虚拟现实技术基础和实用算法
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实与增强现实技术一、虚拟现实技术1.定义：虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机技术模拟出的一种人工环境，用户可以通过头盔显示器、手柄等设备，全方位地感受和操作这个环境中的内容，如同真实世界一般。
2.原理：虚拟现实技术利用头戴式显示器、传感器、计算机等设备，将用户的视觉、听觉、触觉等感官与虚拟环境相结合，使用户产生身临其境的感觉。
3.应用领域：虚拟现实技术在游戏、教育、医疗、军事、房地产等领域有着广泛的应用。
例如，虚拟现实游戏可以让玩家沉浸在游戏世界中；虚拟现实教育可以提供更加生动、直观的学习体验；虚拟现实医疗可以用于心理治疗和康复训练等。
二、增强现实技术1.定义：增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）是一种将虚拟信息与现实世界融合的技术。
通过智能手机、平板电脑、头戴式显示器等设备，在现实世界中叠加虚拟信息，使用户能够实时地看到虚拟信息与现实世界的结合。
2.原理：增强现实技术利用计算机图形学、视觉识别等技术，将虚拟信息实时地渲染到用户的视野中。
用户可以通过设备看到现实世界的同时，也能看到虚拟信息，从而实现虚拟与现实的融合。
3.应用领域：增强现实技术在游戏、教育、医疗、购物等领域有着广泛的应用。
例如，增强现实游戏可以让玩家在现实世界中与虚拟角色互动；增强现实教育可以提供更加生动、直观的教学方式；增强现实购物可以用于试穿、试戴等场景，提高购物体验。
三、虚拟现实与增强现实技术的区别与联系1.区别：虚拟现实是完全模拟出一个全新的环境，使用户沉浸在其中；而增强现实是在现实环境中叠加虚拟信息，使用户能够看到现实与虚拟的融合。
2.联系：虚拟现实与增强现实技术都是计算机视觉领域的重要应用，它们在技术上有相似之处，如计算机图形学、视觉识别等。
同时，这两种技术都可以为用户提供丰富、直观的交互体验。
四、未来发展1.硬件设备的发展：随着技术的进步，虚拟现实与增强现实设备的性能将不断提高，更加轻便、舒适、低延迟的头戴式显示器将逐渐普及。
虚拟现实基础(PPT 61张)
Immersion 沉浸
I3
Interaction 交互 Imagination 想象
5.1.3 虚拟现实的类型
(1)桌面级虚拟现实：成本低，应用面比较广，但 缺乏完全投入
◦ 基于静态图像的虚拟现实技术：将连续拍摄的图像和视 频在计算机中拼接以建立的实景化虚拟空间。 ◦ VRML（虚拟现实造型语言）：采用描述性的文本语言 描述基本的三维物体的造型，通过一定的控制，将这些 基本的三维造型组合成虚拟场景，当浏览器浏览这些文 本描述信息时，在本地进行解释执行，生成虚拟的三维 场景。
5.1.2 虚拟现实的特征
沉浸感（Immersion）: 能给人们以真实世界的感 觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的世界中， 难以分辨真假。 交互性（Interaction）: 虚拟现实与通常CAD系统所产 生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而 是可以对使用者的输入作出反应。虚拟现实环境可 以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。 想象 （Imagination）: 它的应用能解决在工程、医 学、军事等方面的一些问题,这些应用是ＶＲ与设 计者并行操作,为发挥它们的创造性而设计的,这极 大地依赖于人类的想象力。
SIMNET被称为第一个廉价而又实用的模拟网络系统。它可 以用来训练坦克、直升机以及战斗演习，并训练部队之间的 协同作战能力。
5.2 虚拟现实的历史发展
虚拟现实和其他技术一样，也是在前人大量 工作的基础上发展起来的： (1).立体电影，立体声技术 (2).飞行模拟器，最早实际使用的仿真技术 (3).“星际旅行”,“宇宙飞船”的演示 (4).机械手、机器人 危险场合进行各类 “遥控操作” (5).游戏,驾驶汽车、潜艇航行
章虚拟现实基础
目录
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 虚拟现实的基本概念 虚拟现实的历史发展 虚拟现实的关键技术 虚拟现实的制作与应用 虚拟现实的主要设备与产品 虚拟现实的主要应用
虚拟现实VR技术概述
虚拟现实软件应用
VRP是国内中视典数字科技独立开发的具有独 立自主知识产权的一款三维虚拟现实软件平台。
VRP可应用于城市规划、室内设计、工业仿真、 古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。
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信息科学与技术学院
3 VRP及设计流程
3.1 VR-Platform
VRP-Bulider 虚拟现实编辑器
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 1:08:44 01:08:4 401:08 10/16/2 020 1:08:44 AM
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信息科学与技术学院
1 虚拟现实技术(8)
1.4 虚拟现实的应用领域—其他
•城市规划 •室内设计 •文物保护 •交通领域 •房地产领域 •产品展示 •科学研究成果演示
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虚拟现实软件应用 信息科学与技术学院
2 虚拟现实系统开发工具
虚拟现实软件应用
2.1 虚拟现实系统开发模式 (1) 利用C或C++等高级语言，采用OpenGL或者 DirectX支持的图形库进行编程
VRP-DigCity 数字城市平台
VR-Platform 核心引擎
VRP-SDK 三维仿真系统开
发包
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VRP-Indusim 工业仿真平台
虚拟现实软件应用
VRP-IE 三维网络平台
VRP-Physics 物理系统 VRP-Travel 虚拟旅游平台
信息科学与技术学院
3 VRP及设计流程
3.2 虚拟现实项目的设计流程
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信息科学与技术学院
本讲小结
思考题 •虚拟现实应用于哪些领域 •场景的制作流程 •VRP界面组成
上机实验 •上机实验1
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虚拟现实软件应用 信息科学与技术学院
虚拟现实技术资料整理
虚拟现实技术资料整理虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种能够模拟和创造虚拟环境的计算机技术，通过使用特殊的设备，如头戴式显示器和手柄控制器，使用户能够身临其境地感受和交互虚拟环境。
近年来，虚拟现实技术在游戏、教育、医疗、娱乐等领域得到了广泛的应用和发展。
一、虚拟现实技术的基本原理虚拟现实技术的实现主要依靠以下几个关键技术：图像生成与渲染、空间定位与追踪、交互设备与手柄控制、声音与音频处理、实时计算与传输等。
1. 图像生成与渲染虚拟现实技术通过计算机生成逼真的三维图像，以模拟真实世界的场景。
图像生成主要依赖于计算机图形学和计算机视觉技术，包括建模、纹理映射、光照计算等。
而图像渲染则是将生成的图像进行处理，使其能够在虚拟环境中呈现出逼真的效果。
2. 空间定位与追踪为了让用户能够在虚拟环境中自由移动和交互，虚拟现实技术需要实时追踪用户的头部和手部位置。
目前常用的定位和追踪技术包括惯性导航、光学追踪、声音定位等。
3. 交互设备与手柄控制为了增强用户对虚拟环境的交互体验，虚拟现实技术使用各种交互设备和手柄控制器。
例如，头戴式显示器可以实时跟踪用户头部的位置和姿态，手柄控制器可以模拟用户的手部动作。
4. 声音与音频处理虚拟现实技术还需要提供逼真的音频效果，以增强用户的沉浸感。
通过声音定位和音频处理技术，可以使用户在虚拟环境中听到来自不同方向的声音，并产生立体声效果。
5. 实时计算与传输虚拟现实技术需要实时计算和传输大量的图像和数据，以确保用户在虚拟环境中的体验流畅和逼真。
高性能的计算机和稳定的网络连接是保证实时计算和传输的关键。
二、虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域。
1. 游戏与娱乐虚拟现实技术在游戏和娱乐领域有着广泛的应用。
通过虚拟现实设备，玩家可以身临其境地参与游戏，感受到更加真实的游戏体验。
例如，玩家可以在虚拟现实环境中与游戏角色互动，体验到真实的动作和情感。
虚拟现实技术课件第1章
数据库：存放整个虚拟世界中所有物体的各方面信息。
1-21
1-22
1-23
1.4 虚拟现实系统的分类
1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4
1-8
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”。
思科公司篮球馆
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VR用于教育领域
虚拟的零件安装培训
洞穴式虚拟工程模型漫游
1-38
Hale Waihona Puke 例：VR用于军事训练或演习军事领域研究是推动虚拟现实技术发展的原动力，目前依 然是主要的应用领域。虚拟现实技术主要在军事训练和演习、 武器研究这两个方面广泛应用。
虚拟战场
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虚拟航母
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。
1-34
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
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1.3虚拟现实的特征
虚拟现实技术概述(PPT72页)
科技引领时代，创新塑造未来
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1.1.1 虚拟现实的概念
科技引领时代，创新塑造未来
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1.1.2 虚拟现实的本质特征
交互性（Interaction)是用户通过使用专门输入和输出设 备，用人类的自然技能对模拟环境内物体的可操作程度 和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统强调人与 虚拟世界之间以近乎自然的方式进行交互。即不仅用户 通过传统设备(键盘和鼠标等)和传感设备（特殊头盔、数 据手套等），使用自身的语言、身体的运动等自然技能 ，对虚拟环境中的对象进行操作。而且计算机能够根据 用户的头、手、眼、语言及身体的运动来调整系统呈现 的图像及声音。(手握东西)
3．沉浸感 通过相关的设备，采用逼真的感知和自然的动作，
使人仿佛置身于真实世界，消除了人的枯燥、生硬和被动 的感觉，大大提高工作效率。
科技引领时代，创新塑造未来
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1.1.2 虚拟现实的本质特征
虚拟现实的概念中有三个I： （1）Immersion(沉浸)，是指逼真的，身临其境的
感觉。 （2）Interaction(交互)，是指用户感知与操作环境。 （3）Imagination(想象)，是指创造性。
虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况。
第三种情况是对真实世界中人类不可见的现象或环境进 行仿真。如分子结构、各种物理现象等。这种环境是真实环 境，客观存在的，但是受到人类视觉、听觉器官的限制不能 感应到。一般情况是以特殊的方式（如放大尺度的形式）进 行模仿和仿真，使人能够看到，听到，或者感受到，体现科 学可视化。
虚拟现实技术公式
虚拟现实技术公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：虚拟现实技术公式是指通过计算机技术将虚构的虚拟世界与现实世界进行融合，使用户可以沉浸在一个全新的环境中，与传统的计算机界面相比，虚拟现实技术具有更加直观和沉浸的体验。
虚拟现实技术公式的制作需要综合考虑计算机图形学、人机交互、传感技术等多个领域的知识，以实现用户与虚拟环境的交互和沉浸感。
虚拟现实技术公式的核心是通过计算机对现实世界进行建模和仿真，以实现虚拟环境的呈现。
在这个过程中，需要考虑到多个要素，如视觉、听觉、触觉等感官的交互，还有场景的呈现、物体的运动等。
下面我们来简单介绍一些与虚拟现实技术相关的基本公式和概念。
1. 渲染方程渲染方程是虚拟现实技术中的重要概念，它描述了光线在相机（观察者）位置与场景中的物体交互时的物理规律。
具体来说，渲染方程描述了光线如何与物体表面发生反射、折射等现象，从而最终到达相机传感器的过程。
渲染方程通常表示为：L(o,ω) = L_e(o,ω) + ∫f_rω_iL_i(ω_i,n)L_i(o,ω_i)n·ω_idω_i其中L(o,ω)为相机位置o处，方向ω上的辐射强度，L_e(o,ω)为来自场景中光源的辐射强度，f_r为表面的反射函数，n为表面法线，L_i为从光源处射向表面的辐射强度，ω_i为光线入射方向。
2. 虚拟现实技术中的交互公式虚拟现实技术的核心在于与用户进行交互，其交互公式可以表示为：I_t = F(I_t-1, I_t-2, ..., I_t-n)其中，I_t表示在时刻t用户的输入状态，F为交互函数，用于描述用户对虚拟环境的操作和反馈效果。
在虚拟现实环境中，用户的输入可以通过手柄、眼球追踪、体感设备等方式来实现，交互函数的设计需要考虑到输入设备的特性和用户体验。
3. 虚拟环境中的物体运动公式在虚拟现实技术中，物体的运动是模拟现实世界的重要部分之一，其运动公式可以表示为：F = ma其中，F为物体受到的力，m为物体质量，a为物体的加速度。
虚拟现实(VR与增强现实(AR技术应用方案
虚拟现实（VR与增强现实（AR技术应用方案第一章：虚拟现实（VR）技术概述 (2)1.1 VR技术的发展历程 (2)1.2 VR技术的核心组成部分 (3)第二章：虚拟现实（VR）硬件设备 (4)2.1 头戴式显示器（HMD） (4)2.2 手柄与追踪设备 (4)2.3 虚拟现实交互设备 (5)第三章：虚拟现实（VR）软件平台 (5)3.1 VR内容创作工具 (5)3.1.1 Unity (6)3.1.2 Unreal Engine (6)3.1.3 VR Studio (6)3.2 VR应用程序开发框架 (6)3.2.1 OpenVR (6)3.2.2 OSVR (6)3.2.3 Unity XR Interaction Toolkit (6)3.3 VR内容分发平台 (7)3.3.1 SteamVR (7)3.3.2 Oculus Store (7)3.3.3 Viveport (7)第四章：增强现实（AR）技术概述 (7)4.1 AR技术的发展历程 (7)4.2 AR技术的核心组成部分 (8)第五章：增强现实（AR）硬件设备 (8)5.1 智能眼镜 (8)5.2 手机与平板电脑 (9)5.3 AR投影设备 (9)第六章：增强现实（AR）软件平台 (9)6.1 AR内容创作工具 (9)6.1.1 Unity AR Foundation (9)6.1.2 ARKit（iOS） (10)6.1.3 ARCore（Android） (10)6.1.4 Vuforia (10)6.2 AR应用程序开发框架 (10)6.2.1 ARKit（iOS） (10)6.2.2 ARCore（Android） (10)6.2.3 EasyAR (10)6.2.4 Wikitude (11)6.3 AR内容分发平台 (11)6.3.1 Apple App Store (11)6.3.2 Google Play (11)6.3.3 Vuforia Developer Services (11)6.3.4 Wikitude Studio (11)第七章：虚拟现实（VR）在教育领域的应用 (11)7.1 虚拟课堂 (11)7.1.1 概述 (11)7.1.2 应用场景 (12)7.1.3 技术实现 (12)7.2 虚拟实验 (12)7.2.1 概述 (12)7.2.2 应用场景 (12)7.2.3 技术实现 (12)7.3 虚拟实训 (12)7.3.1 概述 (12)7.3.2 应用场景 (12)7.3.3 技术实现 (13)第八章：增强现实（AR）在零售行业的应用 (13)8.1 虚拟试衣 (13)8.2 商品展示 (13)8.3 购物体验优化 (14)第九章：虚拟现实（VR）在医疗领域的应用 (14)9.1 虚拟诊疗 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 应用场景 (15)9.1.3 技术特点 (15)9.2 虚拟手术 (15)9.2.1 概述 (15)9.2.2 应用场景 (15)9.2.3 技术特点 (15)9.3 康复训练 (16)9.3.1 概述 (16)9.3.2 应用场景 (16)9.3.3 技术特点 (16)第十章：增强现实（AR）在娱乐与游戏领域的应用 (16)10.1 虚拟现实游戏 (16)10.2 增强现实游戏 (16)10.3 虚拟现实娱乐体验 (17)第一章：虚拟现实（VR）技术概述1.1 VR技术的发展历程虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术作为一种新兴的信息技术，旨在通过计算机的模拟环境，为用户提供一种沉浸式的交互体验。
《虚拟现实技术》课程教学大纲-模板
《虚拟现实技术》课程教学大纲-模板《虚拟现实技术》课程教学大纲Virtual Reality Technology课程代码:17101130 课程性质:必修适用专业:数字媒体艺术总学分数:3.0总学时数:48,含上机实验12, 修订年月:2015.15编写年月:2010.11 执笔:陈平课程简介(中文):作为一门先进的人机交户技术，虚拟现实技术已被广泛应用于军事模拟、视景仿真、虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配、科学可视化等领域。
《虚拟现实技术》是数字媒体技术专业的一门重要的专业技术方向课程。
课程内容包括虚拟现实技术的概述、基本原理、虚拟场景的创建方法、场景交互的设计与实现等。
课程简介(英文):As an advanced Interactive technology, the virtual reality technology has been widelyused in military simulation, visual simulation, virtual manufacturing, virtual design, virtual assembling,scientific visualization, etc. The course, 《The Virtual Reality Technology》, is a main professional courseon digital media technology major. The contents include the virtual reality technology overview, basicprinciple and method of creating virtual scene, scenes ofinteraction design and implementation, etc.一、课程目的:通过本课程的学习，了解虚拟现实系统工作原理以及掌握虚拟现实技术的基本理论和方法，熟练掌握运用虚拟现实开发工具与编程语言相结合开发基于交互式的虚拟现实场景。
3D新知：虚拟现实仿真技术
3D新知：虚拟现实仿真技术虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就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虚拟环境， VR带来了人机交互的新概念、新内容、新方式和新方法，使得人机交互的内容更加丰富、形象，方式更加自然、和谐。
深度创艺虚拟现实仿真的技术目前主要有实物虚化、虚物实化、高性能计算处理技术和分布式虚拟显示四种。
1、实物虚化实物虚化主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。
基本模型构建技术基本模型的构建是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。
深度创艺的模型构建首先是要建立对象物体的几何模型，确定其空间位置和几何元素的属性并通过GIS数据或者遥感来增强虚拟环境的真实感，并在虚拟环境中遵循一定的运动和动力学规律。
当几何模型和物理模型很难准确地刻画出真实世界中存在的某些特别对象或现象时，可根据具体的需要采用一些特别的模型构建方法。
(2)空间跟踪技术虚拟环境的空间跟踪主要是通过头盔显示器、数据手套(DATAGLOVE)，立体眼镜，数据衣等交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在三维虚拟环境中的位置和方向。
跟踪系统一般由发射器、接收器和电子部件组成。
目前,深度创艺的跟踪系统有电磁、机械、光学、超声等几类。
数据手套是VR系统常用的人机交互设备，它可测量出手的位置和形状从而实现环境中的虚拟手及其对虚拟物体的操纵。
Cyber Glove通过手指上的弯曲、扭曲传感器和手掌上的弯度、弧度传感器，确定手及关节的位置和方向。
(3)声音跟踪技术利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪是深度创艺为客户打造实物虚化的重要组成部分。
虚拟现实与增强现实的技术与应用
虚拟现实技术还可以应用于视频领域，观众可以观看到 360度全景视频，获得更加真实的观影体验。
虚拟演唱会
通过虚拟现实技术，观众可以在家中参加虚拟演唱会，感 受仿佛置身于现场的氛围。
房地产建筑行业
虚拟看房
购房者可以通过虚拟现实技术，在网络上实 现远程看房，详细了解房屋布局、装修风格 等信息。
康复治疗
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远程医疗
虚拟现实技术还可以应用于康复 治疗领域，帮助患者进行康复训 练，提高康复效果。
通过虚拟现实技术，医生可以为 远程患者提供诊疗服务，缓解医 疗资源分布不均的问题。
教育培训领域
模拟实验和教学
01
学生可以利用虚拟现实技术进行模拟实验和学习，更加直观地
理解抽象概念和原理。
远程教育和在线学习
建筑设计和规划
建筑师和规划师可以利用虚拟现实技术进行建筑设 计和城市规划的模拟，以更加直观的方式展示设计 方案。
工程管理和监控
虚拟现实技术还可以应用于工程管理和监控 领域，实现对工程项目的实时监控和远程管 理。
医疗健康领域
01
手术模拟和训练
医生可以利用虚拟现实技术进行 手术模拟和训练，提高手术技能 和应对能力。
02
虚拟现实技术可以应用于远程教育和在线学习领域，为学生提
供更加丰富的学习资源和互动体验。
职业培训和技能提升
03
虚拟现实技术还可以用于职业培训和技能提升领域，帮助员工
提高职业技能和应对能力。
04
增强现实应用领域
零售商业领域
虚拟试衣间
通过增强现实技术，顾客可以在虚拟试衣间试穿不同款式的衣服 ，实时查看效果，提升购物体验。
多感官融合
(word完整版)虚拟现实技术总结,推荐文档
虚拟现实技术总结虚拟现实技术概述总结一、虚拟现实的概念内涵及应用领域虚拟现实技术又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”等，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受。
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。
虚拟现实技术正在广泛地应用于军事、建筑、工业仿真、考古、医学、文化教育、农业和计算机技术等方面，改变了传统的人机交换模式。
二、虚拟现实的基本特征虚拟现实技术的基本特征可以简洁地表征为沉浸性、交互性和构想性。
沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。
理想的虚拟环境应该达到使用难以分辨真假的程度例如可视场景应随着视点的变化而变化甚至超越真实如生成比现实更逼真的照明和音响效果等。
?交互性交互性是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度包括实时性。
例如用户可以用手直接取虚拟环境中的物体,这时手应该有触摸感,并可以感觉物体的重量,场景中被取的物体也立刻能够随着手的移动而移动。
?构想性构想是指用户沉浸在多维信息空间中,依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识,发挥主观能动性,寻求解答方式,形成新的概念。
三、虚拟现实的硬件设备与软件技术在虚拟现实系统中，硬件设备主要由3个部分组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成设备。
此外系统还需要虚拟现实的相关技术。
1、虚拟现实的输入设备有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两大类：一类是基于自然的交互设备，用于对虚拟世界信息的输入；另一类是三维定位跟踪设备，主要用于对输入设备在三维空间中的位置进行判定，并送入虚拟现实系统中。
VR虚拟现实技术资料
虚拟现实VR
1、VR是什么？
2、VR的使用分析
3、虚拟现实技术简介
一、什么是VR？
Virtual Reality，中文翻译就是虚拟现实。
虚拟现实是利用电脑模拟产生三维空间的虚拟世界，通过使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境般，可以及时、没有限制的观察三度空间内的事物。
虚拟现实是多种技术的中和，包括实时三围计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头部、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。
简而言之就是：显示、声音、感觉反馈、语音
二、VR的使用分析
VR的使用领域非常的广泛，医学、娱乐、军事、室内设计、房产、地理、教育等等。
VR显示原理分析：用户带上特殊眼镜，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼只能看到偶数帧图像。
奇偶帧之间的不同产生视差（立体感）。
三、虚拟现实技术简介
虚拟现实（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机级人机界面。
综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。
使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
目前能够提供视觉和听觉效果的虚拟现实系统，已被用于各种各样的仿真系统中。
虚拟现实基础知识
虚拟现实（VR）基础知识实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。
实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。
它具体基于以下几种技术：（1）基本模型构建技术。
（2）空间跟踪技术。
（3）声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。
（4）视觉跟踪与视点感应技术。
虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。
能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉和力觉感知。
力觉感知主要由计算机通过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指产生运动阻尼从而使用户感受到作用力的方向和大小。
触觉反馈主要是基于视觉、气压感、振动触感、电子触感和神经、肌肉模拟等方法来实现的。
然而，不能把虚拟现实和模拟仿真混淆，两者是有一定区别的。
概括地说，虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。
我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。
在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中，经常会有由燃烧源产生的连续变化的烟尘干扰环境能见度的计算，从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。
某些仿真平台和图形图像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算，仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度精确计算以及对仿真实体的影响程度；图形图像生成系统着重于建立细致的几何模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。
而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，计算影响仿真结果的相关数据，而且要生成用户能通过视觉感知的逼真图形效果，使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术的使用方法及最佳实践分享
虚拟现实技术的使用方法及最佳实践分享在当今科技飞速发展的时代，虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）已经逐渐走进我们的生活，并在各个领域展现出了巨大的潜力。
从游戏娱乐到教育培训，从医疗健康到建筑设计，虚拟现实技术为我们带来了全新的体验和解决方案。
那么，如何才能充分利用这一神奇的技术呢？下面就让我们一起来探讨虚拟现实技术的使用方法以及一些最佳实践。
一、虚拟现实技术的使用方法1、设备选择首先，要使用虚拟现实技术，您需要选择合适的设备。
目前市场上主要有以下几种类型的虚拟现实设备：（1）头戴式显示器（HeadMounted Display，简称 HMD）：这是最常见的虚拟现实设备，如 Oculus Rift、HTC Vive 等。
它们通常需要连接到高性能的电脑或游戏主机上，以提供高质量的虚拟现实体验。
（2）移动 VR 设备：如 Google Cardboard、Samsung Gear VR 等，这些设备可以与智能手机配合使用，相对来说成本较低，但体验可能不如高端头戴式显示器。
（3）一体机 VR 设备：如 Oculus Quest 等，它们将计算单元和显示屏集成在一个设备中，无需连接外部设备，使用起来更加便捷。
在选择设备时，您需要考虑以下因素：分辨率、刷新率、视场角、舒适度、价格等。
如果您是游戏爱好者或追求高品质的体验，高端头戴式显示器可能是更好的选择；如果您只是想偶尔尝试一下虚拟现实，或者预算有限，移动 VR 设备或一体机 VR 设备也是不错的入门选择。
2、软件和内容获取有了设备，接下来就需要获取虚拟现实的软件和内容。
您可以通过以下几种途径获取：（1）官方应用商店：大多数虚拟现实设备都有自己的官方应用商店，如 Oculus Store、SteamVR 等，您可以在这些商店中购买或下载各种虚拟现实游戏、应用和体验。
（2）第三方平台：除了官方应用商店，还有一些第三方平台提供虚拟现实内容，如 Viveport、SideQuest 等。
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虚拟现实技术基础和实用算法目录第一章虚拟现实技术概论……………………………………………………………( ) 1.1 虚拟现实技术概念和发展 ………………………………………………………………( ) 1.2 虚拟现实系统的分类 ……………………………………………………………………( ) 1.2.1 按数据流向进行分类…………………………………………………………………( ) 1.2.2 按时间和空间进行分类………………………………………………………………( ) 1.2.3 按传感器与人的感觉器官进行分类…………………………………………………( ) 1.2.4 按隔离与融合进行分类………………………………………………………………( ) 1.3 虚拟现实系统的硬件组成 ………………………………………………………………( ) 1.3.1 虚拟世界生成设备 ………………………………………………………………… ( ) 1.3.2 感知设备………………………………………………………………………………( ) 1.3.3 跟踪设备………………………………………………………………………………( ) 1.3.4 基于自然方式的人机交互设备………………………………………………………( ) 1.4 虚拟现实系统的体系结构 ………………………………………………………………( ) 1.4.1 非分布式虚拟现实体系结构…………………………………………………………( ) 1.4.2 分布式虚拟现实体系结构……………………………………………………………( ) 1.5 虚拟现实的研究内容 ……………………………………………………………………( ) 1.6 增强现实技术与随身增强现实技术 ……………………………………………………( ) 1.6.1 增强现实技术的定义…………………………………………………………………( ) 1.6.2 增强现实技术系统的实现分类及其优缺点分析……………………………………( ) 1.6.3 增强现实与虚拟现实比较……………………………………………………………( ) 1.6.4 增强现实的关键技术…………………………………………………………………( ) 1.6.5 随身增强现实技术……………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第二章虚拟现实系统典型硬件装置…………………………………………………( ) 2.1 简 介………………………………………………………………………………………( ) 2.2 立体显示原理 ……………………………………………………………………………( ) 2.2.1 人眼的结构与立体视觉机制…………………………………………………………( ) 2.2.2 立体显示原理…………………………………………………………………………( ) 2.3 虚拟现实立体显示器 ……………………………………………………………………( ) 2.3.1 台式立体监示器显示系统……………………………………………………………( ) 2.3.2 头盔式立体显示器……………………………………………………………………( ) 2.3.3 洞穴式立体显示装置（CA VE）…………………………………………………… ( ) 2.3.4 响应工作台立体显示装置……………………………………………………………( ) 2.3.5 墙式立体显示装置……………………………………………………………………( ) 2.4 位置跟踪器 ………………………………………………………………………………( ) 2.4.1 位置跟踪器的性能指标………………………………………………………………( ) 2.4.2 位置跟踪器技术分类及其典型技术…………………………………………………( ) 2.4.3 虚拟现实系统对位置跟踪器的性能要求……………………………………………( )2.5 触觉与力觉反馈装置 ……………………………………………………………………( ) 2.5.1 触觉反馈装置…………………………………………………………………………( ) 2.5.2 力觉反馈装置…………………………………………………………………………( ) 2.6 虚拟现实的交互设备 —— 传感手套…………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第三章真实感图形的实时绘制技术…………………………………………………( ) 3.1 图形学基础 ………………………………………………………………………………( ) 3.1.1 虚拟场景表示…………………………………………………………………………( ) 3.1.2 场景坐标系……………………………………………………………………………( ) 3.1.3 取景变换………………………………………………………………………………( ) 3.1.4 光栅化…………………………………………………………………………………( ) 3.2 消隐 ………………………………………………………………………………………( ) 3.2.1 景物空间消隐算法……………………………………………………………………( ) 3.2.2 图像空间消隐算法……………………………………………………………………( ) 3.3 光亮度计算 ………………………………………………………………………………( ) 3.3.1 Phong光照明模型……………………………………………………………………( ) 3.3.2 增量光亮度计算………………………………………………………………………( ) 3.4 纹理映射技术 ……………………………………………………………………………( ) 3.4.1 纹理映射原理…………………………………………………………………………( ) 3.4.2 投影纹理映射技术……………………………………………………………………( ) 3.4.3 两步法纹理映射技术…………………………………………………………………( ) 3.5 实时消隐技术 ……………………………………………………………………………( ) 3.5.1 层次Z缓存算法………………………………………………………………………( ) 3.5.2 可见性预计算技术……………………………………………………………………( ) 3.6 大规模复杂场景的实时漫游系统 ………………………………………………………( ) 3.6.1 场景数据的管理………………………………………………………………………( ) 3.6.2 场景加载管理…………………………………………………………………………( ) 3.6.3 场景层次结构的管理…………………………………………………………………( ) 3.6.4 纹理数据的管理………………………………………………………………………( ) 3.6.5 实时漫游系统的实例…………………………………………………………………( ) 3.7 小结 ………………………………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第四章多细节层次模型生成和绘制…………………………………………………( ) 4.1 简 介………………………………………………………………………………………( ) 4.2 基本概念 …………………………………………………………………………………( ) 4.2.1 重要性度量……………………………………………………………………………( ) 4.2.2 简化元操作……………………………………………………………………………( ) 4.2.3 网格简化算法的类型…………………………………………………………………( ) 4.3 网格简化算法 ……………………………………………………………………………( ) 4.3.1 概述……………………………………………………………………………………( ) 4.3.2 基于顶点聚类的模型简化算法………………………………………………………( )4.3.3 基于删除操作的模型简化算法………………………………………………………( ) 4.3.4 基于折叠操作的模型简化算法………………………………………………………( ) 4.3.5 动态模型简化算法……………………………………………………………………( ) 4.4 多分辨率模型生成算法 …………………………………………………………………( ) 4.4.1 简介……………………………………………………………………………………( ) 4.4.2 MRM模型 ……………………………………………………………………………( ) 4.4.3 MRM模型自动生成算法……………………………………………………………( ) 4.4.4 多分辨率BSP树……………………………………………………………………( ) 4.5 实时连续LOD模型绘制 …………………………………………………………………( ) 4.5.1 与视点无关的网格简化预处理………………………………………………………( ) 4.5.2 与视点相关的实时网格简化算法……………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第五章基于图象的建模和绘制………………………………………………………( ) 5.1 简 介………………………………………………………………………………………( ) 5.1.1 基于几何的建模和绘制………………………………………………………………( ) 5.1.2 基于图象的建模和绘制………………………………………………………………( ) 5.1.3 绘制流水线的比较……………………………………………………………………( ) 5.1.4 IBMR的基本方法分类……………………………………………………………( ) 5.2 图象变换 …………………………………………………………………………………( ) 5.2.1 图象变换的前向映射和逆向映射技术………………………………………………( ) 5.2.2 图象变形技术…………………………………………………………………………( ) 5.3 相关的立体视觉理论 ……………………………………………………………………( ) 5.3.1 摄象机定标……………………………………………………………………………( ) 5.3.2 对应点的寻找方法……………………………………………………………………( ) 5.4 基于图象的建模技术 ……………………………………………………………………( ) 5.4.1 全景图…………………………………………………………………………………( ) 5.4.2 光场（Light Field）和照明图(Lumigraph) …………………………………………( ) 5.4.3 同心圆拼图（Concentric Mosaic）…………………………………………………( ) 5.5 基于图象的绘制 …………………………………………………………………………( ) 5.5.1 视图变形技术…………………………………………………………………………( ) 5.5.2 基于光场的绘制………………………………………………………………………( ) 5.5.3 基于同心拼图的绘制…………………………………………………………………( ) 5.6 实例系统 …………………………………………………………………………………( ) 5.6.1 QuickTime VR Authoring Studio……………………………………………………( ) 5.6.2 Lightpack光场著作和绘制软件包…………………………………………………( ) 5.7 我们的相关工作 …………………………………………………………………………( ) 5.7.1 小波空间中基于图象的建模…………………………………………………………( ) 5.7.2 小波空间中的视图合成………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第六章碰撞检测…………………………………………………………………………( ) 6.1 概述…………………………………………………………………………………………( ) 6.1.1 概念……………………………………………………………………………………( )6.1.3 基本算法和典型问题…………………………………………………………………( ) 6.2 时间步长问题的解决方法 ………………………………………………………………( ) 6.3 多物体的碰撞检测方法 …………………………………………………………………( ) 6.3.1 包围盒排序法…………………………………………………………………………( ) 6.4 两物体的碰撞检测方法 …………………………………………………………………( ) 6.4.1 包围盒层次法…………………………………………………………………………( ) 6.4.2 距离跟踪法……………………………………………………………………………( ) 6.5 特殊应用的碰撞检测 ……………………………………………………………………( ) 6.5.1 触觉交互………………………………………………………………………………( ) 6.5.2 可变形物体……………………………………………………………………………( ) 6.5.3 基于体表示物体………………………………………………………………………( ) 6.6 公开算法软件包简介 ……………………………………………………………………( ) 6.7 小结 ………………………………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第七章三维真实感声音生成…………………………………………………………( ) 7.1 简 介………………………………………………………………………………………( ) 7.2 空间听觉感知 ……………………………………………………………………………( ) 7.2.1 方向的感知……………………………………………………………………………( ) 7.2.2 声源距离的感知………………………………………………………………………( ) 7.3 室内声学仿真 ……………………………………………………………………………( ) 7.3.1 室内声学仿真方法概述………………………………………………………………( ) 7.3.2 虚声源算法……………………………………………………………………………( ) 7.3.3 声线跟踪算法…………………………………………………………………………( ) 7.3.4 声线跟踪与虚声源混合算法…………………………………………………………( ) 7.3.5 声音脉冲响应插值算法………………………………………………………………( ) 7.3.6 基于有限元法的室内声学仿真方法…………………………………………………( ) 7.4 真实感声音的生成 ………………………………………………………………………( ) 7.4.1 真实感声音生成的一般过程…………………………………………………………( ) 7.4.2 距离因素的实现………………………………………………………………………( ) 7.4.3 方位因素的实现………………………………………………………………………( ) 7.4.4 运动声源的模拟………………………………………………………………………( ) 7.4.5 开发环境和实例………………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )第八章 面向实时漫游的虚拟现实造型语言VRML…………………………………( ) 8.1 简介 ………………………………………………………………………………………( ) 8.1.1 什么是VRML…………………………………………………………………………( ) 8.1.2 VRML发展的历史……………………………………………………………………( ) 8.1.3 VRML的设计目标和准则……………………………………………………………( ) 8.1.4 VRML应用框架………………………………………………………………………( ) 8.2 VRML世界的构造…………………………………………………………………………( ) 8.2.1 文件头…………………………………………………………………………………( )8.2.3 事件结构………………………………………………………………………………( ) 8.2.4 感知器…………………………………………………………………………………( ) 8.2.5 脚本和插值器…………………………………………………………………………( ) 8.2.6 原型：封装和重用……………………………………………………………………( ) 8.2.7 分布式场景……………………………………………………………………………( ) 8.2.8 VRML和WWW………………………………………………………………………( ) 8.2.9 显示和交互……………………………………………………………………………( ) 8.3 VRML的组成元素…………………………………………………………………………( ) 8.3.1 基本定义………………………………………………………………………………( ) 8.3.2 域………………………………………………………………………………………( ) 8.3.3 节点及实例化…………………………………………………………………………( ) 8.3.4 可扩展性………………………………………………………………………………( ) 8.3.5 原型PROTO和重用USE……………………………………………………………( ) 8.3.6 细节层次（LOD）……………………………………………………………………( ) 8.4 交互控制特征 ……………………………………………………………………………( ) 8.4.1 事件和路由访问………………………………………………………………………( ) 8.4.2 动画事件路径…………………………………………………………………………( ) 8.4.3 动画和时间……………………………………………………………………………( ) 8.4.4 动作感知器……………………………………………………………………………( ) 8.4.5 可见和接近感知器及碰撞检测………………………………………………………( ) 8.4.6 脚本……………………………………………………………………………………( ) 8.5 实例 ………………………………………………………………………………………( ) 8.5.1 实例1…………………………………………………………………………………( ) 8.5.2 实例2…………………………………………………………………………………( ) 8.5.3 实例3…………………………………………………………………………………( ) 8.6 小结 ………………………………………………………………………………………( )参考文献………………………………………………………………………………………( )。