虚拟现实基础.pptx
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虚拟现实精品PPT课件
虚拟现实技术的应用
危险环境 中作业
• 可以使用VR技术在有放射性、有毒的 危险环境中或者在宇宙进行监控和遥控
作业，处理危险的材料，而不会有危险。
科学研究 •Leabharlann 给研究者的计算过程提供及时的图形化 反馈，可观察到方案的整个过程。
医疗实验 与教学
• 直至目前，医疗研究和教学以实践为主， 由计算机生产的3D人体模型是进行研 究和教学的新方法
用户只能按照设计师预先固定好的 一条路线去看某些场景，是被动的 接受信息。
虚拟现实技术源于人们对三维动画技术自由交互的渴望，虽然它 形式上和三维动画技术有些相似之处，将来虚拟现实它可能将是 三维动画技术的替代品。
为更好满足学习和使用需求，课件在下载后 可以自由编辑，请根据实际情况进行调整
In order to better meet the needs of learning and using, the courseware is freely edited after downloading
分布式虚拟现实
多个用户通过网络连接在一 起，同时参加一个虚拟空间，
共同体验虚拟现实。
三、虚拟现实的基本特征
多感知性（Multi-Sensory）：指除了一般计 算机技术所具有的视觉之外，还有听觉、力 觉、触觉、运动感，甚至包括味觉、嗅觉等。
沉浸感(Immersion)：又称临场感，指用户 感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。
虚拟现实的应用------教育应 用
教育与培训：最普遍的实例是战争模拟， 可以凸显出训练环境，还可以进行现实中 无法展开的危险战争。
VR在教育中的应用，一教育环境不同， 可划分为：虚拟校园、虚拟教室、虚拟实 验室、虚拟图书馆。
虚拟现实技术65课件.pptx
虚拟现实硬件基础
立体显示器不需借助外部设备和编程开发技术，只要有三维模型，就可以实现三维模型的立体显示。
虚拟现实硬件基础
虚拟环境的听觉通道听觉环境系统的组成语音与音响合成设备 识别设备 声源定位设备 人类进行声音的定位依据两个要素：两耳时间差(Interaural Time Differences，简称ITD)两耳强度差(Interaural Intensity Differences，简称IID)。
虚拟现实系统的分类
虚拟现实系统的分类叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点(即现实世界)之上。叠加式虚拟现实系统又称为“补充现实系统”或者“扩大的现实系统”(Augmented Reality，A11)。
虚拟现实系统的分类
虚拟现实系统的分类分布式虚拟现实系统(DVR)是一种基于网络的虚拟现实系统，它可使一组虚拟环境连成网络，使其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身(Avatar)。它的基础是网络技术、实时图像压缩技术等，它的关键是分布交互仿真协议，必须保证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用的分布式协议是DIS和HLA。分布式VR技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医院，虚实(Artificial Reality，简称AR) ：与VR相类似的一个概念，它是可以更方便地与用可视化技术建立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是人造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中一样，所以就称为人工现实。例如，可用AR技术来漫游用可视化技术建立的大脑结构。遥现技术(Telepresence)，它是一种基于VR的遥控制、遥操作或遥显示技术。
虚拟现实的研究现状
虚拟现实(共52张PPT)(共51张PPT)
第二十二页，共五十一页。
6.2.2 VRML语法(yǔfǎ)基础
1、基本(jīběn)造型 Shape
geometry 几何造型节点Box, Sphere, Cone, Cylinder
appearance 定义颜色和表面纹理等外观属性
Material, Texture, TextureTransform
第二十三页，共五十一页。
表面特性 : (tèxìng) Appearance节点
material域: 值为Material节点(jié diǎn), 可有如下域
diffuseColor, 颜色的反射与入光角度有关 shineness, 光洁度, 取值 0.0 -- 1.0 transparency, 透明度, 取值 0.0 -- 1.0
浏览器的控制比较困难。
Vrml与外界的通信能力比较差
Vrml与用户的交互比较弱
第十六页，共五十一页。
6.2.1 VRML与网络(wǎngluò)教学
3 . VRML在网络教学(jiāo xué)中的应用
能营造更为逼真的环境和场景，人机交互更为自然，更能增强想 象力，增强学生的感官刺激，激发学生兴趣
世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自 然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客
体进行浏览和交互考察。它可使用户获得
与真实世界一样的感觉,可达到代替实际系 统的目的.
第三页，共五十一页。
6.1.1 什么(shén me)是虚拟现实？
专业级虚拟现实系统具有高度的实时性,能同时使用多种输入 输出设备，用户可以(kěyǐ)用人体的自然技能，借助数字头盔、立 体显示技术、数据手套和数据衣服等工具，与虚拟的感觉世界进 行交互作用。
6.2.2 VRML语法(yǔfǎ)基础
虚拟现实VR技术ppt课件
3
一种使用数学算
1 虚拟现法将实二技维术或三(4维)
图形转化为计算
1.3 虚拟机形现显式示的实器科的的 学技栅。术格支持
计算机 图形学
研究、开发用于 模拟、延伸和扩 展人的智能的理 论、方法、技术 及应用系统的一 门技术科学。
人工交 互技术
虚拟 现实
人工 智能
是指通过计算机输入、 输出设备，以有效的 方式实现人与计算机 对话的技术。
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
13
VRP-Indusim 工业仿真平台
VRP-IE 三维网络平台
VRP-Physics 物理系统
VRP-Travel 虚拟旅游平台
3 VRP及设计流程
3.2 虚拟现实项目的设计流程
14
3 VRP及设计流程
4.2 玻璃材质的创建
19
4 常见材质的创建与编辑
4.2 地板材质的创建
20
4 常见材质的创建与编辑
4.3 布料材质的创建
21
4 常见材质的创建与编辑
4.4 水面材质的创建
22
本节小结
虚拟现实技术的概念、组成、分类； 虚拟现实的应用领域； 虚拟现实系统开发工具； 虚拟现实制作工具VRP及设计流程； 材质的创建与编辑；
1 虚拟现实技术(1)
1.1 虚拟现实的概念
• 虚拟现实(Virtual Reality) • 是一种综合应用计算机图形学、人机 接口技术、传感器技术以及人工智能等 技术，制造逼真的人工模拟环境，并能 有效地模拟人在自然环境中的各种感知 的高级的人机交互技术。
1
1 虚拟现实技术(2)
一种使用数学算
1 虚拟现法将实二技维术或三(4维)
图形转化为计算
1.3 虚拟机形现显式示的实器科的的 学技栅。术格支持
计算机 图形学
研究、开发用于 模拟、延伸和扩 展人的智能的理 论、方法、技术 及应用系统的一 门技术科学。
人工交 互技术
虚拟 现实
人工 智能
是指通过计算机输入、 输出设备，以有效的 方式实现人与计算机 对话的技术。
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
13
VRP-Indusim 工业仿真平台
VRP-IE 三维网络平台
VRP-Physics 物理系统
VRP-Travel 虚拟旅游平台
3 VRP及设计流程
3.2 虚拟现实项目的设计流程
14
3 VRP及设计流程
4.2 玻璃材质的创建
19
4 常见材质的创建与编辑
4.2 地板材质的创建
20
4 常见材质的创建与编辑
4.3 布料材质的创建
21
4 常见材质的创建与编辑
4.4 水面材质的创建
22
本节小结
虚拟现实技术的概念、组成、分类； 虚拟现实的应用领域； 虚拟现实系统开发工具； 虚拟现实制作工具VRP及设计流程； 材质的创建与编辑；
1 虚拟现实技术(1)
1.1 虚拟现实的概念
• 虚拟现实(Virtual Reality) • 是一种综合应用计算机图形学、人机 接口技术、传感器技术以及人工智能等 技术，制造逼真的人工模拟环境，并能 有效地模拟人在自然环境中的各种感知 的高级的人机交互技术。
1
1 虚拟现实技术(2)
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
虚拟现实的硬件与软件基础(共79张PPT)(共78张PPT)
电磁波 1mm 3mm 0.03mm 0.1mm
50m s
半径<1.6m 的半球形
超声波 10mm 0.5mm
依空气 密度变
化
30m s
4～5m3
光学 2mm 0.02mm
1mm
＜ 4～8m3（可 1ms 扩展至14m3）
3 第二十四页，共七十八页。
2.4 VR的立体显示(xiǎnshì)设备 对虚拟世界的沉浸感主要依赖于人类的视觉感知。
特点：体积小、价格便宜、用户运动自由，而且(ér qiě)敏感性不依
赖于跟踪方位，但是其系统延迟较长，跟踪范围小，且准确度容 易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响。
第十四页，共七十八页。
常用 电磁波跟踪器 (chánɡ yònɡ)
多数电磁波跟踪器采用交流磁场（如Polhemus的跟踪 器），但也有的采用直流磁场（如Ascension的跟踪器）
第二页，共七十八页。
交互性
是虚拟现实系统的首要特性。为了允许人 机交互，必须使用(shǐyòng)特殊的人机接口与外 部设备，既要允许用户将信息输入到计算机， 也要使计算机能反馈信息给用户。今天的VR 外部设备在功能和目的上各不相同。
第三页，共七十八页。
例如 ： (lìrú)
身体运动由3-D位置跟踪器跟踪； 手势由传感手套数字化； 视觉反馈发送给立体显示器； 虚拟声音由3-D声音生成器计算； 观察(guānchá)方向随跟踪球和操纵杆改变等。
是指在工作站或者PC机上工作的不同组合虚拟 现实硬、软件工具包。它提供了一套紧凑的设备， 在此系统内，虚拟世界可被创造、仿真和可视， 还能通过这些集成设备获得浸入式体验。
➢下面以VIEW（Virtual Interface Environment Workstation）为例，介绍VR 系统平台。
虚拟现实技术基础与应用课件-第1章 虚拟现实技术概述
25
（7）公共安全领域 虚拟现实技术应用于反恐、紧急突发事件等公共安全问题，在国外已经开始广泛应用。虚拟 现实技术应用在反恐、突发紧急事件中，具有明显的社会价值和经济价值。表现为降低了演 练成本；数字化技术提供了 丰富、多变的内容；提供了长期、便利的训练方法；可以反复分 析、评估强化了关键技能；培养了公众在危难时刻，救护和自保的能力。
7ห้องสมุดไป่ตู้
1.1.1 理解定义
虚拟现实系统中的虚拟环境： 模仿真实世界中人类不可见的环境。例如分子的结构，空气
中的速度、温度、压力的分布等。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。
8
1.1.2 虚拟现实的原理和本质
图1 -1虚拟现实技术原理图
图1- 2 多感知交互模型 9
21
VR可以为大型文艺演出、大型活动开闭幕式等提供具有沉浸感和 逼真性的仿真彩排手段，从而使这些活动流程编排更合理、艺术 效果更好。这类应用的范例是2008年北京奥运会开闭幕式使用VR 技术进行烟火创意设计和视觉效果模拟展示，如图1-22所示； 2013年春节晚会创意儿童节目《剪花花》是视觉效果最为震撼的， 万花筒般绚烂为观众营造了一个童话和想象的世界。如图1-23所 示。
26
练习与思考
一、名词解释
VR 二、填空题
1. 虚拟现实技术的特性有（ ）、（ ）和（ ）。
2. 典型的虚拟现实系统主要由（ ）、（ ）和（ ）等组成。
3. 根据用户参与虚拟现实的不同形式以及沉浸程度的不同，可以把各种类型的虚拟现实系统划
分为四类：（
）、（
）、（
）和（
）。
三、简答题
1. 简述虚拟现实技术的发展历程。 2. 简述虚拟现实技术的原理及本质。 3. 叙述虚拟现实技术与其他技术的联系。 4. 简述不同虚拟现实系统的特点及应用情况。 5. 说明虚拟现实技术在公共安全领域的应用情况。
（7）公共安全领域 虚拟现实技术应用于反恐、紧急突发事件等公共安全问题，在国外已经开始广泛应用。虚拟 现实技术应用在反恐、突发紧急事件中，具有明显的社会价值和经济价值。表现为降低了演 练成本；数字化技术提供了 丰富、多变的内容；提供了长期、便利的训练方法；可以反复分 析、评估强化了关键技能；培养了公众在危难时刻，救护和自保的能力。
7ห้องสมุดไป่ตู้
1.1.1 理解定义
虚拟现实系统中的虚拟环境： 模仿真实世界中人类不可见的环境。例如分子的结构，空气
中的速度、温度、压力的分布等。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。
8
1.1.2 虚拟现实的原理和本质
图1 -1虚拟现实技术原理图
图1- 2 多感知交互模型 9
21
VR可以为大型文艺演出、大型活动开闭幕式等提供具有沉浸感和 逼真性的仿真彩排手段，从而使这些活动流程编排更合理、艺术 效果更好。这类应用的范例是2008年北京奥运会开闭幕式使用VR 技术进行烟火创意设计和视觉效果模拟展示，如图1-22所示； 2013年春节晚会创意儿童节目《剪花花》是视觉效果最为震撼的， 万花筒般绚烂为观众营造了一个童话和想象的世界。如图1-23所 示。
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练习与思考
一、名词解释
VR 二、填空题
1. 虚拟现实技术的特性有（ ）、（ ）和（ ）。
2. 典型的虚拟现实系统主要由（ ）、（ ）和（ ）等组成。
3. 根据用户参与虚拟现实的不同形式以及沉浸程度的不同，可以把各种类型的虚拟现实系统划
分为四类：（
）、（
）、（
）和（
）。
三、简答题
1. 简述虚拟现实技术的发展历程。 2. 简述虚拟现实技术的原理及本质。 3. 叙述虚拟现实技术与其他技术的联系。 4. 简述不同虚拟现实系统的特点及应用情况。 5. 说明虚拟现实技术在公共安全领域的应用情况。
虚拟现实技术概述(PPT41页).pptx
有关虚拟现实技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室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。 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打 下了的基础。1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统 成功地完成了从飞机的运输舱内取出望远镜面板的工作。 再如，用虚拟现实技术设计波音777获得成功。
二、虚拟现实的发展简史
1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚 拟现实系统的基本思想。
1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列
三、常见的桌面虚拟现实技术
基于静态图像的虚拟现实技术☆ 采用连续拍摄的图像和视频，在计算机中拼接建立实景化
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。 桌面CAD（computer associated design计算机辅 助设计）系统 利用桌面三维图形绘制技术对虚拟世界进行建模，通过计 算机的显示器进行观察，并能自由地控制视点和视角。
医学 医生远程做手术
培训 汽车驾驶模拟训练，大型飞机驾驶模拟
娱乐
虚拟房地产推销
大型工程漫游
光学虚拟实验室
五、虚拟现实系统的发展趋势
桌面虚拟现实系统
虚拟现实系统有如下几种，在这里主要介绍桌面虚拟现实系统
一、什么是桌面虚拟现实系统？
二、虚拟现实的发展简史
1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚 拟现实系统的基本思想。
1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列
三、常见的桌面虚拟现实技术
基于静态图像的虚拟现实技术☆ 采用连续拍摄的图像和视频，在计算机中拼接建立实景化
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。 桌面CAD（computer associated design计算机辅 助设计）系统 利用桌面三维图形绘制技术对虚拟世界进行建模，通过计 算机的显示器进行观察，并能自由地控制视点和视角。
医学 医生远程做手术
培训 汽车驾驶模拟训练，大型飞机驾驶模拟
娱乐
虚拟房地产推销
大型工程漫游
光学虚拟实验室
五、虚拟现实系统的发展趋势
桌面虚拟现实系统
虚拟现实系统有如下几种，在这里主要介绍桌面虚拟现实系统
一、什么是桌面虚拟现实系统？
虚拟现实技术基础51
虚拟现实技术基础51
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟现实技术基础51
主要内容
l 虚拟现实系统的特点及组成 l 立体视觉的生成与获取 l 虚拟现实交互设备 l 虚拟现实系统的分类 l 增强现实技术
PPT文档演模板
虚拟现实技术基础51
2
虚拟现实系统的特点及组成
虚拟现实技术综合图形、图像、声音、手 势、语音等要素，试图给计算机使用者创 造一种全新的感官体验，使其具有置身于 真实世界的感觉
数据手套示例
Immersion数据手套产品 /
PPT文档演模板
虚拟现实技术基础51
23
虚拟现实交互设备
数据手套示例
PinchGlove数据手套
PPT文档演模板
虚拟现实技术基础51
24
WIMP交互范式已不再适用
Windows，Icons，Menus，Pointing devices
用户将通过一系列新的交互手段，与虚拟世 界中的物体进行直接的、三维的交互
三维鼠标
WAND 数据手套 麦克风
…
PPT文档演模板
虚拟现实技术基础51
14
虚拟现实交互设备
三维定位跟踪设备
用于跟踪用户当前方位的传感器 大多数具有6自由度（6-DOF）
硬件接口
标准的串行设备接口（即RS-232） ➢ 并行口 ➢ 其它接口（如USB或无线通讯接口）
软件接口
➢ 几乎每一种设备均未采用标准的软件接口 ➢ 使用各自独有的接口控制协议或命令指令集
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虚拟现实技术基础51
27
虚拟现实交互设备
交互设备的软件支持
软件供应商必须为每一硬件供应商的输入设 备单独设计应用接口驱动程序
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虚拟现实技术基础51
主要内容
l 虚拟现实系统的特点及组成 l 立体视觉的生成与获取 l 虚拟现实交互设备 l 虚拟现实系统的分类 l 增强现实技术
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虚拟现实技术基础51
2
虚拟现实系统的特点及组成
虚拟现实技术综合图形、图像、声音、手 势、语音等要素，试图给计算机使用者创 造一种全新的感官体验，使其具有置身于 真实世界的感觉
数据手套示例
Immersion数据手套产品 /
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23
虚拟现实交互设备
数据手套示例
PinchGlove数据手套
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24
WIMP交互范式已不再适用
Windows，Icons，Menus，Pointing devices
用户将通过一系列新的交互手段，与虚拟世 界中的物体进行直接的、三维的交互
三维鼠标
WAND 数据手套 麦克风
…
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虚拟现实技术基础51
14
虚拟现实交互设备
三维定位跟踪设备
用于跟踪用户当前方位的传感器 大多数具有6自由度（6-DOF）
硬件接口
标准的串行设备接口（即RS-232） ➢ 并行口 ➢ 其它接口（如USB或无线通讯接口）
软件接口
➢ 几乎每一种设备均未采用标准的软件接口 ➢ 使用各自独有的接口控制协议或命令指令集
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27
虚拟现实交互设备
交互设备的软件支持
软件供应商必须为每一硬件供应商的输入设 备单独设计应用接口驱动程序
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
境 中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。
－“模拟环境”：计算机生成的有立体感的图形； －“传感设备”：穿戴在用户身上的装置，如立体头盔、数据手套； －“投入”：用户有身临其境的感觉； －“自然交互”：指日常使用的方式对环境内进行操作。
虚拟现实是一项综合技术
涉及 计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式 识别、多传感器技术、语音处理与音响技术、网 络技术、并行处理技术、高性能计算机系统、人 工智能技术…...
• 其他同义词包括: Networked VE (VR), Shared VE (VR), Multi-User VE, et虚拟环境发展的原动力
➢ 因特网技术的广泛使用: Internet已经成为娱乐、 商业等的重要媒体
➢ 硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及）， 个人计算机图形处理能力的增强
◦ 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。
需要 计算机专家、人类工程学(Ergonomics) 专家、
心理学专家等共同开发研究。
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。
第五章 虚拟现实基础
目录
5.1 虚拟现实的基本概念 5.2 虚拟现实的历史发展 5.3 虚拟现实的关键技术 5.4 虚拟现实的制作与应用 5.5 虚拟现实的主要设备与产品 5.6 虚拟现实的主要应用
5.1 虚拟现实的基本概念
5.1.1 虚拟现实的定 义 5.1.2 虚拟现实的特 征 5.1.3 虚拟现实的类 型
➢ 软件基础： 虚拟现实技术和网络技术的结合 ➢ 日益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人们
希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式进行 人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、形象的 交流
分布式虚拟现实的特点
➢ 各用户具有共享的虚拟工作空间； ➢ 伪实体的行为真实感； ➢ 支持实时交互，共享时钟； ➢ 多个用户可以各自不同的方式相互通信； ➢ 资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟世界
中的对象。
分布式虚拟现实的应用
军事训练 网络会议与远程协作 娱乐和虚拟社区 电子商务
美国 SIMNET系统 Sony公司基于DIVE的一个系统
Cybertown (使用Blaxxun） VR commerce of IBM
基于Web和VRML的分布式虚拟环境
美国 SIMNET军事训练系统 —— 减小军费开支
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
重要事件
1962年，美国电影摄影师Morton Heilig研制出一套称为 Sensorama的立体电影系统。这套系统供一个人观看，具 有多种感官刺激的立体显示设备。
（2）投入的虚拟现实：完全投入，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 种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。 常 用的有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、 远程存在系统。
（3）增强现实性的虚拟现实：模拟现实世界、仿真现实
世界，增强参与者对真实环境的感受，例如,战机飞行员的 平视显示器。
（4）分布式虚拟现实：多个用户同时参与一个虚拟空间。
分布式虚拟现实
（Distributed Virtual Environment)
利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地理上 分布的用户可以通过网络共享该环境，并与周围 的环境以及在相互之间进行交互。共享虚拟环境 涉及到虚拟现实、分布对象、网络、人机交互、 智能代理等领域。
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5.1.1 虚拟现实的定义
Virtual Reality（VR） (nier,1989)
译为: 虚拟现实、灵境、幻真... 定义：
1 让使用者在人工合成的环境里获得“进入角色”的体验。
这涉及到三维立体显示跟踪头盔、立体声耳机、数据手套等
2 是计算机生成的一种模拟环境（如飞机驾驶舱、分子结 构世界等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环
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。
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
军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，他们可以 看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑以及由其他部 队操纵的车辆的模拟现场。这些由实际人员操纵的车辆可以 相互射击，系统利用无线电通讯和声音效果来加强真实感。 系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的举动。炮火 的显示极为逼真，用户可以看到被攻击部队被炸毁的情况。 从直升机上看到的场景也非常逼真。SIMNET系统可将多大 1000个部队用网络连接起来，因此可以训练作战部队的战 斗以及试验新的战术思想。
－“模拟环境”：计算机生成的有立体感的图形； －“传感设备”：穿戴在用户身上的装置，如立体头盔、数据手套； －“投入”：用户有身临其境的感觉； －“自然交互”：指日常使用的方式对环境内进行操作。
虚拟现实是一项综合技术
涉及 计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式 识别、多传感器技术、语音处理与音响技术、网 络技术、并行处理技术、高性能计算机系统、人 工智能技术…...
• 其他同义词包括: Networked VE (VR), Shared VE (VR), Multi-User VE, et虚拟环境发展的原动力
➢ 因特网技术的广泛使用: Internet已经成为娱乐、 商业等的重要媒体
➢ 硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及）， 个人计算机图形处理能力的增强
◦ 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。
需要 计算机专家、人类工程学(Ergonomics) 专家、
心理学专家等共同开发研究。
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。
第五章 虚拟现实基础
目录
5.1 虚拟现实的基本概念 5.2 虚拟现实的历史发展 5.3 虚拟现实的关键技术 5.4 虚拟现实的制作与应用 5.5 虚拟现实的主要设备与产品 5.6 虚拟现实的主要应用
5.1 虚拟现实的基本概念
5.1.1 虚拟现实的定 义 5.1.2 虚拟现实的特 征 5.1.3 虚拟现实的类 型
➢ 软件基础： 虚拟现实技术和网络技术的结合 ➢ 日益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人们
希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式进行 人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、形象的 交流
分布式虚拟现实的特点
➢ 各用户具有共享的虚拟工作空间； ➢ 伪实体的行为真实感； ➢ 支持实时交互，共享时钟； ➢ 多个用户可以各自不同的方式相互通信； ➢ 资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟世界
中的对象。
分布式虚拟现实的应用
军事训练 网络会议与远程协作 娱乐和虚拟社区 电子商务
美国 SIMNET系统 Sony公司基于DIVE的一个系统
Cybertown (使用Blaxxun） VR commerce of IBM
基于Web和VRML的分布式虚拟环境
美国 SIMNET军事训练系统 —— 减小军费开支
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
重要事件
1962年，美国电影摄影师Morton Heilig研制出一套称为 Sensorama的立体电影系统。这套系统供一个人观看，具 有多种感官刺激的立体显示设备。
（2）投入的虚拟现实：完全投入，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 种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。 常 用的有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、 远程存在系统。
（3）增强现实性的虚拟现实：模拟现实世界、仿真现实
世界，增强参与者对真实环境的感受，例如,战机飞行员的 平视显示器。
（4）分布式虚拟现实：多个用户同时参与一个虚拟空间。
分布式虚拟现实
（Distributed Virtual Environment)
利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地理上 分布的用户可以通过网络共享该环境，并与周围 的环境以及在相互之间进行交互。共享虚拟环境 涉及到虚拟现实、分布对象、网络、人机交互、 智能代理等领域。
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5.1.1 虚拟现实的定义
Virtual Reality（VR） (nier,1989)
译为: 虚拟现实、灵境、幻真... 定义：
1 让使用者在人工合成的环境里获得“进入角色”的体验。
这涉及到三维立体显示跟踪头盔、立体声耳机、数据手套等
2 是计算机生成的一种模拟环境（如飞机驾驶舱、分子结 构世界等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环
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。
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
军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，他们可以 看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑以及由其他部 队操纵的车辆的模拟现场。这些由实际人员操纵的车辆可以 相互射击，系统利用无线电通讯和声音效果来加强真实感。 系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的举动。炮火 的显示极为逼真，用户可以看到被攻击部队被炸毁的情况。 从直升机上看到的场景也非常逼真。SIMNET系统可将多大 1000个部队用网络连接起来，因此可以训练作战部队的战 斗以及试验新的战术思想。