虚拟现实技术及应用资料
虚拟现实技术的应用分析及研究报告
虚拟与现实技术概述前言21世纪的人类社会是信息化社会，以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重不断增加，多媒体技术及产品是计算机产业发展的活跃领域。
早期的计算机只能处理数和字，现在多媒体计算机能够综合处理声、文、图信息，使多种信息建立逻辑连接集成为一个系统，并具有交互性。
虚拟现实技术是目前在计算机领域中一项发展最快的多学科综合技术，已经被广泛地应用于许多领域。
本文综述了虚拟现实技术的概念，特征，原理和国外研究应用进展，以及对于此项课程的总结与建议。
1 虚拟现实的简介1.1虚拟现实的概念虚拟现实(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，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。
关于虚拟现实的定义，可以从狭义和广义两个层面来理解。
所谓狭义的，被认为是一种先进的人机界面，在这种情况下，虚拟现实技术被称为“基于自然的人工界面”，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。
虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，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。
广义的，即对虚拟想象（三维可视化的）或真实三维世界的模拟。
它不仅仅是一种界面，更重要的部分是部的模拟，人机交互界面采用虚拟现实的方式界面，对某个特定环境真实再现后，用户通过自然的方式接受和相应模拟环境的各种感官刺激，与虚拟世界中的人及物体进行思想和行为等方面的交流。
虚拟现实技术及其应用前景
虚拟现实技术及其应用前景随着科技的不断发展，虚拟现实技术逐渐成为大众关注的热点之一。
虚拟现实技术是指利用计算机等技术模拟出人类感官能够体验的视觉、听觉、触觉、嗅觉等。
它是一种高度技术化的交互式数字媒介，通过特殊的硬件设备和软件系统，将用户放入虚拟现实世界中。
虚拟现实技术已经在游戏、影视、旅游、教育等方面得到广泛应用，其应用前景也越来越广阔。
一、虚拟现实技术的应用1.游戏领域虚拟现实技术在游戏领域得到了广泛运用，可以制作出逼真的场景、角色和物品。
例如《神秘海域》系列游戏中的古代地图、宝藏和古城堡，以及《侠盗猎车手》系列游戏中的城市环境和人物形象，都利用了虚拟现实技术。
这些游戏让玩家感觉就像置身于游戏中的城市、丛林和海洋中，享受到了前所未有的游戏体验。
2.影视领域虚拟现实技术在电影和电视剧制作中也得到了广泛运用。
它可以用来制作特效、场景和角色，让影片更具真实感和美观性。
例如，电影《阿凡达》和《头号玩家》都运用了大量的虚拟现实技术，让观众感觉就像身临其境。
这些电影受到了观众的高度赞扬，票房也非常高。
3.旅游领域虚拟现实技术在旅游领域也有很大的应用前景。
它可以用来制作虚拟游览的景点、城市和文化活动等，为游客提供身临其境的旅游体验。
例如，日本的东京迪士尼乐园中运用了大量的虚拟现实技术，让游客可以沉浸在动画世界中，享受到前所未有的游乐体验。
另外，一些旅游公司已经开始将虚拟现实技术应用于在线旅游平台中，满足客户在家中的虚拟旅游需求。
4.教育领域虚拟现实技术在教育领域也具有很大的潜力。
它可以用来制作各种课程和培训模拟，帮助学生更好地理解和记忆知识。
例如美国的一所高中，通过虚拟现实技术开设了一门科技课程，学生可以使用虚拟现实设备进行实验、操作和模拟，提高了学生的学习兴趣和效率。
虚拟现实技术还可以在医学和军事领域中得到应用，提升医生和士兵的训练效果。
二、虚拟现实技术的未来发展虚拟现实技术在未来的发展前景可谓是无限的。
虚拟现实技术的实践和应用案例
虚拟现实技术的实践和应用案例虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟物理世界或虚构世界，使用户能够与之进行交互和沉浸式体验的技术手段。
近年来，随着VR技术的不断发展和成熟，其应用领域也得到了极大的拓展，包括游戏、教育、医疗、建筑、旅游等多个领域。
本文将从实际案例出发，探讨虚拟现实技术在各个领域的实践和应用。
1. 游戏领域作为虚拟现实技术的最早应用领域之一，游戏领域凭借其封闭的环境和完整的故事情节，非常适合采用虚拟现实技术来提升游戏用户体验。
目前常见的VR游戏机型包括Oculus Rift、HTC Vive、Sony PlayStation VR等。
如英国游戏制作公司Fireproof Games就推出了一款名为《The Room》的VR游戏，该游戏基于物理世界，结合了解谜和探索元素，给玩家带来了极致的冒险和探险游戏体验。
2. 教育领域虚拟现实技术也可以应用于教育领域，以提升教学效果和师生互动。
其中最具代表性的是VR教育培训平台Alchemy。
Alchemy致力于将虚拟现实技术应用于教育培训中，使学生通过VR技术，模拟真实环境、进行互动学习。
而在医学领域，VR 技术更是可以对医生从业技能及操作进行模拟培训，提高了手术安全性和成功率。
3. 医疗领域虚拟现实技术在医疗领域的最大应用领域是手术仿真。
通过制作仿真场景，医生可以在虚拟场景下进行模拟手术操作，大大提高了手术的安全性和成功率。
此外，VR技术还可以应用于心理治疗过程中，对焦虑困扰的患者进行模拟暴露治疗等。
例如美国儿童医院的心理治疗应用程序通过VR技术，制作了一款名为“SnowWorld”的虚拟现实治疗方案，来帮助孩子们分散注意力，缓解痛楚和不适等。
4. 建筑领域在建筑领域，VR技术的应用也十分广泛，主要是在设计和沟通上。
例如，将VR技术应用于建筑师的日常工作中，可以实现设计师在不到实际建筑物的情况下，可以使用虚拟现实技术来实时的测试、优化和调整设计。
虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用
随着科技的不断发展，虚拟现实技术已经越来越成熟，在多个领域已经得到了广泛的应用。
虚拟现实技术，简称VR技术，是指通过电脑等设备模拟出一个人类感知系统所需要的各种感官刺激，从而创造出一种人工模拟的现实体验。
首先，虚拟现实技术在娱乐领域得到了广泛应用。
如今的游戏行业已经迈入了另一个新的世界，通过VR技术，不仅可以让游戏玩家更加身临其境的进入游戏世界，还能够提供更加自由自在的游戏体验。
在游戏中，玩家可以与游戏角色进行互动，探索游戏场景，感受不同的游戏体验。
除了娱乐领域，虚拟现实技术在教育领域也得到了应用。
通过VR技术，学生可以进入一种虚拟的场景中，进行互动式学习，比如虚拟实验、虚拟博物馆等等。
这种学习方式可以提高学生参与度和学习效果，让他们更加深入地理解所学的内容。
同时，VR技术也得到了医疗领域的广泛应用。
通过虚拟现实技术，医生可以模拟复杂手术，提高手术的安全性和成功率。
同时，虚拟现实技术在治疗心理疾病上也有很大的作用，可以通过虚拟场景帮助患者缓解压力和焦虑等症状，提升治疗的效果。
总而言之，虚拟现实技术已经成为一个不可忽视的技术应用领域。
在未来，随着技术的不断发展和完善，虚拟现实技术将会得
到更加广泛的应用。
同时，我们也需要认识到虚拟现实技术带来的巨大变革和挑战，需要更加科学和负责的态度，积极引导虚拟现实技术的发展方向，推进科技和社会的和谐发展。
虚拟现实技术应用概述
目录
1. 虚拟现实技术概述 2. 虚拟现实硬件系统 3. 虚拟现实软件系统 4. 虚拟现实交互技术 5. 虚拟现实应用场景 6. 虚拟现实与游戏娱乐 7. 虚拟现实与教育培训 8. 虚拟现实未来展望
虚拟现实技术应用
Index
虚拟现实技术概述
虚拟现实技术概述
虚拟现实技术定义
1.虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术。 2.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，并使用户沉浸到该环境中。
▪ 军事应用
1.虚拟现实技术在军事领域应用广泛，如模拟训练、作战指挥 、侦察探测等。 2.通过虚拟现实技术，军事人员可以进行模拟训练，提高实战 能力。 3.虚拟现实技术也可以用于作战指挥和侦察探测，提高军事行 动的效率和准确性。
虚拟现实技术应用
Index
虚拟现实与游戏娱乐
虚拟现实与游戏娱乐
▪ 虚拟现实游戏概述
虚拟现实与游戏娱乐
▪ 虚拟现实游戏市场前景
1.随着虚拟现实技术的不断发展和普及，虚拟现实游戏市场的 规模将会不断扩大。 2.未来虚拟现实游戏将会成为游戏市场的重要发展方向，吸引 更多的玩家和投资者进入该领域。 3.虚拟现实游戏将会与其他领域进行融合，如教育、医疗等， 为虚拟现实技术的应用带来更多的商业价值。
1.游戏娱乐：虚拟现实软件系统在游戏领域有广泛的应用，提 供沉浸式的游戏体验。 2.教育培训：通过虚拟现实软件系统，可以模拟现实场景进行 教育和培训，提高效率和安全性。 3.医疗健康：虚拟现实软件系统可以用于医学模拟和康复治疗 ，提高医疗水平和患者的生活质量。
▪ 虚拟现实软件系统的发展趋势
1.人工智能技术的应用：结合人工智能技术，提高虚拟环境的 智能化程度和用户体验。 2.云虚拟现实技术的发展：通过云计算技术，实现高性能的虚 拟现实体验，降低设备要求，提高普及率。 3.跨界融合创新：与其他领域的技术结合，开拓新的应用领域 和商业模式。
虚拟现实技术的复习资料
虚拟现实技术第一章1、虚拟现实的概念：用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界；让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。
虚拟现实是计算机与用户之间的一种理想化的人-机界面形式。
通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。
2、虚拟现实的特征与传统计算机相比，虚拟现实系统具有四个重要特征：临界性，交互性，想象性，多感知性3、虚拟现实系统的构成：a.虚拟世界（包含三维模型或环境定义的数据库） b.虚拟现实软件（提供实现观察和参与虚拟世界的能力） c.计算机 d.输入设别（观察和构造虚拟世界；如三维鼠标，数据手套，定义跟踪器等） e.输出设备（现实虚拟世界；如显示器，头盔等）4、虚拟现实系统的类型桌面虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统，混合虚拟现实系统5、虚拟现实的硬件设备跟踪系统（把使用者身体位置的变动反馈给主机，以实时改变图像和声音）知觉系统（人及交互的各种界面，包括视觉装置：头盔显示器等；触觉装置:数据手套跟踪球等）音频系统：立体声耳机等图像生成和现实系统：产生视觉图象和立体显示6、虚拟现实有哪些软件VR系统开发工具：能够接受各种高性能传感器的信息，如头盔的跟踪信息；能生成立体显示图行；能把各种数据库，各种CAD软件进行调用和互联3DSMax：三维制作软件Maya：三维动画以及虚拟现实制作软件，实时三维模型创建软件Multigen Creator7、眼睛的作用、视觉暂留和临界融合频率的概念眼睛的作用：调节和聚焦，明暗适应，视觉暂留，立体视觉，视场视觉暂留：视觉暂留是视网膜的电化学县乡造成视觉的反应时间。
当观看很短的光脉冲时，视杆细胞得到越0.25s的峰，视椎细胞快4倍（0.04s）。
这种现象造成视觉暂留。
临界融合频率：临界融合频率（CFF）效果会产生把离散图像序列组合成连续视觉的能力，CFF最低20Hz，冰取决于图像尺寸和亮度。
虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用学号姓名班级内容摘要：虚拟现实技术的发展史，虚拟现实技术的概念，虚拟现实技术的特征，虚拟现实系统的分类，虚拟现实技术的应用领域，虚拟现实技术的研究现状。
关键词：Virtual Realit系统、计算机、交互性、模拟仿真一、虚拟现实技术的发展史虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。
1929年，Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器1956年，Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama1965年，Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display”（终极的显示）1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（Head Mounted Display，HMD）1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一个数据手套——Sayre Glove20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技术的研究：1984年，NASA Ames研究中心的M.McGreevy 和J. Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，Jim Humphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。
1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。
从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。
著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD 命名为“EyePhones”。
虚拟现实技术在教育领域的应用及前景
虚拟现实技术在教育领域的应用及前景一、虚拟现实技术简介虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是指通过计算机生成一种类似于真实世界的虚拟环境，让用户能够身临其境，感受沉浸式的体验。
通过头戴式显示器、手套、感应器等设备，用户能够亲身参与到虚拟世界中，与周围环境互动，完成各种模拟任务。
目前，虚拟现实技术已经在游戏、娱乐、军事、医疗等领域得到了广泛应用，尤其在教育领域，虚拟现实技术也给教育带来了革命性的变革。
二、虚拟现实技术在教育领域的应用1.虚拟实验室采用虚拟现实技术建造实验室环境，让学生通过虚拟设备完成实验任务。
这样一来，学生可以免去危险的物理、化学实验，同时可以多次实验，提高实验效率。
2.虚拟场景教学虚拟现实技术可以建造任何场景，例如动物园、古代文化遗产、天文观测等。
这些场景可以用于教学展示，让学生更好地了解所学知识。
3.虚拟课堂虚拟课堂为学生提供了一个虚拟教学环境，老师可以通过身份验证访问设备来发表讲座，学生可以通过网络与教师互动，增加交流效率。
此外，虚拟课堂可以节省教育成本，节约时间和精力。
三、虚拟现实技术在教育领域的前景虚拟现实技术可以使教育变得更加生动、丰富和有效。
目前，虚拟现实技术在教育领域的应用仍处于起步阶段，但是根据教育市场的需求，未来的前景非常广阔。
从现在的发展趋势来看，虚拟现实技术在教育领域的前景主要有以下几个方面：1.社交学习虚拟现实技术可以带来虚拟环境中的社交学习模式，让学员在一个虚拟教室中与其他学员互动。
例如在虚拟学习中心中，学生可以与同学进行讨论，老师也可以与学生交流。
2.个体化教学虚拟现实技术可以为每个学生提供个性化课程。
通过无线网络，学生可以接受到量身定做的课程环境和教学方式，提高教学效果。
3.计算语言学习虚拟现实技术可以提供具有代表性的语言学环境，例如教授英语、日语、汉语等，提高学生的口语表达能力。
四、结论虚拟现实技术作为一种新型教学方法，能够使学生更好地体验、理解所学知识，提高教学质量。
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（二）VR系统的典型设备和环境
显示和观察设备
沉浸式现实设备 非沉浸式显示设备
交互设备
数据手套 （输入手的各种姿势） 三维鼠标 游戏杆
传感设备
数据手套 数据衣 位置跟踪装置
三维立体声系统 三维数据获取设备
（1）显示和观察设备
产生沉浸感的方法和装置
1. 头盔式显示器 2. 快速响应的工作平台 3. 大屏幕投影
70年代以来图形学技术的进步，特别是90年代，可以 实时显示复杂场景
军方飞行模拟器的研制和发展对VR的推动 1984年美国NASA的AMES中心研制成功VIVD系统，
以及1986年的VIEW项目 1992年美国NSF召开VR研讨会 其他国际会议（IEEE VR；ACM VRST等），VR专著
虚拟现实技术及应用
第一讲： 虚拟现实技术概论
VR的概念和发展 VR系统的硬件组成 VR系统的体系结构 VR的研究内容 增强现实 （AR） VR应用 虚拟现实的发展趋势
（一）VR的概念和发展
（1）虚拟现实技术的提出
1965年计算机图形学的奠基者 Ivan Sutherland 发表 了“ The Ultimate Display” 论文，提出了一种全新的 图形显示技术。他在论文中提出使观察者直接沉浸 在计算机生成的三维世界中，而不是通过窗户（计 算机屏幕）来观察。
应用进程
（2） 分布式虚拟现实系统（DVR）的结构
1） 数据模型 – 集中式结构 *结构简单 *实现比较容易 *对网络通信带宽有较高的要求 *中心服务器往往会成为整个系统的瓶颈 – 复制式结构 *所需网络带宽较小 *交互式响应效果好 *比集中式结构复杂 *维护多个备份的信息或状态一致性比较困难
2）基于分布仿真（DS）模型的VR系统软件结构
安装在浙江大学的CAVE
CAVE 示意图
圆柱型的投影屏幕
由矩形块拼接构成的投影屏幕
全景图
可支持多用户协作的投影屏幕
可支持多用户协作的投影屏幕的改进
（2）交互设备
力反馈设备：
数据手套(cyberglove)：
三维鼠标
（3）三维声音系统
声音在VR中的作用： 1）增强空间信息，尤其是当空间超出了视域范围。 2）数据驱动的声音能传递对象的属性信息。 3）声音是用户和虚拟环境的另一种交互方法。
智能代理
计算
几何模型
展示
用户
交互
图 基于DS模型的VR系统软件结构
3） DVR系统的通用参考结构模型
分布式系统模块
安全性服务模块
用户接口模块
名字服务器
服务请求 匹配程序
授权检查
确认服务
可视化程序
时间服务
资源查找
世界服务器
碰撞检测
可听化程序 文本显示
对象管理器
核心 VR 模块
网关服务
空间定位 模型构造
在DVR系统中，位于不同物理位置的多个用户或
多个虚拟环境通过网络相联结，进行信息共享和交 互
– DVR系统或工具的开发涉及多个领域
* 虚拟现实
* 分布式系统
* 实时图形绘制技术 * 异步系统设计
* 数据库
* 用户界面设计
DVR的实例
（4）虚拟现实的广义解释
虚拟现实是由计算机生成的给人以沉浸感的虚拟环境。
（5）虚拟现实的概念模型
感官刺激信号
感知系统 介 入 者
反应系统 反应动作
虚拟世界 （环境）
（6）虚拟环境系统提供的各种感官刺激
视觉 听觉 嗅觉 味觉 触觉（触觉，力觉） 身体感觉
（7）虚拟环境中用户的动作检测和设备
1） 该环境将向介入者（人）提供视觉、听觉、触觉 等多种感官刺激。
2）该环境应给人以一种身临其境的沉浸感。
3）人能以自然的方式与该环境中的一些对象进行交 互操作，既不使用键盘鼠标等常规输入设备，而强调 使用手势（数据手套）、体势（数据衣服）和自然语 言等自然方式的交互操作。
（3）一个典型的虚拟现实系统
（4）三维数据获取设备
静态数据的获取： 三维扫描仪
动态数据的获取： 运动捕捉设备 用多摄像机实时重构三维数据
三维扫描仪 (来自cyberware 公司）
有多个摄像头的三维实时重构
（4）基于图片的三维重建
基于图片的三维重建
（三）VR系统的体系结构
（1）非分布式VR系统体系结构
设备服务器 会话管理
洞穴状的投影屏幕（CAVE） 圆柱型的投影屏幕 由矩形块拼接构成的投影屏幕 4. 全景图 5. 可支持多用户协作的投影屏幕 6. 具有三维空间感的声音
头盔式显示器的特点 用户带着头盔。
双眼看到不同的图象。
跟踪器跟踪头的方向。
具有看穿功能（see-through) 的头盔显示器
快速响应的工作平台
洞穴状的投影屏幕（CAVE）
用户反应动作
头部运动 肢体或躯体运动 手指运动 眼球运动 语言 受力
检测设备
头部跟踪装置 跟踪器，力反馈装置，空间球 数据手套，按钮装置，操纵感 眼球跟踪器 语音识别装置 带力传感器的力反馈装置
（8）虚拟现实的发展历程
1965年 Ivan Sutherland博士提出“ The Ultimate Display” 概念，1968年他研制成功头盔式显示器（HMD）
技术/应用:层面 * 虚拟现实技术本身 * 虚拟现实应用技术
软硬件层面 * 虚拟现实硬件技术 * 虚拟现实软件技术
技术层面 * 建模（场景（基于：几何/图象），听觉，行为等） * 绘制（图形，声音，力觉） * 交互（人-机交互；人-人交互）
（2）分布式虚拟现实
– 分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality, DVR)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
输入对象
计算服务器
对象支撑模块 非核心 VR 模块
应用对象
用户对象
事件管理 数据库支持 连续媒体 同步 3D 图形 组播 数据一致性 其它支撑和服务模块
图 3 DVE 的参考结构模型
（四） VR的研究内容
（视觉、听觉、触觉等）
虚 拟
虚拟环境建模
世
感知
人
界
可视化建模
交互
（抓取、移动、控制等）
（1）研究内容的多种分类
１）观察者自然地转动头部和身体，他看到的场景 就实时地发生变化。
２）观察者能够以自然的方式直接与虚拟世界中的 对象进行交互操作，触摸它们，感觉它们，并能听 到虚拟世界的三维空间声音。
（2）虚拟现实的狭义解释
虚拟现实对不同的人的有不同的含义。比较狭义的解 释是：虚拟现实是由计算机生成的、可交互的仿真环 境。该虚拟环境具有以下三个特点：