虚拟现实中三维立体显示技术
虚拟现实的关键技术
4.3 三维虚拟声音的实现技术
• 4.3.3 语音合成技术
• 语音合成技术（Text To Speech，TTS）是指用人工的方法生成语 音的 技术，当计算机合成语音时，如何能做到听话人能理解其意图 并感知其情 感，一般对语音的要求是可懂、清晰、自然、具有表现 力。语音合成技术 是一门综合性的前沿新技术，该技术相当于给机 器装上了人工嘴巴。它涉 及声学、语言学、数字信号处理、计算机 科学等多个学科技术。
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4.2 环境建模技术
• 4.2.2 物理建模技术
• 1．分形技术 • 分形技术是指可以描述具有自相似特征的数据集。自相似的典型例
子是树，若不考虑树叶的区别，当我们靠近树梢时，树梢看起来也像 一 棵大树。由相关的一组树梢构成一根树枝，从一定距离观察时也 像一棵大 树。当然，由树枝构成的树从适当的距离看时自然是棵树。 虽然，这种分 析并不十分精确，但比较接近。这种结构上的自相似 称为统计意义上的自 相似。 • 自相似结构可用于复杂的不规则外形物体的建模。该技术首先被用于 河流和山体的地理特征建模。例如，取三角形三边的中点并按顺序连 接起 来，将三角形分割成4个三角形。同时，在每个中点随机地赋予 一个高度 值，然后，递归上述过程，就可产生相当真实的山体。
后，语音识别软件便开始以用户输 入的声音样本与事先储存好的声 音样本进行对比工作，声音对比工作 完成之后，系统就会输入一个 它认 为最“像”的声音样本序号，由此可以知道用户刚才念的声音是 什么意义，进而执行此命令。说起来简 单，但要真正建立识别率高 的语音 识别系统，是非常困难而专业的。 目前，世界各地的研究人 员还在努 力研究最好的方式。
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4.2 环境建模技术
《VR技术简介》课件
医疗健康领域
VR技术在医疗健康领域的应用包括手术模拟训练、康复治疗、疼痛管理等方面。通过VR技术，医生 可以更加真实地模拟手术过程，提高手术技能和操作水平。同时，患者也可以通过VR技术进行康复 训练和治疗，提高康复效果和生活质量。
02
VR技术利用计算机图形、仿真、 传感器等技术，生成逼真的三维 场景和物体，使用户感受到身临 其境的体验。
VR技术的发展历程
A
1950年代
VR技术的概念开始出现，科学家们开始探索三 维图像的生成和显示技术。
1980年代
VR技术开始商业化应用，出现了第一代虚 拟现实设备，如头戴式显示器和数据手套 。
交互性
总结词
虚拟现实技术允许用户与虚拟环境进 行互动，增强用户的参与感和体验感 。
详细描述
用户可以在虚拟环境中自由移动、探 索、操作对象，与虚拟环境进行互动 。这种交互性能够使用户更加深入地 参与到虚拟环境中，提高用户的参与 感和体验感。
真实感
总结词
虚拟现实技术能够模拟现实世界中的场 景和物体，为用户提供高度真实的体验 。
VS
建筑设计：VR技术还可以用于建筑 设计领域，设计师可以通过VR技术 更加直观地呈现设计方案，提高设计 质量和沟通效率。
旅游领域
VR技术在旅游领域的应用包括虚拟旅游、 导游辅助等方面。通过VR技术，游客可以 在出发前了解旅游目的地的实际情况和文化 背景，提高旅游体验和满意度。同时，导游 也可以通过VR技术为游客提供更加生动和 有趣的讲解服务。
VS
详细描述
虚拟现实技术通过高精度的3D建模和渲 染技术，能够模拟出逼真的场景和物体， 使用户感觉仿佛置身于现实世界中。这种 高度真实的体验能够为用户带来更加丰富 的视觉享受和感知体验。
虚拟现实在教育领域的应用及其影响
虚拟现实在教育领域的应用及其影响虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种基于计算机图像模拟与三维立体显示技术，将用户从现实世界转移到虚拟环境中的技术。
近年来，随着虚拟现实技术的不断发展和创新，其在教育领域的应用也日益广泛，带来了深远的影响。
一、虚拟现实在教育领域的应用1. 交互式学习体验虚拟现实技术能够在虚拟环境中构建逼真的学习场景，使学生身临其境地参与其中。
比如，在历史课上，学生可以通过虚拟现实技术穿梭于古代城市，观察文物，了解历史文化。
这种交互式的学习体验可以增加学生的学习兴趣，提高学习效果。
2. 实践模拟培训虚拟现实技术还可以用于实践模拟培训。
比如，医学院校可以使用虚拟现实技术模拟手术操作场景，让学生在虚拟环境中进行实操练习，提升操作技巧和安全意识。
这种模拟培训可以降低实际操作风险，提高学生的实际能力。
3. 情感教育与人际交互虚拟现实技术使得教育变得更加立体化。
在语言教学中，学生可以通过虚拟现实技术与虚拟的外语环境进行互动，提高语言听说能力。
在交互体验中，学生能够与虚拟现实展现的角色进行情感交流，从而培养情感教育。
二、虚拟现实在教育领域的影响1. 增强学习动力通过虚拟现实技术，学生能够身临其境地体验学习内容，提高学习动力。
传统的二维教学方式容易让学生产生学习疲劳和兴趣丧失等问题，而虚拟现实技术的应用则能够激发学生的参与度和学习欲望。
2. 个性化学习虚拟现实技术能够根据学生的个体差异，提供更加个性化的学习方案。
学生可以根据自身的需求和兴趣选择合适的学习内容和学习路径，实现学习个性化。
3. 培养跨学科能力虚拟现实技术在教育领域的应用促进了学科之间的融合。
学生在虚拟环境中进行学习时，需要运用多学科知识和技能，提高了学生的综合素质和跨学科能力。
三、结语虚拟现实技术在教育领域的应用具有巨大的潜力。
通过交互式学习体验、实践模拟培训、情感教育与人际交互等方式，虚拟现实技术能够提供更加丰富、立体化的学习环境。
虚拟现实中的全息投影技术研究
虚拟现实中的全息投影技术研究虚拟现实（Virtual Reality, VR）作为一种创新的科技技术，已经逐渐走进了人们的生活。
虚拟现实技术给人们带来了身临其境的沉浸式体验，而全息投影技术则进一步提升了虚拟现实的逼真感。
全息投影技术，又称为全息影像技术（Holographic Imaging），是一种能够产生立体图像的技术。
相比传统的平面显示技术，全息投影技术可以呈现出更加真实、立体的效果。
通过使用全息投影技术，用户可以看到立体的三维模型或图像，让人仿佛置身于虚拟世界之中。
全息投影技术的实现主要依赖于激光的原理和全息记录和重建技术。
全息记录过程中，激光将场景中的物体的光信息记录下来。
在全息重建过程中，根据记录的光信息，激光光束与记录过程中产生的参考光束相继通过同样的介质，最终形成一个立体的图像。
这样的图像可以呈现出真实物体的光学信息，让人感觉到立体的触感和远近的效果。
在虚拟现实中应用全息投影技术，可以进一步增强虚拟现实的沉浸感和真实感。
虚拟现实中的全息投影可以让用户与虚拟世界中的人物、物体进行互动，更好地体验虚拟环境。
例如，在虚拟现实游戏中，全息投影技术可以将游戏中的角色或道具以立体的形式投影到现实中，使得玩家能够与虚拟角色进行面对面的交互，增强游戏的乐趣和真实感。
除了游戏领域，全息投影技术在教育和医疗方面也有着广泛的应用前景。
在教育中，全息投影技术可以模拟现实场景，比如历史事件、地理地形等，让学生能够更加直观地了解和学习相关知识。
在医疗方面，全息投影技术可以帮助医生对病情进行更全面、准确的分析，同时也可以用于手术操作的辅助，提高手术的精确度和安全性。
然而，虚拟现实中的全息投影技术还面临着一些挑战。
首先是技术的成本和实施难度。
目前，全息投影技术的设备和设施仍然比较昂贵，对于一些中小型企业和个人用户来说，成本可能是一个限制因素。
其次，全息投影技术的显示效果仍然有待改进。
虽然现在的技术已经能够呈现出立体的图像，但在颜色、分辨率等方面还有一定的限制，无法达到完美的效果。
3D技术的原理
3D技术的原理3D技术是指通过模拟真实世界的三维空间，并以此为基础创建虚拟对象或场景的技术。
它主要通过感知和模拟人眼视觉机制来实现。
3D技术在许多领域得到应用，如电影、游戏、建筑设计等。
下面将详细介绍3D技术的原理。
一、人眼视觉机制要理解3D技术的原理，我们首先需要了解人眼的视觉机制。
人眼通过两只眼睛同时观察物体，每只眼睛看到的画面略有不同。
这种略微的差异通过大脑进行处理，从而让我们感知到深度和立体效果。
二、立体成像原理3D技术就是利用立体成像原理来模拟这种人眼立体视觉效果。
立体成像可以分为主动式和被动式两种方式。
1. 主动式立体成像主动式立体成像是指通过特殊的眼镜或其他装置来实现立体效果。
这种方法要求观众佩戴特殊的眼镜，其中一只眼镜会屏蔽或过滤掉画面中的特定部分。
当观众通过这种眼镜观看画面时，两只眼睛会看到不同的画面，从而产生立体效果。
常见的主动式立体成像技术包括偏振成像、快门式成像和红蓝绿成像。
其中，偏振成像是利用偏光片来过滤不同方向的光线，使得观众通过左眼和右眼看到的画面有所差异；快门式成像是通过快速切换显示左右两个画面的方式，要求观众佩戴配对眼镜，左眼只能看到左画面，右眼只能看到右画面；红蓝绿成像则是通过过滤红色、蓝色和绿色光线的方式，使得观众通过左右眼分别看到不同颜色的画面。
2. 被动式立体成像被动式立体成像是指无需佩戴特殊眼镜，通过分别投射不同图像给左右眼来实现立体效果。
常见的被动式立体成像技术有自动立体成像和云台立体成像。
自动立体成像是利用特殊的光栅片或面板将左右眼的图像进行分离并分别投射给左右眼。
观众无需佩戴任何眼镜，就可以通过裸眼观看画面，获得立体效果。
云台立体成像是通过将左右眼的图像投射到偏振滤光器上，观众佩戴带有偏振滤光器的眼镜，通过不同的滤光器过滤掉其中的一种偏振光，从而实现不同眼睛看到不同的画面。
这种技术多用于电影院等特定场合。
三、3D建模和渲染除了立体成像之外，3D技术还需要进行3D建模和渲染。
立体显示技术
虚拟现实立体显示技术虚拟现实是一种新兴的、极有应用前景的计算机综合性技术。
采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。
立体显示是虚拟现实的关键技术之一，它使人在虚拟世界里具有更强的沉浸感，立体显示的引入可以使各种模拟器的仿真更加逼真。
研究立体成像技术并利用现有的微机平台，结合相应的软硬件系统在平面显示器上显示立体视景。
一、立体显示原理由于人眼有4 - 6cm的距离，所以实际上我们看物体时两只眼睛中的图象是有差别的。
两幅不同的图象输送到大脑后，我们看到的是有景深的图象。
这就是计算机和投影系统的立体成像原理。
依据这个原理，结合不同的技术水平有不同的立体技术手段。
只要符合常规的观察角度，即产生合适的图象偏移，形成立体图象并不困难。
从计算机和投影系统角度看，根本问题是图象的显示刷新率问题，即立体带宽指标问题。
如果立体带宽足够，任何计算机、显示器和投影机显示立体图象都没有问题。
二、四种立体显示技术下面就介绍4种技术如何将片源输送给双眼，其中前三种，分色、分光、分时技术的流程很相似，都是需要经过两次过滤，第一次是在显示器端，第二次是在眼睛端：1)分色技术：分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼。
我们眼睛中的感光细胞共有4种，其中数量最多的是感觉亮度的细胞，另外三种用于感知颜色，分别可以感知红、绿、蓝三种波长的光，感知其它颜色是根据这三种颜色推理出来的，因此红、绿、蓝被称为光的三原色。
要注意这和美术上讲的红、黄、蓝三原色是不同的，后者是颜料的调和，而前者是光的调和。
显示器就是通过组合这三元色来显示上亿种颜色的，计算机内的图像资料也大多是用三原色的方式储存的。
分色技术在第一次过滤时要把左眼画面中的蓝色、绿色去除，右眼画面中的红色去除，再将处理过的这两套画面叠合起来，但不完全重叠，左眼画面要稍微偏左边一些，这样就完成了第一次过滤。
第二次过滤是观众带上专用的滤色眼镜，眼镜的左边镜片为红色，右边的镜片是蓝色或绿色，由于右眼画面同时保留了蓝色和绿色的信息，因此右边的镜片不管是蓝色还是绿色都是一样的。
三维重建在虚拟现实中的应用研究
三维重建在虚拟现实中的应用研究虚拟现实（Virtual Reality，VR）是一种通过计算机技术模拟现实环境，使用户能够身临其境的沉浸于其中的技术。
而三维重建则是通过对物体、场景或人体进行扫描和建模，以生成逼真的三维模型。
虚拟现实与三维重建相结合，可以实现更加真实且逼真的虚拟体验，因此在许多领域有着广泛的应用。
一、文化遗产保护与重建虚拟现实结合三维重建技术在文化遗产保护与重建方面有着巨大的潜力。
通过对古迹、建筑、艺术品等进行三维扫描和重建，可以实现对文化遗产的数字保护和还原。
用户可以通过虚拟现实设备，如头戴式显示器，身临其境地欣赏古代建筑的壮丽和瑰丽，感受历史文化的魅力。
这种数字化的保护和还原，不仅能够有效避免文化遗产因年代久远、天气侵蚀等因素而逐渐消失，还为后代提供了更好的学习和欣赏方式。
二、医疗教育与手术模拟虚拟现实结合三维重建技术在医疗教育和手术模拟方面具有巨大的潜力。
通过对人体进行三维扫描和重建，可以创建一个逼真的虚拟人体模型。
医学学生和从业人员可以通过虚拟现实设备穿越人体内部，直观地了解各个器官的位置、形状和功能。
在手术模拟方面，虚拟现实结合三维重建技术使得医生可以在虚拟环境中进行手术实践，从而提高手术技能和减少手术风险。
三、建筑设计与工程预测虚拟现实结合三维重建技术在建筑设计与工程预测方面也有着重要的应用。
通过对地形、建筑物进行三维扫描和重建，建筑师和工程师可以在虚拟现实环境中进行建筑物的设计和规划。
他们可以通过虚拟现实设备模拟现实环境下的建筑效果，包括光照、材质和空间感等。
这种虚拟现实的体验可以大大提高设计的准确性和质量，并提前发现和解决潜在的问题，从而减少建筑工程的成本。
四、游戏与娱乐体验虚拟现实结合三维重建技术在游戏和娱乐体验方面有着广泛的应用。
通过对游戏场景和角色的三维扫描和建模，游戏开发者可以创造出逼真的虚拟世界。
用户可以通过虚拟现实设备进入游戏世界，与角色进行互动，感受身临其境的游戏体验。
虚拟现实技术中计算机图形学的应用——三维计算机图形
虚拟现实技术中计算机图形学的应用——三维计算机图形近年来虚拟头盔的发展越来越快。
目前，这个虚拟头盔仅在瑞士圣约翰公园能够让体验者进入虚拟3D世界,体验者能够在“真实公园”的混合环境下进行探索，通过照相机进行观看，以及通过计算机形成3D虚幻假像，其中包括：发光的草、梦幻般的昆虫，以及天空中出现的奇特景象。
这种新型虚拟头盔被称为“生命放大器（Lifeclipper)”,是一种全新的娱乐高科技装置，通过背包中的高性能计算机使体验者进入一个与现实并行的虚拟世界。
其主要技术是近年来越来越火的虚拟现实技术.虚拟现实（Virtual Reality,简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。
虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物.VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。
使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感.该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实中的“现实"是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的.而“虚拟”是指用计算机生成的意思。
因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境，实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰.早在60年代初，随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示相结合的计算机系统。
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偏振光立体显示
偏振镜，也叫偏光镜，简称PL镜，是一 种滤色镜。偏振镜的出色功用是能有选择地 让某个方向振动的光线通过。双眼通过获取 不同方向偏振图像来感受立体效果。
左右眼间断显示
先后显示左右眼的像,控制眼 镜上的开关,使得左右眼分别只能 看到对应图像,由于视觉暂留现象, 从而看到立体图像,例如液晶光阀 眼镜方式就是通过像的显示与液 晶开关的同步来显示立体图像的 。
三 维 立 体 显 示 原 理
双 眼 立 体 视 觉 原 理
色差显示
三 维 立 体 显 示 的 几 种 方 式
佩戴眼镜方式
偏振显示
左右眼间断显示
平面立体 裸眼观看方式 体积型立体
色差立体显示
通过两种不同颜色，一般为互补色 的像分别输入到左右眼，形成立体视觉。 人眼通过戴上色差眼镜来获取平面上的 两组图像。一般有红蓝或者红绿立体显 示。如下图：
虚拟现实中三位立体显示技术
报告人： 文 专
领
业：机械制造及其 自动化
三维立体显示
虚拟现实中三位立体显示技术
• 人们对客观环境的感知总是通过视觉、听 觉、触觉、嗅觉及味觉等自然地获取，对系 统的控制也自然地借助自动跟踪系统，即利 用性能先进的传感器对人体位置及力度进行 有效的探测。换言之，人们对客观世界的感 知方式有多种，借助视觉所能获取的信息量 远远超过了通过听觉、触觉、嗅觉及味觉等 其它方式所能获取的信息量，而且视觉可产 生客体景物的深度感，即提供客体景物的立 体三维信息。
平面裸眼立体显示
无需配戴眼镜的方式近年来发展比较 快,形式比较多样,但基本原理都是利用 光学板遮挡形成具有立体感觉的视域,如 视差照明法和多视图立体显示系统.
体积型立体显示
体积型立体显示方式的原理比较简单,即再现 立体物体表面的散射光,通常将三维物体分割成 点阵,或者分割成一系列的二维图像,再依次扫 描,利用眼睛的视觉暂留形成立体图像.显然这 种显示方式兼顾了眼睛自适应聚焦和辐辏的特 性,不会引起眼睛的不适
试验例子
总结
• 三维立体显示技术的推广不仅表现 在3D电影方面。在虚拟仿真方面有一 定作用，如数控机床的虚拟仿真教学 ，模具的拆装演示等方面。直接的关系。 • 三维立体显示技术在双目立体机器 人视觉方面也有一定的体现。