第七章虚拟现实及其应用

虚拟天文馆，远距教学
艺术
虚拟博物馆，音乐
商业
电传会议，电话网路管理，空中交通管制
景观模拟 建筑设计，室内设计，工业设计，地形地图
科学视觉 化
数学、物理、化学、生物、古生物、考古、 行星表面重建，虚拟风洞试验，分子结 构分析
军事
飞行模拟，军事演习，武器操控
太空 机械人 工业
太空训练，太空载具驾驶模拟
机械人辅助设计，机械人操作模拟，远程操 控
虚拟现实的特征
4．自主性(Autonomy) 自主性是指虚拟环境中物体反映现实规律 的程度。例如，当受到力的推动时，物体 会向力的方向移动或翻倒，或从桌面落到 地面等。
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7.1.3 虚拟现实的用途
领域 医学 教育
用
途
外科手术，远程遥控手术，身体复建，虚拟 超音波影像，药物合成
源自文库第七章虚拟现实及其应用
7.1.2 虚拟现实的特征
•图7-1：虚拟感应头盔、遥控手柄、数据手套
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1. 多感知性(Multi－Sensory)
所谓多感知就是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，甚至应该包括味觉感知，嗅觉感 知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具 有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术 的限制日前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限 于视觉、听觉、力觉、触觉，运动等几种，而且 无论从感知范围还是从感知的精确程度都还无法 与人相比拟。
第七章虚拟现实及其应 用
2020/12/6
第七章虚拟现实及其应用
本章要点
本章要点 • 虚拟现实的定义和特征 • 虚拟现实系统的构成与分类 • 虚拟现实实现的关键技术与设备 • 虚拟现实建模语言VRML • 虚拟现实的教育应用
第七章虚拟现实及其应用
7.1 虚拟现实的定义和特征
• 7.1.1 虚拟现实的定义
3．交互性(Interaction) 交互性是指用户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(包括 实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取 模拟环境中的物体，这时手有握着东西的 感觉。并可以感觉物体和重量(其实这时手 里并没有实物)，视觉中被抓的物体也立刻 随着手的移动而移动。
第七章虚拟现实及其应用
第七章虚拟现实及其应用
3．分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下， 充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚 拟现实的利用。它通常是浸沉虚拟现实系统的 发展，也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现 实系统，通过因特网连接起来，共同实现某种 用途。
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➢ 分布式虚拟现实系统（DVR）即是一个较为典型 的实例。所谓DVR是指一个支持多人实时通过网 络进行交互的软件系统，每个用户在一个虚拟现 实环境中，通过计算机与其它用户进行交互，并 共享信息。
– 虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪80年 代末90年代初崛起的一种实用技术。它是由计 算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信 息的人工环境——虚拟环境，可以真实的模拟 现实世界可以实现的（甚至是不可实现的）物 理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这 种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可 亲自操作、实践，与虚拟的环境交互作用。
电脑辅助设计
娱乐
电脑游戏
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7.2 虚拟现实系统的构成与分类
• 虚拟现实系统的构成
虚拟现实技术的实现，主要分三大块：建模技术、显示技 术、三维场景中的交互技术。 具体来说虚拟现实系统主要由以下五个模块构成：
图7-2 虚拟现实系统的构成
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7.2.1 虚拟现实系统的构成
1. 检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作 用于虚拟环境。
2. 反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时 反馈。
3. 传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其 作用于虚拟环境；另一方面 将操作后产生的结果以各种 反馈的形式提供给用户。
4. 控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境 和现实世界产生作用。
4．增强现实又称混合现实系统。 它是把真 实环境和虚拟环境结合起来的一种系统， 既可减少构成复杂真实环境的开销（因为 部分真实环境由虚拟环境取代），又可对 实际物体进行操作（因为部分系统即系真 实环境），真正达到了亦真亦幻的境界， 是今后发展的方向。
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7.3虚拟现实实现的关键技术与设备
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– 这里所谓虚拟环境就是用计算机生成的具有表 面色彩的立体图形，它可以是某一特定现实世 界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传 感设备包括立体头盔，立体眼镜等在用户身上 的装置和设置于现实环境中的传感装置。自然 交互是指用日常使用的方式对环境内的物体进 行操作(如用手拿东西，行走等)并得到实时立 体反馈。
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2．沉浸感(presence) 又称为临场感(Immersion)，它是指用户感 到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨 真假的程度(例如，可视场景应随着视点的 变化而变化)，甚至比真的还“真”，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
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5. 建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并由此 构成对应的虚拟环境。
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7.2.2 虚拟现实系统的分类
• 虚拟现实系统按其功能高低大体可分为四类： 1．桌面虚拟现实系统，也称窗口中的VR。它可 以通过桌上型机实现，所以成本 较低，功能也最简单，主要用于CAD（计算机辅 助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、 桌面游戏等领域。 2．沉浸虚拟现实系统，如各种用途的体验器， 使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高 级游戏等用途均可用 这种系统。
➢ 把分布式虚拟现实系统用于建造人体模型、电脑 太空旅游、化合物分子结构显示等领域，由于数 据更加逼真，大大提高了人们的想象力、激发了 受教育者的学习兴趣，学习效果十分显著。同时， 随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的 相互结合、促进和发展，系统因此能够提供更加 协调的人机对话方式。
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