虚拟制造技术60

虚拟现实技术的发展
90年代，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机 软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图象的实时 动画制作成为可能；人机交互系统的设计不断创新，新颖、实 用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统 的发展打下了良好的基础。
例如1993年的11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成 了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，而用虚 拟现实技术设计波音777获得成功，是近年来引起科技界瞩目 的又一件工作。
虚拟现实的定义
虚拟现实外国有时还称为：“信息空间”，“人工现实”，“合 环境“等，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用 户同时提供诸如视、听、嗅、触等各种直观而又自然的实时感知 交互手段、最大限度地方便用户的操作，从而提高整个系统的工 作效率。关于虚拟现实的定义，我们可以简单地理解为：
第五章 虚拟制造技术
• 虚拟现实技术 • 产品的虚拟原型 • 虚拟制造技术 • 虚拟企业
虚拟现实
教学目的和要求：
1、了解虚拟现实的概念； 2、了解虚拟现实的组成及国内 和同外虚拟现实研究的现状。
教学重点：
1、虚拟现实定义； 2、虚拟现实的组成； 3、虚拟现实的应用研究现状； 4、虚拟现实的应用前景。
(1)多感知性: 所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，
还有听觉感知、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)沉浸性: 又称临场感，让用户感到作为主角存在于
模拟环境中的真实程度，沉浸被通俗地解释为 “身临其境”。
虚拟技术三角形
(3)交互性: 交互性指用户对模拟环境内物体的可操作
虚拟现实（VR）技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信 息技术，它集多媒体、网络技术、传感技术等多种先进技术为一体， 是当今前景最好的计算机技术之一。
几种虚拟现实
虚拟环境
虚拟房间
虚拟汽车
虚拟人
虚拟现实技术的发展
1965年，Sutherland在篇名为《终极的显示》（The Ultimate Display） 的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音 提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现 实系统的研究探索历程。
世界进行观察和操作，以达到协同工作的目
的。例如，异地的医科学生，可以通过网络，
对虚拟手术室中的病人进行外科手术Baidu Nhomakorabea又如
风靡因特网的网络游戏，其实就是共享型虚
拟现实系统的有力表现。众多玩家可以在同
一个虚拟环境中交互式的进行交流、打斗、
程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。
(4)构想性: 虚拟现实技术中人与虚拟环境的交互作用，
在本质上意味着它不是预成性的而是生成性的， 不是因循的而是创造的，
虚拟现实分类（1）
按照虚拟现实系统功能和实现方式的不同，可以分为三种类型：
（1）沉浸型虚拟现实系统（“可穿戴的”VR系统）
沉浸型虚拟现实系统提供完全沉浸的体验。 它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的 视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个 新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、 数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参 与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中 的感觉。例如，在消防仿真演习系统中，消防 员会沉浸于极度真实的火灾场景并做出不同反 应。这种系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟 世界中去，缺点是系统设备尤其是硬件价格相 对较高，难以大规则普及推广。
1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD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年代初正式提出了 “Virtual Reality”一词。
80年代，美国宇航局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关 虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了 人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年，NASA Ames研究中心虚 拟行星探测实验室组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器， 将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星 表面的三维虚拟环境。
利用计算机生成的能给人多种感官刺激的人机交互系统。
两个方面：
第一是计算机生成的虚拟环境必 须是能给人提供多种感觉的感官刺激 的环境，能让人有“沉浸”的感觉，现 在的技术水平，虚拟现实通常由视觉、 听觉和触觉构成。
其二是虚拟现实系统是一种高级 的人机交互系统，因此人机交互是虚 拟现实的核心。
虚拟现实的基本特征
前言
人类有许多梦想，一些梦想已经变为现实，而有一些梦想也许 永远都不可能实现。然而，有一种技术却能使一切梦想全部在感知
中实现，这就是虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）。
虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、 多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科，由于它生 成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的， 因此虚拟现实技术将一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状， 即计算机创造的环境将人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。
虚拟现实分类（3）
（3）共享型虚拟现实系统
洽谈
（网络虚拟现实，又称为分布式虚拟环境）
是一种基于网络连接的虚拟现实系统，
讨论
它是多个用户通过计算机网络连接在一起，
同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，
把虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这
就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现
设计
实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟
虚拟现实分类（2）
（2）简易型虚拟现实系统（桌面VR系统）
桌面虚拟现实利用个人计算机和低级 工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用 户观察虚拟境界的一个窗口。通过各种输 入设备实现与虚拟现实世界的充分交互， 这些外部设备包括立体眼镜、3D控制器使 监视器或者鼠标，追踪球，力矩球等。它 要求参与者使用输入设备，通过计算机屏 幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵 其中的物体，但这时参与者缺少完全的沉 浸，因为它仍然会受到周围现实环境的干 扰。桌面虚拟现实最大特点是缺乏真实的 现实体验，但这种系统的特点是结构简单、 价格低廉，组成灵活，易于普及推广，是 一套经济实用的系统。