虚拟设计概述

14.1.1 虚拟现实的发展与组
成
❖ 虚拟现实VR的组成 图14-2
❖ VR系统为用户提供视觉、听觉、 触觉、嗅觉甚至味觉的多感知。
❖ VR技术的相关技术包括
计算机图形学
图像处理与模式识别
智能接口技术
人工智能技术
多传感器技术
多媒体技术（语音处理与音响技术）
计算机仿真技术
网络技术
并行处理技术
1）分布式虚拟现实系统。它是可供多用户同时异地参与的、基 于网络的、分布式虚拟环境。
品开发过程的所有任务都
可以得到支持。
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第 14章 虚图拟1设4计-1 基于头盔式显示器的系统 3
14.1.1 虚拟现实的发展与组 成
❖ “虚拟”有三层含义： ①它意味着完全数字化的方法； ②它是在虚拟企业的意义上通过网络分布式的工作方
式来达到； ③它使用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术。 ❖ 专家预言：未来所有复杂产品都可用虚拟方式产生
第 14章 虚拟设计
14.1 虚拟现实 14.2 虚拟设计的概念与技术体系 14.3 虚拟设计系统的功能与结构 14.4 虚拟设计系统的硬件配置 14.5 虚拟设计的应用
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第 14章 虚拟设计
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14.1 虚拟现实
❖ 14.1.1 虚拟现实的发展与组成 ❖ 14.1.2 虚拟现实的功能与特征 ❖ 14.1.3 虚拟环境 ❖ 14.1.4 虚拟现实系统的类型与结构
高性能计算机系统
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第 14章 虚拟设计
图14-2虚拟现实的组成
1－交互作用 Interaction
2－视觉 Visual Perception
3－听觉 4－触觉
Acoustic Perception7 Tactile Perception
5－嗅觉 Olfactory Perception
❖ Imagination 想象： 操作者能感到虚拟环境中的 对象是 自主的、可操作的， 对象的行为符合物理规律
2020/5/1图4 14-3 虚拟现实的3个I 第 14章 虚拟设计
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图14-4 虚拟环境的组成
14.1.3 虚拟环
境
❖ 虚拟环境Virtual Environment 是体现了虚拟现实所具备 的功能的一种计算机环境
的乒乓球的电子游戏。
1963年Ivan Swthland提出“虚拟现实”这个概念。 ❖ 1985年用头盔显示器(Head Mounted Display，HMD)来显示
计算机图形。第一台基于LCD的封闭头盔显示器，使用了 独特的棱镜系统，提供较宽的立体视角。它的分辨率很低， 且显示器是单色的。目前已有20多家厂商提供的40多种 HMD产品。 ❖202虚0/5/1拟4 现实引用了CAD中的第图14章形虚学拟设，计独立发展为一种新领域 6
❖ 用户进入这个界面后，是界面上所显示的世界中 的一个参与者而不是一个被动的观察者。
❖ VR利用一种特殊环境，使用户可以陶醉在工作 之中，体验比现实世界更加丰富的感受。
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14.1.1 虚拟现实的发展与组 成
❖ 虚拟现实
鼻祖是20世纪30年代的飞行模拟器。 60年代出现了电影摄影师的街道摩托车模拟器。 70年代开发了一种允许人们通过电视屏幕操作一个弹跳
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14.1.1 虚拟现实的发展与组 成
❖ 产品开发流程已从断续
的计算机辅助向计算机支
持产品开发的全过程转变。
这种过程的结合性在数字
化的过程描述中得到了表
达。由于对集成的要求，
几何的二维处理已逐渐转
变为三维处理。几何模型
转变为虚拟的产品模型，
借助虚拟的产品模型，产
❖ 在虚拟环境中，可以使用户形成一种直觉的感受。例如，用户
可以在汽车中来分析和考察驾驶室内各种配置及其功能。
可以在一个车间内来回走动，考查仿真加工的效果。
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14.1.4 虚拟现实系统的类型 与结构
❖ 根据用户参与的形式及沉浸的程度不同，VRS可划分为4类。
❖ 虚拟现实是要达到增强现实的目的，即用虚拟物体来丰富、
增强真实的环境，而不是用它来代替真实的环境。
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14.1.2 虚拟现实的功能与特 征
（2）虚拟现实的3个基本特征 ❖ Immersion 沉浸：
在虚拟环境中，操作者应能 很好地感觉各种不同的刺激
❖ Interaction 交互： 操作者能对虚拟环境中的对 象进行操作，并能感觉操作 的结果
❖ 图14-4中采用的设备：
❖ ①显示器：头盔或立体眼 镜和屏幕，显示出虚拟环 境的影像；
❖ ② 6自由度跟踪器，包括 信息手套，信息接收器， 声音识别装置等。
❖ 软件有：图形处理器， 声音处理器等。
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14.1.3 虚拟环境
❖ 虚拟环境必备的三个条件：
1)和用户交互。用户可以用各种方法和虚拟环境交互，如手的姿 势、头部的动作或身体其他部位的动作，通过传感器、跟踪器
14.1.2 虚拟现实的功能与特 征
(1) 虚拟现实的功能 1)给用户制造一个三维现实世界的感觉。 2)使用户能够与界面中的环境交互，并能在其中动作，使用户
能直接和界面上的图形实时地交互。用户作为界面中的主人 在虚拟世界中遨游。
3)用户能从任意的观察点来观察他所想看到的物体，改变物体 的位置和方向，控制物体的行为和外形，对界面中的物体进 行评价而不需要预先编程。
及接收器和虚拟环境中的显示装置交互。可以用声音交互，也 可以触摸交互。
2)实时反映所交互的影像。显帧率(Frame rate)最好是25帧/s，最 少是10帧/s。每帧安排1 300~5 000个多面体。
3)用户有自主性。用户作为环境中的一分子，有感觉地参与到虚 拟环境中去，要达到这个目的，首先要具备1)、2)两个条件。 用户的感受是沉浸在虚拟环境之中。
❖ 有人称21世纪为“VR时代”。
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14.1.1 虚拟现实的发展与组 成
❖ 虚拟现实(Virtual Reality，VR) ❖ 是计算机交互界面上的一种技术，
在交互界面上用户所看到的世界是真实的， 动作起来是真实的， 声音听起来是真实的， 感觉起来是真实的。