的转动、身体的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维视觉、听觉及触觉等感觉世界。
同时，实时性是非常重要的，如果在交互时存在比较大的延迟，与人的心理经验不一致，就谈不上自然的交互，也很难获得沉浸感。为达到这个目标，高速计算和处理就必不可少。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
第三，因为虚拟现实不仅仅是一种媒体或用户的高端接口，而且它还是针对某一特定领域、解决某些问题的应用。如何解决这些问题，不仅需要了解应用的需求，了解技术的能力，而且还需要有丰富的想象力。想象力已经称为虚拟现实系统设计中最关键的问题之一。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 2 虚拟现实系统的特性
首先，要使参与者有“真实”的体验，这种体验就是沉浸或投入。理想情况下虚拟环境应该达到使用户难以辨别真假的程度。为了达到这个目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应该具有人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。
第十四章虚拟现实系统
2. 虚拟现实系统的组成 2. 1 虚拟现实系统的体系结构
一、系统感知和行为模型人与外界的交互分为两大部分：感知与行为。感知系统：感知系统划分为：方向、听觉、触觉、味觉、嗅觉及视觉等六个子系统。在感知系统模型中，分别对这些子系统的行为方式、接收单元、器官模拟、器官形成、刺激元及外部信息。行为系统：姿势、方向、走动、饮食、动作、表达及语义七个子系统。
虚拟现实最重要的目标：真实的体验和方便自然的人机交互。能够达到或者部分达到这样目标的系统称为虚拟现实系统。
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 1 基本概念
与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的很多方面，虚拟现实的不同形式或术语：人工实现（Artificial Reality）遥在（Telepresence）虚拟环境（Virtual Environment）赛伯空间（Cyberspace）
第十四章虚拟现实系统
1. 什么是虚拟现实 1. 4 虚拟现实系统的分类
（二）沉浸类虚拟现实系统：利用特殊的设备把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，使得参与者产生一种身在身在虚拟环境中，并能够全身心投入和沉浸其中的感觉。
（1）基于头盔的系统（2）投影虚拟现实系统：把参与者的动画图像和其他图像结合到一起，插