虚拟地理环境
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VGE
• 低通过滤的概念存在于各种不同的领域， 诸如电子电路，数据平滑，声学阻挡，图 像模糊等领域经常会用到。 • 在数字图像处理领域，从频域看，低通滤 波可以对图像处理进行平滑去噪处理。
低通滤波器
• 低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括 电子线路、图像模糊处理等等，这两个工具都 通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了 信号的平滑形式。 低通滤波器的幅频
低通滤波
• 低通滤波(Low-pass filter) 是一种过滤方式， 规则为低频信号能正常通过，而超过设定 临界值的高频信号则被阻隔、减弱。但是 阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以 及不同的滤波程序（目的）而改变。它有 的时候也被叫做高频去除过滤（high-cut filter）或者最高去除过滤（treble-cut filter)。 低通过滤是高通过滤的对立。
三 研究方向的子方向
• 研究方向四：信息/虚拟地理与区域可持 续发展 在信息社会大背景下，从信息地理/虚 拟地理角度，探索区域可持续发展理论、 方法与实践，主要的研究从全球化/本土化、 虚拟经济、网络社会（虚拟社区、网络教 育等）、复杂性信息系统、公众参与、群 体决策等角度开展研究。
高通滤波
• 高通滤波(high-pass filter) 是一种过滤方式， 规则为高频信号能正常通过，而低于设定 临界值的低频信号则被阻隔、减弱。但是 阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以 及不同的滤波程序（目的）而改变。它有 的时候也被叫做低频去除过滤（low-cut filter）。高通滤波是低通滤波的对立。
三 研究方向的子方向
• 研究方向三：虚拟地理环境与虚拟地理学 该方向以网络信息空间、虚拟现实以及数 字地球发展为背景，研究信息社会/知识社会 下虚拟地理学的理论和方法，探索虚拟地理环 境的基本规律，以及虚拟地理环境和现实地理 环境的相互关系和作用特征。 具体研究内容包括：虚拟地理学的理论和 方法框架，虚拟地理学与赛博地理学、信息地 理学的相互关系理论，虚拟地理环境的时间维、 空间维特性，虚拟地理环境的演化驱动力机制， 虚拟地理环境与数字地球等。
城市虚拟地理环境的研究与实现
ｅ ｖ ｒｎｍｅ ｔ ｓｓ ｔｕ ａ ｈ ｈａ ｅ ｏ ｓ ａ ｅ ｉ ｆｒ ａｉｎ ｏ ｉｙ ｉ ｅ ｌｓ ｄ． ｎ ｉｏ ｎ ｓｉ ｅ ｐ， ｎｄ ｔ ｅ ｓ ｒ ｆ３Ｄ ｐ ｃ ｎ ｏｍ ｔｏ ｆｃ ｔ ｓｒ ａ ｉｅ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ ｙ ｄ Ｃｉｙ ｖｒｕ ｌｇ ｏ ｒ ｐ ｃ ｅ ｖｉｏ ｍｅ ｓ ＴＩ ｔ ｉｔａ ｅ ｇ ａ ｈｉ ｎ ｒ ｎ ｎｔ Ｎ ＣＳ Ｇ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｈ ｒｎｇ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｓ ａ ｉ
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ＴＮ Ｔｉｎｕａ ｄＩｅｕａ Ｎ ｔｏｋ 模 型和 Ｃ Ｇ（ ｏｓｕ ｔ ｅＳｌ ｅｍｅｙ 模 型集成生成城 市虚拟地 理环境 ， Ｉ （ ｒ ｇｌｔ ｒｇｌｒ ｅ ｒ） ａ ｅ ｒ ｗ Ｓ Ｃ ｎｔ ｃｉ ｏｉ Ｇ ｏ ｔ ） ｒ ｖ ｄ ｒ 采用 ＴＮ模型描述 地 Ｉ 形 ，Ｓ Ｃ Ｇ模 型描述建 筑物， 通过提取建筑物地面轮廓作 为 ＴＮ模 型的限定约束条件 ， Ｉ 构建城 市虚拟地 理环境 的三维景观 ， 实现城 市三
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虚拟地理环境
技术支持
动态建模技术 根据虚拟地理环境特征，其数据是以地形、地貌、
地质、海洋、大气等为主的地学数据。动态建模的目的 是获取实际环境三维数据，并根据实际需要建立相应的 环境模型，所以，有效地获取数据是关键。除了传统人 工内外作业调查和简单计算机处理外，利用卫星遥感、 航空遥测、航空地面摄影、地面激光扫描仪与GPS等技 术来获取数据是当前发展的趋势。
环境表示的准确性
虚拟环境感知信息 合成的真实性
智能技术
自身问题
人与虚拟环境 交互的自然性
图形生成的问题
实时显示的问题
发展前景
动态环境建模技术 虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，
动态环境建模技术的目的是获取实际环境的 三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境 模型。
发展前景
实时三维图形生成和显示技术 三维图形的生成技术已经比较成熟，而关键是
技术支持
数据库管理技术 三维仿真与建模必须需要大数据量的三维图形数据
库，协调图形数据与可视化硬件之间关系，使保证在数 据量不断扩展的情况下不会产生系统性能下降。容量庞 大的数据库需要使用有效的空间数据结构来组织，其主 要技术包括数据库管理技术、数据结构应用技术、网络 共享等用户访问技术。
技术支持
需要大量的时间和精力。如果将VR技术与智 能技术、语音识别技术结合起来，可以很好 的解决这个问题。
发展前景
大型网络分布式虚拟环境 Distributed Virtual Reality，将分散的虚
拟现实系统或仿真器通过网络联结起来，采用协调 一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时 间和空间上相互耦合的虚拟/合成环境，参与者可 自由地进行交互作用。目前，分布式虚拟交互仿真 已成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、HLA等 相关标准。
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
虚拟现实发展趋势(PPT 99页)
二、在高速专用网上——如美国军方国防仿真 互联网。
最早的分布式虚拟战场环境是1983年美国陆军制 定的虚拟环境研究计划，这一计划将分散在不同地 点的地面坦克、车辆仿真器通过计算机网络联合在 一起，进行各种复杂任务的训练和作战演练。
1994年开始，美国陆军与美国大西洋司令部联合 开展了战争综合演练场的研究，建成了一个包括海 陆空多兵种、有3700多个仿真实体参与的地域范 围覆盖500公里×750公里的军事演练环境。
亲身体验虚拟环境带来的多方面的感受；
虚拟地理环境强调‘虚拟’而非‘数字’
不仅仅是数据库和几何模型的建设，强调人 的地位，强调许多地理信息与地理知识在区 域可持续发展中的意义。
虚拟环境与仿真环境不同
仿真是通过对系统模型的实验来研究一个存 在的或设计中的系统
仿真环境即运用仿真技术描述现实环境；
虚拟现实的发展
虚拟地理环境 分布式虚拟现实系统 增强现实
一、虚拟地理环境
地理学+虚拟现实技术
GIS+虚拟现实技术
虚拟GIS
数字城市+虚拟现实技术
虚拟城市
地理学+虚拟现实技术
虚拟地理环境
概念
地理环境：
包括作为主体的人类社会以及围绕该主体存 在的一切客观环境，自然环境、经济环境、 社会文化环境等。
化身人之间 化身人类社会与软硬件环境 化身人类社会与虚拟社会图形环境
化身人=自然人+化身
化身：
化身人类在虚拟界中的身份，采用不同形态、 性别的化身会影响化身人类在虚拟结合县世 界的心理状态和社会行为。
虚拟社群：
VGE特点：
虚拟地理环境强调“人”的作用
化身人使‘虚拟’变得更为真实 化身人使人们愿意加入到虚拟的地理环境中，
地理信息系统名词解释大全
地理信息系统名词解释大全地理信息系统Geographic Information System GIS作为信息技术的一种，是在计算机硬、软件的支持下，以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说，GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
地理信息系统属于空间型信息系统。
地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息科学与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
虚拟地理环境 第三章 虚拟环境的表达-几何建模
上面介绍了构造表示的三种表示方法，我们已经 看到，构造表示通常具有不便于直接获取形体几 何元素的信息、覆盖域有限等缺点，但是，便于 用户输入形体，在CAD/CAM系统中，通常作为辅助 表示方法。
6.3 边界表示
图3.1.10给出了一个边界表示的实例。边界表示 （Boundary Representation）也称为BR表示或BRep 表示，它是几何造型中最成熟、无二义的表示法。
八叉树表示法有一些优点，近年来受到人们的 注意。这些优点主要是： （1）形体表示的数据结构简单。 （2）简化了形体的集合运算。对形体执行 交、并、差运算时，只需同时遍历参加集合运 算的两形体相应的八叉树，无需进行复杂的求 交运算。 （3）简化了隐藏线（或面）的消除，因为 在八叉树表示中，形体上各元素已按空间位置 排成了一定的顺序。 （4）分析算法适合于并行处理。 八叉树表示的缺点也是明显的，主要是占用 的存储多，只能近似表示形体，以及不易获取 形体的边界信息等。
6.2 构造表示
构造表示是按照生成过程来定义形体的方法， 构造表示通常有扫描表示、构造实体几何表示和 特征表示三种。
(1)扫描表示 扫描表示是基于一个基体（一般是一个封闭 的平面轮廓）沿某一路径运动而产生形体。 可见，扫描表示需要两个分量，一个是被运动 的基体，另一个是基体运动的路径；如果是变 截面的扫描，还要给出截面的变化规律。 图3.2.5 给出了扫描表示的一些例子
还有一个重要的原因是实体造型系统需要与应 用系统的集成。以机械设计为例，机械零件在 实体系统中设计完成以后，需要进行结构、应 力分析，需要进行工艺设计、加工和检验等。 用户进行工艺设计时，需要的并不是构成形体 的点、线、面这些几何和拓扑信息，而是需要 高层的机械加工特征信息，诸如光孔、螺孔、 环形槽、键槽、滚花等，并根据零件的材料特 性，加工特征的形状、精度要求、表面粗糙度 要求等，以确定所需要的机床、刀具、加工方 法、加工用量等，传统的几何造型系统远不能 提供这些信息，以至CAD与CAPP（计算机辅助 工艺过程设计）成为世界性的难题。
虚拟地理环境 第二章 虚拟现实概论 第一节 虚拟现实简介
从过去人只能从计算机系统的外部去观测计算机的处理结果到人能够沉浸到计算机系统所制造的环境之中从过去人只能通过键盘鼠标与计算环境中的单维数字化信息发生交互作用到人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用从过去的人只能从以定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事物的认识到人有可能从定性和定量综合集体的环境中得到感性和理性的认识从而深化对概念的认识和萌发新意
1.2 虚拟现实的概念 (1) 虚拟现实的定义
虚拟现实技术发展到今天，也只能说 处于初级阶段。目前的系统受软、硬 件条件的限制，只是在一定程度上给 予用户“真实感”的体验，许多技术 问题尚有待解决。现在还没有明确的 定义。此处给出几个基于虚拟现实系 统特征的定义
定义一：
是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成 逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的沉浸式 虚拟交互环境，用户借助必要的设备以自然的方 式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响 ，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体 验。
(2) 按虚拟夸张程度
合理的虚拟现实：就是根据真实的物理法则由计 算机模拟真实世界。
在这种虚拟世界中人所体验到的一切都是符合客 观规律的。在真实世界中只要条件具备，就可出现 虚拟现实中的情况，因而从中所获得的知识都是有 用的。 例如英国出售的“模拟滑雪器”，“滑雪者”只 要穿上滑雪服，蹬上滑雪板，拄上滑雪棍，带上头 盔式显示器，就可以看到真正滑雪场中白雪皑皑的 高山深谷，并根据自己的状况做出相应的各种滑雪 动作，学习、体验滑雪。
(2) 虚拟现实与其他相关名词的区别
虚拟与“虚幻” 虚拟现实和多媒体的区别 虚拟现实技术与现有仿真技术的区别 虚拟现实与动画技术的区别 虚拟现实与可视化的区别 几个相同意义的名词 :人工现实(Artifical Reality)、灵境、幻真、虚拟环境
1.2 虚拟现实的概念 (1) 虚拟现实的定义
虚拟现实技术发展到今天，也只能说 处于初级阶段。目前的系统受软、硬 件条件的限制，只是在一定程度上给 予用户“真实感”的体验，许多技术 问题尚有待解决。现在还没有明确的 定义。此处给出几个基于虚拟现实系 统特征的定义
定义一：
是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成 逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的沉浸式 虚拟交互环境，用户借助必要的设备以自然的方 式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响 ，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体 验。
(2) 按虚拟夸张程度
合理的虚拟现实：就是根据真实的物理法则由计 算机模拟真实世界。
在这种虚拟世界中人所体验到的一切都是符合客 观规律的。在真实世界中只要条件具备，就可出现 虚拟现实中的情况，因而从中所获得的知识都是有 用的。 例如英国出售的“模拟滑雪器”，“滑雪者”只 要穿上滑雪服，蹬上滑雪板，拄上滑雪棍，带上头 盔式显示器，就可以看到真正滑雪场中白雪皑皑的 高山深谷，并根据自己的状况做出相应的各种滑雪 动作，学习、体验滑雪。
(2) 虚拟现实与其他相关名词的区别
虚拟与“虚幻” 虚拟现实和多媒体的区别 虚拟现实技术与现有仿真技术的区别 虚拟现实与动画技术的区别 虚拟现实与可视化的区别 几个相同意义的名词 :人工现实(Artifical Reality)、灵境、幻真、虚拟环境
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（3）基本特征 • 多感知性
所谓多感知性(Multi-Sensor)就是除了具有的视觉感 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，无论从感知 范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。
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（3）基本特征 • 存在感
存在感(Presence)又称为临场感(Immersion)，它是 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度(例如可视 场只应随着视点的变化而变化)，甚至比真的还真，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
（4）分类 • 非完全投入式虚拟现实系统 • 叠加式虚拟现实系统 • 投入式系统 • 分布式虚拟现实系统
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• 非完全投入式虚拟现实系统
在非投入式系统 中，使用者可从视觉上感觉到真实世 界，但通过某种显示装置如图形工作站，可对虚拟世界进 行观察，用户利用像空间鼠标这样的装置在虚拟环境内漫 游，这种装置使用户可对视点作六自由度平移及旋转。
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（2）发展历程
• 1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚拟现实系统 的基本思想。 • 1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 • 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 • 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 • 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列有关虚拟现 实技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测 实验室将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了 火星表面的三维虚拟环境。 • 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打下了的基础。 1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从飞机的运输 舱内取出望远镜面板的工作。再如，用虚拟现实技术设计波音777获 得成功。
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（1）基本概念 虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟环
境可自然交互的人机界面，是指利用计算机和一 系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真正 现实世界中的感觉的环境,是一个看似真实的模拟 环境。通过传感设备,用户根据自身的感觉,使用人 的自然技能考察和操作虚拟世界中的物体,获得相 应看似真实的体验。
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• 叠加式虚拟现实系统
叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同 时，虚拟图像叠加在现实世界之上。叠加式虚拟现实系统 又称补充现实系统。
例如，战斗机驾驶员使用的头盔可让驾驶员同时看到外 面世界及上置的合成图形。额外的图形可在驾驶员对机外 地形视图上叠加地形数据，或许是高亮度的目标、边界或 战略陆标（Landmark）。补充现实系统的效果显然在很 大程度上依赖于对使用者及其视线方向的精确的三维跟踪。
地球信息科学引论
授课人：张喜旺
E-mail：zxiwang@
The College of Environment and Planning of Henan University
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1 虚拟现实技术及其应用 2 虚拟地理环境的概念与特征 3 虚拟地理环境的构建和应用
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• 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality,简称 DVR)又称网络虚拟现实(Net Worked Virtual Reality, 简称NVR),其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的 分布式虚拟环境(Distributed Virtual Environment,简 称DVE),在这个环境中,位于不同物理位置的多台计算机及 其用户,可以不受其各自的时空限制,在一个共享虚拟环境 中实时交互、协同工作,共同完成某一复杂产品的设计、制 造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别适 合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事件 的仿真。
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（3）基本特征 • 交互性
交互性(interaction)是指用户对模拟环境内的物体可 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的物体，这时手 有捏着东西的感觉，并可以感觉物体的重量(其实这时手 里并没有实物)，视场中被抓的物体也立刻随着手的移动 而移动。
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（5）虚拟现实系统的构成——系统模型
用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到 实时3维显示和其他反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用 户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界 产生作用（如遥操作等）。
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（3）基本特征 • 自主性
自主性(Automomy)是指虚拟环境中物体依据物理定 律进行动作的程度，例如有力的推动时，物体会向力的方 向移动、翻倒或从桌面落到地面等。
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• 投入式虚拟现实系统
在投入式系统中，以对使用者头部位置、方向作出反应 的计算机生成的图像代替真实世界的景观。用户可做能在 工作站上完成的任何事，其明显长处是完成投入。当具备 结合模拟软件的额外处理能力后，使用者就可交互地探索 新景观，体验到实时的视觉回应。
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（3）基本特征 • 多感知性
所谓多感知性(Multi-Sensor)就是除了具有的视觉感 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，无论从感知 范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。
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（3）基本特征 • 存在感
存在感(Presence)又称为临场感(Immersion)，它是 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度(例如可视 场只应随着视点的变化而变化)，甚至比真的还真，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
（4）分类 • 非完全投入式虚拟现实系统 • 叠加式虚拟现实系统 • 投入式系统 • 分布式虚拟现实系统
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• 非完全投入式虚拟现实系统
在非投入式系统 中，使用者可从视觉上感觉到真实世 界，但通过某种显示装置如图形工作站，可对虚拟世界进 行观察，用户利用像空间鼠标这样的装置在虚拟环境内漫 游，这种装置使用户可对视点作六自由度平移及旋转。
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（2）发展历程
• 1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚拟现实系统 的基本思想。 • 1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 • 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 • 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 • 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列有关虚拟现 实技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测 实验室将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了 火星表面的三维虚拟环境。 • 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打下了的基础。 1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从飞机的运输 舱内取出望远镜面板的工作。再如，用虚拟现实技术设计波音777获 得成功。
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（1）基本概念 虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟环
境可自然交互的人机界面，是指利用计算机和一 系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真正 现实世界中的感觉的环境,是一个看似真实的模拟 环境。通过传感设备,用户根据自身的感觉,使用人 的自然技能考察和操作虚拟世界中的物体,获得相 应看似真实的体验。
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• 叠加式虚拟现实系统
叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同 时，虚拟图像叠加在现实世界之上。叠加式虚拟现实系统 又称补充现实系统。
例如，战斗机驾驶员使用的头盔可让驾驶员同时看到外 面世界及上置的合成图形。额外的图形可在驾驶员对机外 地形视图上叠加地形数据，或许是高亮度的目标、边界或 战略陆标（Landmark）。补充现实系统的效果显然在很 大程度上依赖于对使用者及其视线方向的精确的三维跟踪。
地球信息科学引论
授课人：张喜旺
E-mail：zxiwang@
The College of Environment and Planning of Henan University
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1 虚拟现实技术及其应用 2 虚拟地理环境的概念与特征 3 虚拟地理环境的构建和应用
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• 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality,简称 DVR)又称网络虚拟现实(Net Worked Virtual Reality, 简称NVR),其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的 分布式虚拟环境(Distributed Virtual Environment,简 称DVE),在这个环境中,位于不同物理位置的多台计算机及 其用户,可以不受其各自的时空限制,在一个共享虚拟环境 中实时交互、协同工作,共同完成某一复杂产品的设计、制 造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别适 合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事件 的仿真。
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（3）基本特征 • 交互性
交互性(interaction)是指用户对模拟环境内的物体可 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的物体，这时手 有捏着东西的感觉，并可以感觉物体的重量(其实这时手 里并没有实物)，视场中被抓的物体也立刻随着手的移动 而移动。
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（5）虚拟现实系统的构成——系统模型
用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到 实时3维显示和其他反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用 户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界 产生作用（如遥操作等）。
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（3）基本特征 • 自主性
自主性(Automomy)是指虚拟环境中物体依据物理定 律进行动作的程度，例如有力的推动时，物体会向力的方 向移动、翻倒或从桌面落到地面等。
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• 投入式虚拟现实系统
在投入式系统中，以对使用者头部位置、方向作出反应 的计算机生成的图像代替真实世界的景观。用户可做能在 工作站上完成的任何事，其明显长处是完成投入。当具备 结合模拟软件的额外处理能力后，使用者就可交互地探索 新景观，体验到实时的视觉回应。