虚拟现实技术第1章

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1.1 虚拟现实技术的发展史

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Sensorama
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1.1 虚拟现实技术的发展史

1965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）

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1.2 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术是指利用计算机生成一 种模拟环境，并通过多种专用设备使用户 “投入”到该环境中，实现用户与该环境 直接进行自然交互的技术。
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1.2 虚拟现实技术的概念
典型的VR系统主要 由计算机软、硬件 系统（包括VR软件 和VR环境数据库） 和VR输入、输出设 备等组成。
1、仿真教学与实验 2、特殊教育 3、多种专业训练 4、应急演练和军事演习
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.2 设计与规划
虚拟现实已被看作是设计领域中唯一的 开发工具。它可以避免传统方式在原型制造、 设计和生产过程中的重复工作，有效的降低 成本，应用领域包括汽车制造业、城市规划、 建筑设计等。
VR技术的想象力：


指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自 身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想 等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未 来进展进行想象的能力。 对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力， 可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高 产品开发质量。
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1.4 虚拟现实系统的分类
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1.6 虚拟现实技术的研究现状
1.6.1 国外的研究现状


美国是VR技术的发源地，有美国宇航局 （NASA）、麻省理工学院（MIT）媒体实验 室、华盛顿大学人机界面技术实验室（HIT Lab）等许多知名的研究机构。 美国在虚拟现实领域的基础研究主要集中在 感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

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1.6 虚拟现实技术的研究现状
1.6.2 国内的研究现状

清华大学对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量研究， 比如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施及 深度感实验测试等。 浙江大学的CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型 虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一 种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。 西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术— —立体显示技术进行了研究，提出一种基于JPEG标准压 缩编码新方案，获得了较高的压缩比、信噪比以及解压缩 速度。


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本章结束 谢谢大家
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1.3 虚拟现实技术的特征
VR技术的沉浸感：



又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟 环境中的真实程度。 VR技术最主要的特征。 影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、 三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪 的时间或空间响应及交互设备的约束程度等 。
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1.3 虚拟现实技术的特征
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1.4 虚拟现实系统的分类
1.4.4

分布式VR系统

指基于网络构建的虚拟环境， 将位于不同物理位置的多个 用户或多个虚拟环境通过网 络相连接并共享信息，从而 使用户的协同工作达到一个 更高的境界。 主要被应用于远程虚拟会议、 虚拟医学会诊、多人网络游 戏、虚拟战争演习等领域。
பைடு நூலகம்
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 桌面式VR系统（Desktop VR） 沉浸式VR系统（Immersive VR） 增强式VR系统（Augmented VR） 分布式VR系统（Distributed VR）
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1.4 虚拟现实系统的分类
1.4.1

桌面式VR系统
使用个人计算机和低级工作站来产生三维空 间的交互场景。 用户会受到周围现实环境的干扰而不能获得 完全的沉浸感，但由于其成本相对较低桌面 式VR系统仍然比较普及。

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1.1 虚拟现实技术的发展史

1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏 Pong 1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出 第一个数据手套——Sayre Glove 20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。
清华大学出版社
虚拟现实技术
申蔚
曾文琪
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第1章 虚拟现实技术概论
1.1 虚拟现实技术的发展史
1.2 虚拟现实技术的概念
1.3 虚拟现实技术的特征
1.4 虚拟现实系统的分类
1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.6 虚拟现实技术的研究现状
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1.1 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。
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.3 科学计算可视化
科学可视化的功能就是将大量字母、数字 数据转换成比原始数据更容易理解的各种图像， 并允许参与者借助各种虚拟现实输入设备检查 这些“可见的”数据。 它通常被用于建立分子结构、地震以及地 球环境等模型。
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 教育与训练 设计与规划 科学计算可视化 商业领域 艺术与娱乐
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.1 教育与训练
虚拟现实技术能使学习者能直接、自然地与虚 拟对象进行交互，以各种形式参与事件的发展变化 过程，并获得最大的控制和操作整个环境的自由度。


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1.6 虚拟现实技术的研究现状
1.6.2 国内的研究现状

我国从20世纪80年代起开始研究VR技术。虽然起步较 晚，但近年来政府有关部门非常重视，制定了开展VR技 术的研究计划，并将其列入国家重点研究项目。国内的 一些科学家和重点院校也已积极投入了对这一领域的研 究。 北京航空航天大学是国内最早进行VR技术研究、最有权 威的单位之一。它于2000年8月成立了虚拟现实新技术 教育部重点实验室。
1.5.4 商业领域
VR技术被逐步应用于网上销售、客户服 务、电传会议及虚拟购物中心等商业领域。它 可以使客户在购买前先看到产品的外貌与内在， 甚至在虚拟世界中使用它，因此对产品的推广 和销售都很有帮助。
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1.5 虚拟现实技术的应用领域
1.5.5 艺术与娱乐
VR技术所具有的身临其境感及实时交互性 还能将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为 动态的形式，使观赏者更好地欣赏作者的思想 艺术，包括虚拟画廊、虚拟音乐厅、文物保护 等方面。 娱乐是VR系统的另一个重要应用领域，市 场上已经推出了多款VR环境下的电脑游戏，带 给游戏者强烈的感官刺激。
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1.6 虚拟现实技术的研究现状
1.6.1 国外的研究现状

英国主要有四个从事VR技术研究的中心，包括 Windustries公司、British Aerospace公司、Dimension International公司、Divison LTD公司等。 日本主要致力于建立大规模VR知识库和人机接口方面的 研究项目上，在VR游戏方面的研究也处于领先地位。 此外，国外还研制出多个用于开发应用程序的VR软件开 发平台，例如美国Sense8公司的WorldToolKit（WTK）， 爱荷华州立大学虚拟现实应用中心的VR Juggler， Deneb Robotics公司的ENVISION，英国Superscape公 司的VRT，Division 公司的dVISE等。
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1.3 虚拟现实技术的特征
VR技术的三角形

交互性（Interactivity） 沉浸感（Immersion） 想象力（Imagination）
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1.3 虚拟现实技术的特征
VR技术的交互性：


指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟 环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。 主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据 手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、 体势、语言等技能，如同在真实世界中一样操作 虚拟环境中的对象。
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1.4 虚拟现实系统的分类
1.4.3

增强式VR系统


允许用户对现实世界进行观察 的同时，将虚拟图像叠加在真 实物理对象之上。 为用户提供与所看到的真实环 境有关的、存储在计算机中的 信息，从而增强用户对真实环 境的感受，又被称为叠加式或 补充现实式VR系统。 可以使用光学技术或视频技术 实现。


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1.1 虚拟现实技术的发展史

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”。 进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期， 一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如 MultiGen Vega、OpenSceneGraph、Virtools等。