虚拟现实基本概念70(1)

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不断发生变化 • 是多学科的融合
虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实及其相关学科
计算机网络
计算机视觉
人工智能 人机交互
数字图像处理
科学计算可视化
模式识别 虚拟现实 输入/输出设备
计算机图形学
自动化控制
生理学、心理学等
虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实
• 科学意义上的纯粹的概念:
– 虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激 的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与
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1995年的3D游戏
毁灭战士1&2(Doom 1&2)
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2004年Doom3的效果
虚拟现实基本概念70(1)
2011年,Crysis2
虚拟现实基本概念70(1)Fra Baidu bibliotek
主题公园、游乐场
• 4D影院
4D影院演示1 4D影院演示2
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虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实概念的变化
• 虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚 拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境 交互,从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻 感,沉浸感,身临其境的感觉
• 应用需求使VR的应用重点进行了多种变化 – 强调自然交互产生的应用 ----如Kinect诸多应用 – 不再强调沉浸感,而强调信息提供 ---- 增强现实
– 1983年美国DARPA(Defense Advenced Research Projects Agency)和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一 个实用的虚拟战场系统SIMNET。
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SIMNET
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
70年代和80年代早期,美国军方开展“飞行头盔 ”和军事现代仿真器的研究
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虚拟现实的发展历史与演变
• 萌芽与诞生( 60年代-80年代末) • 军事与航天的推动(70年代-80年代) • 渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代) • VR在Internet上的兴衰(90年代中-21世纪) • VR应用的大众化与多元化(21世纪)
– 世博会、春晚、文化创意产业、3D电影 – 人机交互、增强现实
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VR在Internet上的兴衰(90年代中-21世纪)
• 1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW 大会,就提出了VRML这个名字。
• SecondLife,There • 国内:HiPiHi
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网络上的虚拟世界
http://secondlife.com/
又名十三阶梯、十三度空间) • 黑客帝国 • 时间线 • 盗梦空间
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描述
• 虚拟现实(Virtual Reality)就是研究 一种计算机技术,把人们想象中的东西 转化为一种虚拟境界和虚拟存在,而这 种虚拟境界和虚拟存在对我们的感觉器 官就象真的客观存在一样。
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虚拟现实基本概念70(1)
VR在Internet上的兴衰(90年代中-21世纪)
• 2006-2007年随second life的被报道而繁荣 • 国内出现很多类似产品 • 局面迟迟无法打开,大都面临破产 • 原因分析
– 技术问题 – 无法找到盈利模式
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VR应用的大众化与多元化(21世纪)
——《庄子·齐物论》
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“虚”与“实”
• 柏拉图:真正的世界只是存在于我们的想象 中。
• 笛卡尔:我思故我在! • “I think therefore I am”
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• 记忆裂痕 • 虚拟偶像(SIMONE,又名虚拟情人
、西蒙妮) • 逃出克隆岛(The Island) • 时空悍将(Virtuosity) • 异次元骇客(The Thirteenth Floor,
虚拟现实概念的进一步分析
• 什么是虚拟现实
– 虚拟现实的终极目标 – 不同层次上的虚拟现实 – 虚拟现实的概念辨析 – 虚拟现实应用目标的变化
• 虚拟现实的发展历史与演变 • 虚拟现实系统的组成
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虚拟现实系统的一般组成形式
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虚拟现实系统的组成元素
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
• 1962年,美国电 影摄影师Morton Heilig研制的 Sensorama的立 体电影系统
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
1965年,Ivan Sutherland 在名为“Ultimate Display” (终极的显示)的 论文中首次提出了包括
• 多媒体创意展示
– 奥运、世博、春晚
• 3D电影
– 阿凡达
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清明上河图 --- 水晶石公司制作
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多媒体创意展示
• 虚拟现实艺术 • 虚拟现实与数字媒体、文化创意紧密
结合起来
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VR应用的大众化与多元化(21世纪)
• 适当放宽对沉浸感的追求,而重视用户体 验
这个环境交互,从而产生置身于相应的真实 环境中的虚幻感,沉浸感,身临其境的感觉
• 应用意义上的概念
– 利用计算机及各种传感设备构造一种信息环
境,人能够高效、自然地对此信息环境进行
感知、交互,产生沉浸感或达到某种信息传
达的目的。
虚拟现实基本概念70(1)
对虚拟现实概念的分析
• 应用意义上的概念
– 利用计算机及各种传感设备构造一种信息环 境,人能够高效、自然地对此信息环境进行
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
• 萌芽
– 1929年,Edwin A.Link发明了飞行模拟器,使 乘坐者的感觉和坐在真的飞机上是一样的。
– 1956年,Morton Heileg开发了一个叫做 Sensorama (传感景院)的摩托车仿真器。
– 1962年,Morton Heileg申请了专利“全传感仿 真器”。该专利蕴涵了虚拟现实技术的思想。
• 介入者(人)
• 虚拟世界生成设备 --- VR的计算机系统
• 基于从60年代以来所取得的一系列成就,美 国的Jaron Lanier 在80年代正式提出了 “Virtual Reality”一词。
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
• 军事与航天的推动(70年代-80年代)
– 70年代和80年代早期,美国军方开展“飞行头盔”和军 事现代仿真器的研究
1983年美国DARPA(Defense Advenced Research Projects Agency)和美国陆军共同为坦克编队作战 训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET。
1984年NASA(National Aeronautics and Space Administration,美国宇航局)研制成功具有现代 虚拟现实系统雏形的VIVED系统
感知、交互,产生沉浸感或达到某种信息传 达的目的。
• 虚拟现实(Virtual Reality)
– 虚拟的现实
– 虚拟化现实
– 虚拟与现实
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与几个概念的辨析
• 虚拟现实与三维漫游,景观动画,三维游戏 ,计算机图形学
• 虚拟现实与
– 媒体 – 数字媒体,新媒体 – 创意媒体
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• 工程意义上的虚拟现实 – 以计算技术为核心,生成感知上与真实环境高度 近似,交互上直观自然的数字化环境
虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实
• Virtual Reality • 1989年由美国Jaron.Lanier 发明出来的一个词 • 灵境、幻境、赛伯空间、虚拟现实 • 虚拟现实(Virtual Reality)
虚拟现实基本概念70(1)
2020/12/5
虚拟现实基本概念70(1)
原理
• VR基本概念 • VR软件系统平台 • VR引擎实例和演示 • VR应用模式
虚拟现实基本概念70(1)
“虚”与“实”
昔者庄周梦为蝴蝶,栩栩然 蝴蝶也,自喻适志与!不知 周也。俄然觉,则蘧蘧然周 也。不知周之梦为蝴蝶与, 蝴蝶之梦为周与?
虚拟高尔夫球场
虚拟现实基本概念70(1)
飞行、航海驾驶模拟
虚拟现实基本概念70(1)
驾驶射击模拟
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医学模拟、仿真
演示: medicien.mpg
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渐入民间---软硬件技术的发展
• 显卡的出现与飞速发展 • 计算机图形基础算法的发展 • 游戏引擎、虚拟现实平台软件的研发
– 创意展示、体验 – 人机交互 ---- Kinect, iPhone – 增强现实
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增强现实
虚拟现实基本概念70(1)
增强现实——google智能眼镜
Google眼镜演示
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虚拟现实概念的进一步总结
• 有很深的哲学渊源 • 是一种理念 • 新的应用模式不断产生,应用热点在


• 3. 沉浸感(Immersion,存在感、临场感)
– 它是指虚拟现实系统对介入者的刺激在物理上

和认知上符合人的已有经验,从而使介入者感 到自己作为主角存在于模拟环境中的真实程度

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虚拟现实概念辨析
• 虚拟现实与三维漫游 • 虚拟现实与景观动画 • 虚拟现实与三维游戏 • 虚拟现实与计算机图形学
1988年NASA研究完成VIEW系统
虚拟现实基本概念70(1)
NASA研制的VIVED和VIEW系统
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渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)
• 3D游戏 • 主题公园、游乐场 • 飞行、航海、医学等的模拟训练
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1990年最早出现的两款3D游戏
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怎样理解虚拟现实
• 第三种情况是模仿真 实世界中的人类不可 见的环境。例如,分 子的结构,空气中速 度、温度、压力的分 布等。
一个蛋白质分子的示例
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虚拟现实的概念
• 虚拟现实是计算机生成的给人多种感 官刺激的虚拟环境。用户应该能够以 自然的方式与这个环境交互,从而产 生置身于相应的真实环境中的虚幻感 ,沉浸感,身临其境的感觉
具有交互图形显示、力
反馈设备以及声音提示
的虚拟现实系统的基本 思想。
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萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
1966年,美国MIT林肯实验室研制出了第一个 头盔式显示器(Helmet Mounted Display 即HMD)
1968年,Sutherland在哈佛大学的组织下开发 了头盔式立体显示器及一个虚拟系统,可称得 上是第一个虚拟现实系统。
虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实基本概念70(1)
虚拟现实基本概念70(1)
萌芽与诞生( 60年代-80年代末)
• 1987年,《科学的美国人》(“Scientific American”)上发表了一篇题为先进的计算机界 面(Interfaces for Advanced Computing)一文 ;该杂志还发表了一篇报导数据手套的文章
虚拟现实基本概念70(1)
• 1. 多感知性(Multi-Sensory)
– 计算机生成一个给人多种感官刺激的虚拟环境
:视觉感知、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

• 2. 交互性(Interaction )
– 指人能以自然方式与虚拟世界进行交互操作

– 专用交互设备,如数据手套、跟踪器、触觉和 力反馈装置
– 虚拟的现实 – 虚拟化现实
虚拟现实基本概念70(1)
怎样理解虚拟现实
• 虚拟现实系统中 的“现实”(即 所虚拟的环境) 大致可分为三种 情况:
• 第一种情况是模 仿真实世界中的 环境。
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怎样理解虚拟现实
• 第二种情况是人 类主观构造的环 境。例如,用于 影视制作或电子 游戏的三维动画 。环境是虚构的 ,几何模型和物 理模型可以完全 虚构。
VR终极目标
• 《黑客帝国》
• 距离这个目标还有相 当的距离
黑客帝国影片片段
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虚拟现实基本概念70(1)
不同层次上的虚拟现实
• 哲学意义上的虚拟现实 – 虚拟实在与自然实在的对等性
• 科学意义上的虚拟现实 – 科学研究的三大手段:理论、建模、实验验证与 模拟仿真 – 人类梦想的场景在感知中的实现
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