论文汇报：虚拟现实技术的研究与发展现状57

第三阶段
• 80 年代末至90 年代初,为虚拟现实全面发 展阶段。虚拟现实技术已经从实验室的试 验阶段走向了市场的实用阶段,对虚拟现实 技术的研究也从基本理论和系统构成的研 究转向应用过程中所遇到的具体问题的探 讨。在虚拟现实系统中只有各种交互设备 还不够,还必须提供基本的软件支撑环境, 用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境 进行高级交互。
第二阶段
• 80 年代初至80 年代中期,开始形成VR 技 术的基本概念,开始由实验进入实用阶段, 其重要标志是:1985 年在Michael Mc Greevy 领导下完成的VIEW 虚拟现实系统, 装备了数据手套和头部跟踪器,提供了手势 、语言等交互手段,使VIEW 成为名副其实 的虚拟现实系统,成为后来开发虚拟现实的 体系结构。其他如VPL 公司开发了用于生 成虚拟现实的RB2 软件和Data Glove 数据 手套,为虚拟现实提供了开发工具。
系统特征
沉浸性
交互性
想象性
指用户感受到被 虚拟世界所包围 ，好像完全置身 于虚拟世界之中 一样。
主要借助于VR 系统中的特殊硬 件设备、使用户 能通过自然的方 式，产生同在真 实世界中一样的 感觉。
指虚拟的环境 是人想象出来 的，同时这种 想象体现出设 计者相应的思 想，因而可以 用来实现一定 的目标。
环境建模 技术
碰撞检测 技术
自然交互与 传感技术
环境建模技术
几何建模技术
物理建模技术
Title
行为建模技术
几何建模技术
• 几何建模技术主要研究对象是对物体几何 信息的表示与处理，它是涉及表示几何信 息数据结构，以及相关的构造与操纵数据 结构的算法建模方法。
物理建模技术
• 建模技术进一步发展的产物是物理建模， 也就是在建模时要考虑对象的物理属性。 典型的物理建模技术有分形技术和粒子系 统。
发展历程
1. 20 世纪50 年代至70 年代,是VR 技术的准备阶 段；
2. 80 年代初至80 年代中期,是VR 技术系统化、 开始走出实验室进入实际应用的阶段；
3. 80 年代末至90 年代初,是VR 技术迅猛发展的 阶段 ；
第一阶段
• 50～70 年代,为虚拟现实的探索阶段。 1965 年由美国的Morton Heileg 开发了一 个称做Sensorama 的摩托车仿真器,不仅具 有三维视频及立体声效果,还能产生风吹的 感觉和街道气味。1968年,美国计算机科学 家I1E1Sutherland 在哈佛大学组织开发了 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,成为VR 技术发展史 上的一个重要里程碑,为虚拟现实的发展奠 定了基础。
分布式VR 系统
• 分布式VR 系统（DVR）是一个较为典型的 实例。DVR 系统是VR 技术和网络技术发展 和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界 中，位于不同物理位置的多个用户或多个 虚拟世界，通过网络连接成共享信息的系 统。
虚拟现实技术的相关技术
实时三维图 形绘制技术
三维虚拟声音 的显示技术
桌面式VR 系统
• 桌面式 VR 系统也称窗口VR，它是利用个 人计算机或图形工作站等设备，采用立体 图形、自然交互等技术，产生三维立体空 间的交互场景，利用计算机的屏幕作为观 察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设 备实现与虚拟世界的交互。
增强式VR 系统
• 增强式VR 系统简称增强现实（AR），它既允许用 户看到真实世界，同时也能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结合 起来的一种系统，既可减少构成复杂场景的开销 ，又可对实际物体进行操作，真正达到了亦真亦 幻的境界。在增强式VR 系统中，虚拟对象所提供 的信息往往是用户无法凭借其自身感觉器官直接 感知的深层信息，用户可以利用虚拟对象所提供 的信息来加强对现实世界的认知，这就是增强式 VR 系统。
行为建模技术
• 行为建模技术主要研究的是物体运动的处 理和对其行为的描述，体现了虚拟环境中 建模的特征。
实时三维图 形绘制技术
基于几何图形的 实时绘制技术
基于图像的实时 绘制技术 .
基于几何图形的实时绘制技术
• 为了保证三维图形的显示能实现刷新频率 不低于30 帧/秒，除了在硬件方面采用高 性能的计算机外，还必须选择合适的算法 来降低场景的复杂度（即降低图形系统处 理的多边形数目）。目前，用于降低场景 的复杂度，以提高三维场景的动态显示速 度的常用方法有预测计算、脱机计算、场 景分块、可见消隐、细节层次模型等，其 中细节层次模型应用较为普遍
虚拟现实技术的 研究与发展现状
主讲内容
技•术技术概概论念
•发展历程 •系统特征 •系统组成 •系统分类
相关技术
•简单介绍
•VRML发展史
••VVRRMM建发用LL应基模展用本语与特点言应
•研究现状 •发展趋势 •应用
虚拟现实技术概念
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)， 又译为临境，灵境技术等。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。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，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，具有广阔的应用 前景
• 1．预测计算
• 根据物体的各种运动规律，如手的移动， 可在下一帧画面绘制之前用预测的方法推 算出手的位置，从而减少由输入设备所带 来的延迟。
• 2．脱机计算
• 由于 VR 系统是一个较为复杂的系统，在 实际应用中可以尽可能将一些可预先计算 好的数据进行预先计算并存储在系统中， 这样可加快需要运行时的速度。
系统组成
Baidu Nhomakorabea
计算机
输入输出设备
应用软件系统
数据库
用户
系统分类
桌面式
沉浸式
增强式
分布式
VR系统
沉浸式VR 系统
• 沉浸式 VR 系统提供完全沉浸的体验，使 用户有一种完全置身于虚拟世界之中的感 觉。它通常把参与者的视觉、听觉和其他 感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的 感觉空间，利用空间位置跟踪定位设备、 数据手套、其他手控输入设备、声音设备 等使得参与者产生一种完全投入并沉浸于 其中的感觉，是一种较理想的VR 系统。