基于虚拟现实技术的多功能跑步机系统的
基于虚拟现实技术的多功能跑步机系统的
研究与设计
王永强
兰州大学信息科学与工程学院，兰州（730000)
E-mail:wangyongq@https://www.360docs.net/doc/5d11823755.html,
摘要：虚拟现实技术在健身运动中的应用不仅可以提高健身者的健身效果，还可以使人们亲身体验“科技奥运”活动所带来的乐趣。本文结合自己的工作，介绍了虚拟现实技术与健身体育器械结合的现状和使用的关键技术，并研究设计了基于虚拟现实技术的跑步机系统，可以得出结论，VR技术必将改变人们的健身方式，在与体育技术结合的过程中必将发挥越来越重要的作用。最后对虚拟现实技术在体育训练中的应用前景进行了讨论。
关键词：虚拟现实；健身器械；科技奥运；跑步机
中图分类号：TP391.9
文献标识码：A
1. 引言
随着科技日新月异的发展，人们生活节奏明显加快，这导致很多人处于亚健康状态，人们对健康的渴求变得空前高涨。在城市中由于受到空间的限制，人们锻炼场所多集中于各种室内健身中心，这样各种室内健身器械就随之产生，如室内跑步机、室内自行车等。这些场所和器械虽然在一定程度上提高了人们的健康状态，但是却无法满足人们日益增长的科学健身、快乐健身的需求。人们期待出现能够有效地将室内健身器械与室外自然空间结合起来的健身产品。
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)[1]技术利用计算机模拟的人工环境代替现实世界的真实环境，可以给人身临其境的沉浸感。本文作者对现存传统的跑步机系统进行了研究，结合VR技术和通过立体显示等多通道交互技术设计了满足锻炼者在由计算机构造的虚拟环境中获得如同在真实环境中跑步体验的多功能跑步机系统。
2. VR技术及其与健身器械结合的研究现状
VR技术辅助开发了多种健身器械供人们健身。基于VR技术的健身器械能够使人们在运动的同时有身临其境的感觉，满足人们置身室内锻炼的同时体验到室外自然环境的需求。
2.1 VR技术概述
VR技术是模拟人类感觉世界的实时表示，这里的“世界”既可以是某种特定现实环境的再现，也可以是纯粹构想的虚拟环境。使用者可以通过视觉、听觉、触觉等多通道与之交互，从而能产生“身临其境”的沉浸感。VR系统具有多种输出形式和处理多种输入设备1
的能力，能够进行碰撞检测、实时交互、视点控制和复杂行为建模等[2]。VR技术在军事仿真、娱乐、游戏、教育、医学、虚拟制造等领域都得到了广泛的应用，它的研究体现了多学科交叉的特点。
基于VR技术的健身系统可以分为沉浸式和非沉浸式，前者需要头盔式三维立体显示器,立体眼镜,数据手套,立体声耳机,图形工作站和高性能计算机等设备,使得用户能够感受到比较真实的立体视觉,立体听觉,与虚拟环境进行自然的交互操作,使用户能够完全沉浸在虚拟
王永强，男，1981年出生，兰州大学信息科学与工程学院，硕士
环境中,犹如身临其境,这类系统特点是设备昂贵,沉浸感强；而后者主要依靠软件技术来建立具有丰富视觉和听觉信息的虚拟世界,其特点是价格经济,使用便利。
2.2研究现状
VR健身器械使健身者能够沉浸于各种奇妙的虚拟运动场景，感受VR技术带来的震撼，也可通过网络平台组建自己的健身团队，还可组织各种健身项目的对抗比赛，让健身者体验竞技运动的刺激。近年来，健身器械系统仿真的研究热点大致分为定性仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真和基于VR的仿真等[3]。与前四种方法不同，基于VR的仿真强调多通道感知能力以及交互性和沉浸感, VR技术能够为健身者提供有效的、崭新的训练手段。
Amusitronix的研究开发人员开发了VR Baseball，VR Golf，VR Kayaking，VR Tennis，和VR Snow/Skate/Surf等系统[4]。美国图像公司和加利福尼亚戴维斯大学联合开发了一种雪橇比赛装置，这种装置可以把运动员带到一个仿真世界。计算机技术造成的立体图像，将一间黑暗的训练室变成了比赛现场，运动员在这套装置上能真切体验到驾驶雪橇沿着跑道飞速下滑的感觉。Thalmann领导的研究小组[5]实现了允许带有变形的身体，头部和手的实时动画的虚拟人仿真系统，并在此基础上开发了虚拟网球游戏CyberTennis[6]和跳舞游戏CyberDance。C. Smash[7]开发了基于PC的乒乓球游戏，Csmash游戏是基于OpenGL的一个窗口应用，使用者通过鼠标的点击模拟挥动球拍的效果，并用键盘的按键控制回球落点[8]。中国北京仿真中心，浙江大学等国内科研院所开发了几个基于VR的健身器系统，如北京仿真中心开发研制的VR趣味健身车，保龄球游艺健身机等[9]。
本文基于VR技术与健身器械结合的研究开发现状，尝试采用VR技术对传统的跑步机系统进行研究和设计。
3.多功能跑步机系统研究与设计
传统跑步机系统属于普通健康器械产品,人们使用跑步机的目的一般有两种:减肥瘦身和健身。本文根据不同的使用目的，虚拟场景应该能提供多场所（操场、公路、郊外等）选择和多级速度调节模式,如图1。
图 1 选择界面
本文针对不同健身人群，利用VR技术研究设计的多功能跑步机系统在满足用户健身需求的同时，从视觉通道、声觉通道以及本体感觉多方面进行了考虑。
3.1研究相关技术
系统的设计离不开相关技术的支持，包括场景的建模与绘制技术、实时显示技术、立体显示技术和运动数据捕获技术。
3.1.1 建模与绘制技术
在基于VR技术的跑步机系统中，建模与实时绘制是最基本的技术，在模型的精细程度和绘制速度方面，既要保证一定的显示质量，又不能造成用户运动时的不适感。该系统使用VC++和OpenGL开发，支持H3F格式网格模型动画、菜单选择、小地图显示、路径漫游、海量植物生成和地形生成功能。含有地形生成子系统，使用4叉树地形管理，可见性剔除，层次细节等技术优化渲染速度。
3.1.2 实时显示技术
在Creator建模工具中建立好复杂模型后，可以用多种文件格式存储。考虑到Open GL 提供了最基本的由多边形构造三维模型的方法，故以三角形网络方式存储。虚拟现实最重要的特性是人可以在随意变化的交互控制下感受到场景的动态特性。为了提高显示性能本文建立了多线程、非阻塞的漫游框架，并采用了以下方法来提高场景画面的刷新速度。
（1）LOD（Level of Detail）
为了加速绘制，通常使用多层次细节模型（LOD）[10]。给定一个物体的不同细节层次后，决定绘制或者混合其中的哪个层次，本文使用的度量方法是基于距离的LOD选取：根据两种不同的判断选取细节层次不同的模型，离视点近的物体采用较高精度绘制，离视点远的物体则用较低精度绘制；通过跑步者的速度设定不同的阈值，根据阈值选取不同精度的模型，在不同细节层次间来回切换，继而通过平滑过渡技术显示。
（2）二维纹理取代三维模型
对漫游场景中复杂物体的细节表示，如路旁的植被等，若用三维模型表示，将需要大量的多边形，本文使用二维纹理代替三维模型。将复杂物体的图像粘贴在一个平面上并放置于场景，在三维复杂场景实时显示时，令该平面的法向始终指向观察点，使这些物体随观察方向的改变而转动，从而提高场景显示的实时性。
（3）阴影技术
为了增强绘制效果，提高真实感，可以使用阴影技术。使用基于截锥体的方法可以把阴影作为一个纹理四边形来绘制，从而达到比较高的效率，但缺点是产生的阴影看上去像一系列点光源的叠加，而且在一些有限的灰度梯度之间阴影会被量化。
3.1.3 立体显示技术
立体显示技术是虚拟现实的关键技术。要实现虚拟场景的立体显示，必须得到符合三维特征的立体图像对。左右片对的生成可以按照传统的单目三维图形生成方法分别生成，由于左右片对图像的相关性很强，物体在左右图上通常只有一个视差d，而其色彩与亮度值相差很小，可以利用这一特点实现立体片对生成的快速算法。
假设场景中任意点F(x,y,z)在左右片对中分别成像为P1（xl,yl）、Pr(xr,yr)，则可得：视差 d=x l-x r=(D.f)/z (1)
得x l=x r+d=x r+(D.f)/z
y l=y r(2)
其中D代表左右焦点之间的间距，f代表焦距，d代表两眼的视差。首先分别计算得到左右眼的视点向量及其变换矩阵，而后在生成右眼图的同时，利用式（2）计算左眼图[11]。在这一过程中，对离视点近的特体不采用式（2）计算，而用分别计算方法生成。这样可以使生成的左右片对既不失真实性，又具有快速性。
3.1.4 运动数据的捕获技术 \ n+
对于虚拟跑步机系统，本文还需要提取作用于运动器械（跑步机）产生的各种运动参数，输入到计算机，作用于虚拟环境，实现人与虚拟环境的交互。在虚拟跑步机中，运动数据主要通过传感器或采集卡实时地采集到计算机中，例如跑姿的角度和心率的采集等。角度通过角度传感器将人脚的用力角度转换为电信号并传送到采集卡；通过心率表对运动员心率进行实时采集，可以采用现有的心率采集系统。U F k8O0
3.2集成设计
本系统的虚拟场景分为三部分：运动场环境如图2、公路环境如图3和郊外环境如图4。
图2 操场图3 公路图4 郊外
虚拟环境中的每个物体包含形状和外观两个方面，用于存储虚拟环境中几何模型的模型
文件应该能够提供这两方面的信息。同时还要满足虚拟建模技术的三个常用指标——交互显示能力、交互操纵能力、易于构造的能力对虚拟对象模型的要求。Open GL中很容易实现模型的各种变换、着色、光照、纹理、交互操作和动画，但是它只能提供基本几何元素的造型函数，使得复杂模型的建模相对困难。因此，本文在Creator建模工具中建立好复杂模型后，在Open GL中实现图控制和变换。
虚拟场景与跑步机系统集成后如图5，通过自动立体显示，场景伴随健身者的运动自
图5 跑步机图6 液晶屏幕
动漫游如图6，仿佛身临其境，使健身者在锻炼的同时沉浸于选定的虚拟场景中。这样既达到了锻炼身体的目的，又增强了娱乐性。
4. 结论
本文通过对基于VR技术的多功能跑步机系统的设计，可以得出结论：与其它仿真技术相比,基于VR技术的健身系统仿真具有多种感知能力,能够增强健身者与健身系统进行交互的能力，产生置身现实环境的沉浸感，提高健身的效果。
现有交互方式还不够方便灵活，系统实时性和精度有待提高，这些因素制约了VR技术的应用。“科技奥运”也为VR技术提出了富有挑战性的课题。
随着科技的进步,可以深信在不久的将来，VR技术将会改变人们的健身方式，为传统的健身添加更为安全、有效和神奇的手段，将是健身史上的突破性创新。VR技术在与体育技术结合的过程中必将发挥越来越重要的作用。
参考文献
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A Study on Multifunctional Running Machine of VR-Based
Yongqiang Wang
School of information Science & Engineering,Lanzhou University,Gansu Lznzhou （730000）
Abstract
Virtual reality technology in the application of exercise can improve not only the health effects of fitness, so that people can experience the "Hi-tech Olympics" brought about by the activities of the fun. In this paper, in conjunction with our own work on virtual reality technology and sports and fitness equipment with the status quo and use of key technologies, and research and design based on virtual reality technology treadmill system, it can be concluded that VR technology will change people's fitness , in sports and in the process of combining technology will play an increasingly important role. Finally, the virtual reality technology in sports training in the application are discussed.
Keywords: Virtual Reality; Fitness equipment; Scientific Olympics; Running Machine
虚拟现实技术简介
虚拟现实简介及行业发展前景 一、虚拟现实简介 虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物 百科内容： VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术
模拟系统。 概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。 二、虚拟现实分类 行业概况： 北京傲唯刃道科技有限公司甘健先生认为：供求关系是一个行业能否快速发展的前提。目前来看，市场需求是很大的，而供应方面却略显不足，尤其是拥有核心知识产权，专利产品及服务质量过硬的企业并不多，行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段，行业需求巨大，
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VR系统的组成与交互技术汇总 今天给大家介绍一下VR系统的组成与当前一些VR交互技术，希望大家对VR 有更深的理解。 一个典型的虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、虚拟现实设计/浏览软件等组成。用户以计算机为核心，通过输入输出设备与应用软件的虚拟世界进行交互。 计算机 在虚拟现实系统中，计算机是系统的心脏，主要用于接收、处理、控制显示各种信息及相互间的作用和状态，负责虚拟世界的生成、人与虚拟世界的自然交互等功能的实现。 输入输出设备 在虚拟现实系统中，用户与虚拟世界之间要实现自然的交互，必须采用特殊的输入输出设备，用以识别用户的各种信息输入，并实时生成逼真的反馈信息。 VR输入设备如动作捕捉、手势识别、声音感知等体感类设备，通过感知用户输入信息，与虚拟世界进行交互，输入设备是实现消费者交互、沉浸感的重要技术。 下面是一些在VR虚拟现实场景中运用到的交互技术：
动作捕捉 用户想要获得完全的沉浸感，真正“进入”虚拟世界，动作捕捉系统是必须的。目前专门针对VR的动捕系统，目前市面上可参考的有Perception Neuron。但是这样的动作捕捉设备只会在特定的超重度的场景中使用，因为其有固有的易用性门槛，需要用户花费比较长的时间穿戴和校准才能够使用。相比之下，Kinect 这样的光学设备在某些对于精度要求不高的场景可能也会被应用。 全身动捕在很多场合并不是必须的，它的另一个问题，在于没有反馈，用户很难感觉到自己的操作是有效的，这也是交互设计的一大痛点。 触觉反馈 这里主要是按钮和震动反馈，这就是下面要提到的一大类，虚拟现实手柄。目前三大VR头显厂商Oculus、索尼、HTC Vive都不约而同的采用了虚拟现实手柄作为标准的交互模式：两手分立的、6个自由度空间跟踪的（3个转动自由度3个平移自由度），带按钮和震动反馈的手柄。这样的设备显然是用来进行一些高
虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术旅游中的应用 2013年10月27日
虚拟现实技术在旅游业中的应用 （一）.虚拟现实技术简介: 虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术, 为人机交互界面, 特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视 觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉 （二）.虚拟现实技术的发展概述 1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器, 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。1993年的11月,用虚拟现实技术设计波音777获得成功. 正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域，如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、与培训、信息可视 化以及远程通讯等，人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与 兴趣。 （三）.虚拟现实的定义： 虚拟现实技术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 （四）.虚拟现实技术的四个技术特征 I.多感知性 II．存在感 III交互性 IV．自主性 （五）.虚拟现实系统主要由以下六个模块构成 1).检测模块2). 反馈模块3). 传感器模块4.) 控制模块5). 建模模块
（六）.虚拟现实技术的应用 1.虚拟旅游的概述：所谓虚拟旅游，指的是建立在现实旅游景观基础上，通过模拟或超现实景，构建一个虚拟旅游环境，网友能够身临其境般地逛逛看看。虚拟仿 真visual simulation技术的应用范围之一。应用计算机技术实现场景的三维模拟， 借助一定的技术手段使操作者感受目的地场景。 2.它的方式大致是: 虚拟现实技术系统营造虚拟旅游环境,旅游者首先通过网 络平台上, 运用某些设备完全进入虚拟环境中, 并可根据需要利用多种交互设备(如头盔、数据手套和数据服等) 来驾驭该环境, 同时用于操作该环境中的物体(如山水、园 林建筑、植物等) ; 在虚拟环境中, 旅游者还可参与发生的事件,或与其他参与者(旅 游者等) 相互交流; 当虚拟旅游结束时, 旅游者可以自主地退出虚拟旅游环境返回到 现实环境中来。 3.虚拟旅游的发展现状: 依托于虚拟现实技术和信息技术发展起来的虚拟旅游，是旅游业的一次科技革命，目前主要应用于旅游景区、饭店及会展的营销。 和虚拟现实技术在旅游业发展中的应用 万维网地理信息系统（WebGIS）指基于Internet平台，客户端应用软件。采用WWW协议运行在万维网上的地理信息系统。WebGIS可以最大限度的满足旅游政府部门，旅游企业，旅游者不同的需求 首先利用WebGIS的电子地图支持功能实现地图的生成，管理，显示，和网路共享，然后利用旅游专题数据库储存的景区地形数据和建筑，道路等矢量数据，以及相应的 纹理图片，实景图像，音频视频等多媒体数据资料，通过应用虚拟现实建模语言 （X3D,VRML）建模生成逼真的虚拟旅游景区三维场景或全景图像。 利用虚拟现实技术，旅游相关部门和企业能够把本地区具有代表性的景点（园林 古迹，山水人家，寺庙等）数字化，虚拟化到网络上去，供旅游咨询者通过浏览器下 载和浏览，实现在线的虚拟现实旅游，在虚拟化旅游场景中，旅游者可以任意地在其 中漫游，如以鸟的方式俯视景区全景，或者以走动，飞行等不同的方式从上下左右任 意角度进行游览，或者走进建筑物，甚至能够潜入海底世界。旅游者还可以在进行虚 拟旅游的同时，免费听到幕后“导游者”悉心的介绍，这将给旅游者以全新的旅游体验，无疑会比文字，图片之类的广告更吸引，更有效果。
虚拟现实 答案
1.什么叫虚拟现实技术 虚拟现实技术（Virtual Reality 简称VR) 是一种模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术，是在数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、人—机接口技术、计算机仿真技术及传感器技术等许多信息技术基础上发展起来的一门多学科的交叉技术。 2.虚拟现实系统的构成 典型的虚拟现实系统主要是由计算机、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成。 3.虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术有3个主要特征：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想像性（Imagination）。 (1)沉浸性 沉浸性（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。 (2) 交互性 交互性（Interactivity）的产生，主要借助于VR系统中的特殊硬件设备（如数据手套、力反馈装置等），使用户能通过自然的方式，产生同在真实世界中一样的感觉。 (3) 想像性 想像性（Imagination）指虚拟的环境是人想像出来的，同时这种想像体现出设计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。 4.虚拟现实系统的分类 在实际应用中，根据虚拟现实技术对沉浸程度的高低和交互程度的不同，将虚拟现实系统划分为以下4种类型: (1) 桌面式VR系统 它是利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用计算机的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。 桌面式VR系统具有以下主要特点： ①缺少完全沉浸感，参与者不完全沉浸，因为即使戴上立体眼镜，仍然会受到周围现实世界的干扰。 ②对硬件要求极低 ③应用比较普遍，因为它的成本相对较低 (2) 沉浸式VR系统
虚拟现实技术的应用研究
虚拟现实技术的应用研究 来源:毕业论文网 摘要：随着计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此，本文 将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍，重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究，以期使读者对于虚拟现实有一个相对明 晰的认知。本文内容介绍：在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分 对全文进行总结。 关键词：虚拟现实技术研究现状虚拟现实应用虚拟现实发展前景 一、引言 虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇，也可能你听说过，但并不了解，只 是认为佩戴显示设备，观看虚拟出来的内容，有身临其境之感，以为这就是虚拟现实技术。不尽然，那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。 二、虚拟现实技术简介 2.1什么是虚拟现实技术 虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高 新技术。从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具 应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。 2.2虚拟现实技术特征 虚拟现实技术主要有四个特征：(1)沉浸性：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般。(2)交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的 反馈。(3)想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间，不仅可以模拟出现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境。(4)多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外，还可以给我们提 供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。 三、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用，如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域，下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。 3.1教育与培训
虚拟现实系统简介
《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.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 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（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。 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。 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。 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。
虚拟现实实训室建设方案(DOC 26页)
虚拟现实实训室建设方案(DOC 26页)
虚拟现实系统建设项目建议书 2015年7月
一、项目提出背景 （一)、随着我国经济水平的持续稳步发展，人们的生活水平不提高，生活内容也在日新月异的快速变化，人们开始更多的参与到舆论当中。在当今社会人们对资讯需求越来越高，电视、网络、报纸、杂志已经成为人们生活必不可少的资讯来源，各种媒体已经成为社会舆论的主导。而政府各职能部门如何能够与媒体进行良好互动，如何及时掌控信息，如何正确反馈和传达信息，让媒体积极引导社会舆论，促使政府各职能部门对社会进行合理的高效的管控，这已经成为当今所有职能部门所面临的重要课题。建设和应用媒体沟通情景模拟教学系统，已成为提高领导干部应对媒体能力的重要手段。 (二)、当今社会各类危机事件频发，如自然灾害中的洪涝灾害、雪灾与冰灾、火灾和旱灾，城市大火、重大工程事故、群体事件、重大犯罪事件等。当危机发生时，如何能在第一时间协调各职能部门，迅速有效地进行处理，最大限度的减少危机带来的损失与影响，这将是新时期、新形势下领导干部面对的重要课题。 (三)、传统教学方式与手段落后，老师授课难有激情，已经无法满足当前干部培养的教学需求，呆板、无味的教条式教学模式，学生听课索然无味，使得当前的干部教学水平不进反退，教学效果差。这些因素迫使党的干部教育事业必须走出一条创新之路，形势迫在眉睫。 二、项目概述 情景模拟教学实训系统，是为了培养领导干部应对突发事件能力和和直面媒体的能力而建设的，极具实践性和可操作性，从模拟案例的构思、角色的分配、场景的设计到模拟演练，再现了现实工作的场景，对在实际中如何运用科学的决策和灵活的技巧快速有效地处置群体性突发事件起到很好的训练效果，达到理论教学与能力培训的有机统一，可激发学员的学习兴趣，充分调动学员的学习积极性，通过情景模拟演练，使学员的主体作用得到充分发挥，学员之间的互动交流比较深入。
虚拟现实系统组成_虚拟现实系统的特征
自从计算机被发明以来，在传统的信息处理环境中一直是以计算机为主体的，是“人围着机器〔计算机) 转”的。例如，在传统的仿真和建模环境中，虽然主观上一直在强调要发挥人的主动作用，但由于在客观上计算机只能在处理数字化的信息时才发挥出强大的威力。人不得不大“凑合”当时的计算机所能提供的技术条件. 人和机器的关系是不甚和谐的。 为了从“机器是主体”改变到“人是主体” ，从“人围着机器转”改变到要让“机器围着人转” .必须首先克服一系列的技术“瓶颈”。以仿真和建模为例. 这些“瓶颈”技术包括:如何实现参与仿真和建模的人的感知能力、认知能力和心理状况在仿真环境中的反应，如何表达和处理定性知识等。归根结底是如何把计算机只善于处理数字化的单调信息改变为计算机也善于处理人所能感受到的、在思维过程中所接触到的. 除了数字化信息之外的其他各种表现形式的多维信息。 为了达到以上所说的目标，我们必须首先回答一个前提性的问题，即“人的思维过程是可以认识的吗” ，如果答案是否定的，又如何能设计出这种多维信息的智能计算机和信息处理系统呢？ 我国著名科学家钱学森同志曾写道:“我们认为人的思维过程是可以理解的。不但如此，而又具有具体的研究途径，即通过四门科学:人工智能、认知科学、神经生理学〔神经解剖学〕和心理学。这个研究范围要比逻辑学广得多，它包括了人的全部思维，包括逻辑思维和形象思维。为了使计算机不仅仅成为人进行逻辑思维的有力工具，而目也是人进行形象思维的帮手. 首先要求计算机应能适应于人所惯用的信息获取形式和思维过程. 例如:人并不是仅仅靠听和看文字（或数字）材料获取信息的. 而是通过他与所处环境的交互作用，利用人本身对所接触事物的感知和认知能力，以全方位的方式获取各式各样表现形式的信息。
虚拟现实技术及应用
虚拟现实技术及应用 Virtual Reality Technology and Application 课程编号：30420132 学分数：2 开课单位：计算机技术与自动化学院 课内总时数：40（其中实验14学时） 任课教师姓名及职称：张大坤教授、刘坤良讲师 开课学期：第2学期教学方式：讲授＋实践 一、教学要求及目的 本课程是介绍计算机学科前沿技术的一门任选课。着重介绍20世纪90年代末兴起的虚拟现实技术的发展概况，并讲述最有影响力的基于Internet的虚拟现实建模语言VRML，使学生能采用VRML语言创建一个多彩的三维虚拟世界。 二、课程的主要内容 1．虚拟现实技术概论 人机交互技术的历史与发展 虚拟现实技术的基本概念 虚拟现实系统的分类 虚拟现实技术的主要应用领域 2．实现VR系统的三维交互设备 VR的三维跟踪传感设备 VR的立体显示设备 手数字化设备 其他交互设备 3．实现VR系统的相关技术 实时显示处理技术 三维虚拟声音 触摸和力反馈技术 三维建模技术 4．虚拟现实建模语言VRML基础知识 VRML语言简介 VRML的编辑器和浏览器 VRML的基础知识 VRML基本的节点介绍
5．设计VRML的虚拟世界 设计故事梗概 创建构件 传感器、事件及路由 动画和脚本 修改与调试 6．实践环节 实验1：VRML编程环境及简单形体创建 实验2：简单的虚拟场景的搭建 实验3：在虚拟场景中实现动态效果 实验4：创建一个实时漫游的虚拟场景 综合测试（考核） 三、教材及主要参考书 1、虚拟现实系统，张茂军，科学出版社，2001 2、虚拟现实技术，申蔚等，北京希望电子出版社，2002，9 四、预修课程 计算机图形学、多媒体技术 五、适用专业、范围 计算机应用技术专业、计算机软件与理论专业
虚拟现实实训室建设方案
虚拟现实系统建设 项目建议书 2015年7月 目录 一、项目提出背景 (2) 二、项目概述 (3) 三、建设内容 (4) 四、建设行业标准 (4) 五、建设要求 (5) 六、总体设计思路 (6) 七、情景模拟实训系统功能可行性分析 (6) 八、详细系统设计 (9) 8.1 应急管理情景模拟教学实训系统 (9) 8.1.1 分组讨论系统 (10) 8.1.2 教学显示系统 (10) 8.1.3 讨论发言系统 (10) 8.1.4 中央控制系统...................... 错误!未定义书签。 8.1.5 视音频切换系统 (10) 8.1.6 摄像系统 (10) 8.1.7 情景模拟教学系统.................. 错误!未定义书签。 8.1.8 流媒体平台........................ 错误!未定义书签。 8.1.9 扩声系统 (11) 其他设备 (11) 8.2 媒体沟通情景模拟教学实训系统 (12) 8.2.1 教学显示系统 (14) 8.2.2 讨论发言系统 (14) 6.2.3 中央控制系统 (14) 8.2.4 视音频切换系统 (14)
8.2.5 摄像系统 (14) 8.2.6 情景模拟教学系统.................. 错误!未定义书签。 8.2.7 扩声系统.......................... 错误!未定义书签。 8.2.8 灯光系统.......................... 错误!未定义书签。 8.2.9 其他设备.......................... 错误!未定义书签。 8.3 远程视频会议系统 (15) 8.3.1 丰富的显示手段 (16) 1920×1080的全高清视频效果 (16) 高清的数据内容显示 (16) 无损数字大屏显示 (17) 8.3.2 课件录制及历史资料点播............ 错误!未定义书签。 8.3.3 所见即所得的系统控制方式 (17) 8.3.4 全方位云台及周边设备的控制 (18) 8.4 数字化智能会议系统 (18) 8.4.1 设计特点 (18) 主要功能 (18) 九、参考效果图 (20) 一、项目提出背景 （一)、随着我国经济水平的持续稳步发展，人们的生活水平不提高，生活内容也在日新月异的快速变化，人们开始更多的参与到舆论当中。在当今社会人们对资讯需求越来越高，电视、网络、报纸、杂志已经成为人们生活必不可少的资讯来源，各种媒体已经成为社会舆论的主导。而政府各职能部门如何能够与媒体进行良好互动，如何及时掌控信息，如何正确反馈和传达信息，让媒体积极引导社会舆论，促使政府各职能部门对社会进行合理的高效的管控，这已经成为当今所有职能部门所面临的重要课题。建设和应用媒体沟通情景模拟教学系统，已成为提高领导干部应对媒体能力的重要手段。 (二)、当今社会各类危机事件频发，如自然灾害中的洪涝灾害、雪灾与冰灾、火灾和旱灾，城市大火、重大工程事故、群体事件、重大犯罪事件等。当危机发
虚拟仿真(虚拟现实)实验室解决方案设计
数虎图像提供虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决 方案 虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体。 随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！ 下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。【虚拟现实实验室系统组成】： 建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。 数虎图像根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征，并结合多年的虚拟现实实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成：
虚拟现实开发平台： 一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。 虚拟现实显示系统： ·高性能图像生成及处理系统 ·具有沉浸感的虚拟三维显示系统 在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，
70-虚拟现实应用开发职业技能等级标准
虚拟现实应用开发职业技能等级标准
目录 前言 (1) 1范围 (1) 2规范性引用文件 (1) 3术语和定义 (1) 4对应院校专业 (4) 5面向工作岗位（群） (5) 6职业技能要求 (5) 参考文献 (15)
前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准起草单位：北京新奥时代科技有限责任公司。 本标准主要起草人：谭志彬、丁艳、黄文、龚俊辉、高峰、程聪、方炬发、薛瑞、叶云飞、姚亮、程明智、龚玉涵。 声明：本标准的知识产权归属于北京新奥时代科技有限责任公司，未经北京新奥时代科技有限责任公司同意，不得印刷、销售。
1范围 本标准规定了虚拟现实应用开发职业技能等级对应的工作领域、工作任务及职业技能要求。 本标准适用于虚拟现实应用开发职业技能培训、考核与评价，相关用人单位人员聘用、培训与考核可参照使用。 2规范性引用文件 下列文件对于本标准的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准；凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/Z20156-2006软件工程软件生存周期过程用于项目管理的指南 GB/T28170.1-2011信息技术计算机图形和图像处理可扩展三维组件（X3D）第1部分：体系结构和基础组件 GB/T17555-1998信息技术计算机图形与图像处理图形标准实现的一致性测试 GB/T5271.7-2008信息技术词汇第7部分：计算机编程 GB/T5271.15-2008信息技术词汇第15部分：编程语言 YD/T3078-2016移动增强现实业务能力总体技术要求 GB/T36341.1-2018信息技术形状建模信息表示第1部分：框架和基本组件 3术语和定义 国家、行业标准界定的以及下列术语的定义适用于本标准。
虚拟现实文献综述
《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述 摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况 前言 教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。 一、虚拟现实技术的发展状况的研究 虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。 在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动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辨真假的程度。（3）交互性。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。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。 虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。 二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析 目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚
虚拟现实技术及其应用
虚拟现实技术及其应用 学号 姓名 班级 内容摘要：虚拟现实技术的发展史，虚拟现实技术的概念，虚拟现实技术的特征，虚拟现实系统的分类，虚拟现实技术的应用领域，虚拟现实技术的研究现状。 关键词：Virtual Realit系统、计算机、交互性、模拟仿真 一、虚拟现实技术的发展史 虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。 1929年，Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器 1956年，Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama 1965年，Ivan Sutherland发表论文“Ultimate Display”（终极的显示） 1968年，Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（Head Mounted Display，HMD） 1972年，Nolan Bushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong 1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一个数据手套——Sayre Glove 20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技
术的研究：1984年，NASA Ames研究中心的M.McGreevy 和J. Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，Jim Humphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。 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”。 进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如MultiGen Vega、OpenSceneGraph、Virtools 等。 二、虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。 虚拟现实(VirtualReality简称VR)是近年来出现的高新技术。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术传感技术、人工智能等领域。它用计算机生成逼真的三维视听使人作为参与者，通过适当装置自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。VR主要有三方面的含义：第一，虚拟现实是借助于计算机生成逼真的实体，“实体”是对于人的感觉(视听触嗅)而言的。第二，用户可以通过人的自然技能与这个环境交互。自然技能是指人的头部转动眼动手势等其他人体的动作。第三，虚拟现实往往要借助于一些三维设备和传感设备来完成交互操作。 虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入做出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据手套、三维
高校虚拟现实系统建设项目建议书
高校虚拟现实系统建设项目建议书
目录 一、项目提出背景 (5) 二、项目概述 (5) 三、建设内容 (6) 四、建设行业标准 (6) 五、建设要求 (7) 六、总体设计思路 (9) 七、情景模拟实训系统功能可行性分析 (9) 八、详细系统设计 (11) 8.1 应急管理情景模拟教学实训系统 (11) 8.1.1 分组讨论系统 (12) 8.1.2 教学显示系统 (12) 8.1.3 讨论发言系统 (12) 8.1.4 中央控制系统 (12) 8.1.5 视音频切换系统 (13) 8.1.6 摄像系统 (13) 8.1.7 情景模拟教学系统 (13) 8.1.8 流媒体平台 (13) 8.1.9 扩声系统 (14) 8.1.10 其他设备 (14) 8.2 媒体沟通情景模拟教学实训系统 (14) 8.2.1 教学显示系统 (16) 8.2.2 讨论发言系统 (16) 6.2.3 中央控制系统 (16) 8.2.4 视音频切换系统 (16) 8.2.5 摄像系统 (16) 8.2.6 情景模拟教学系统 (16)
8.2.7 扩声系统 (17) 8.2.8 灯光系统 (17) 8.2.9 其他设备 (17) 8.3 远程视频会议系统 (18) 8.3.1 丰富的显示手段 (19) 8.3.1.1 1920×1080的全高清视频效果 (19) 8.3.1.2 高清的数据内容显示 (20) 8.3.1.3 无损数字大屏显示 (21) 8.3.2 课件录制及历史资料点播 (22) 8.3.3 所见即所得的系统控制方式 (23) 8.3.4 全方位云台及周边设备的控制 (23) 8.4 数字化智能会议系统 (23) 8.4.1 设计特点 (23) 8.4.1.1 主要功能 (24) 九、参考效果图 (26)
虚拟现实系统的组成
虚拟现实系统的组成 1 构建虚拟现实系统的目的 使参与者沉浸于多维信息空间中，进行仿真、建模，获取知识和形成新概念。 目标:利用并集成高性能的计算机软硬件及各类先进的传感器，去构建一个使参与者处于身临其境的沉浸感、具有完善的交互作用、能帮助和启发构思的信息环境。 技术支持:各种传感器技术、三维显示和音响器、虚拟环境产生器、程序设计工具集、计算机高速网络和高性能计算机平台。 2 虚拟现实系统的组成 用户通过头盔、手套和话筒等输入设备为计算机提供输入信号，虚拟现实软件收到输入信号后加以解释，然后对虚拟环境数据库进行必要更新，调整当前虚拟环境视图，并将这一新视图及其它信息如声音立即传送给输出设备，以便用户及时看到效果。 系统由输入部分、输出部分、虚拟环境数据库、虚拟现实软件组成。 2.1输入部分 虚拟现实系统通过输入部分接收来自用户的信息。用户基本输入信号包括用户的头、手位置及方向、声音等。其输入设备主要有: (1)数据手套 用来监测手的姿态，将人手的自然动作数字化。用户手的位置与
方向用来与虚拟环境进行交互。如在使用交互手套时，手势可用来启动或终止系统。类似地，手套可用来拾起虚拟物体，并将物体移到别的位置。 (2)三维球 用于物体操作和飞行控制。 (3)自由度鼠标 用于导航、选择及与物体交互。 (4)生物传感器 用来跟踪眼球运动。 (5)头部跟踪器 通常装在HMD头盔上跟踪头部位置，以便使HMD显示的图像随头部运动而变化。用户头的位置及方向是系统重要的输入信号，因为它决定了从哪个视角对虚拟世界进行渲染。 (6)语音输入设备 通过话筒等声音输入设备将语音信息输入，并利用语音识别系统将语音信号变成数字化信号。 2.2 输出系统 虚拟现实系统根据人的感觉器官的工作原理，通过虚拟现实系统的输出设备，https://www.360docs.net/doc/5d11823755.html,使人对虚拟现实系统的虚拟环境得到虽假犹真、身临其境的感觉。主要是由三维图像视觉效果、三维声音效果和触觉 (力觉)效果来实现的。 (1)三维图像生成与显示
虚拟现实技术研究论文
《多媒体技术》期末论文题目： 虚拟现实技术的应用研究
关键字：虚拟现实虚拟环境虚拟现实系统 一虚拟现实技术综述与发展方向 虚拟现实是从英文Virtual Reality翻译而来，是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。它们带给人们的共同感受是：虚拟和现实间已没有明显界限。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。 虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思，它已成为构造虚拟样机，支持虚拟样机技术的重要工具。虚拟样机是一个复杂的系统，主要表现在组成关系复杂、与外界环境的交互关系复杂、开发过程复杂、涉及的仿真类型和学科领域众多、应用范围广泛等。虚拟样机可以理解为利用虚拟现实技术将产品数据变为取代物理样机的数字模型，强调仿真数据的可视化，在虚拟环境中逼真地显示产品的全部特征。虚拟样机是由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体，主要包括产品的CAD模型、产品的外观模型、产品的功能和性能仿真模型、产品的各种分析模型(可制造性、可装配行等)、产品的使用和维护模型和环境模型等。借助虚拟样机，设计人员可以通过成熟的三维计算机图形学，模拟在真实环境下产品的各种运动和动力特性，并能根据仿真结果优化产品的设计方案。 二虚拟现实技术的接口 2.1 输入设备的接口 三维位置跟踪器：虚拟现实技术中用于测量三维对象位置和方向的实时变化的专门硬件设备为跟踪器，在虚拟现实应用中，为控制观察方向和操纵对象，需测量用户头部、手、四肢的运动，还有一种需要跟踪的信息是三位声音信息。三位跟踪器的性能参数包括：精度、抖动、偏差、和延迟。现常用的跟踪器有：机械跟踪器、电磁跟踪器、交流电磁跟踪器、直流电磁跟踪器、超声波跟踪器、光学跟踪器、混合惯性跟踪器。 (1)漫游和操纵接口 该接口是一种设备，它允许通过选择和操纵感兴趣的虚拟对象，交互式的改变虚拟环境和探索过程中的视图。 (2)手势接口 是测量用户手指实时位置的设备，其目的是为了实现虚拟环境下的基于手势识别的自然交互。 2.2输出设备的接口 输出设备作为一类专门的硬件设备，他们为用户提供仿真过程对这些输入的反馈，通过这些接口给用户产生反馈的感觉通道，包括视觉(通过图形显示设备)、听觉(通过三维声音显示设备)和触觉(通过触觉显示设备)。 (1)图形显示设备 是一种计算机接口设备，它把合成出的世界图像展现给与虚拟世界进行交互
虚拟现实技术简介
三、空间信息可视化的形式 地图是空间信息可视化的最主要的形式，也是最古老的形式。在计算机上，将空间信息用图形和文本表示，是在计算机图形学出现的同时也就出现了。这是空间信息可视化的较为简单而常用的形式，可以说是一维形式，多媒体技术的产生和发展，使空间信息可视化进入一个崭新的时期。可视化的形式也五彩缤纷，呈现多维化的局面，并正在发展，现把空间信息可视化主要形式介绍于下： 1、地图：它有两种形式：纸质或其它介质地图及屏幕上的电子地图。由于计算机技术的发展，这两种形式仅是计算机上数字地图的硬、软拷贝的差别。硬拷贝的是纸质地图，软拷贝--屏幕上的电子地图比前者具有更多的优点：其制作灵活，形式极其多样，修改制作方便，周期短，色彩丰富，动态性强，查询方便、快捷。从而使人们能从不同的高度、不同的方式、不同的角度和不同的详细程度来观察空间客体信息； 2、多媒体地学信息：综合、形象地表现空间信息的使用文本、表格、声音、图像、图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联接并集成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。各种多媒体形式能够形象、真实地表示空间信息某些特定方面，作为全面地表示空间信息的不可缺少的手段。 3、三维仿真地图三维仿真地图是基于三维仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图，经具有仿真的形状、光照、纹理……，也可以进行各种三维的量测和分析。
4、虚拟现实虚拟现实是空间信息可视化进一步研究和发展的新 方式。它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人--机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，使人们有如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。 四、地学可视化的类型 GIS的多维可视化是指采用2.5维、3维和4维等地图表现形式反映地理实体的多维特征。包括： 地图可视化 GIS可视化 专业应用领域可视化 1、地图可视化类型 （1）虚拟地图，在计算机屏幕上产生的地图。 （2）动态地图，由于地学数据存储于计算机内存，可以动态显示地学数据的不同角度的观察，不同方法的表示结果，或者随时间的变化结果。 （3）交互交融地图，是指人可与地图进行相互作用和信息交流。交互即相互改变显示行为，交融即投入感和沉浸感。 （4）超地图，多媒体地图。是与超文本概念对应的。 地理可视化的范围大于地图可视化。
(完整版)虚拟现实技术考试题及答案
虚拟现实技术试题（一） 1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。 2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。 3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象) 4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备\多传感器组\力反馈装置 5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。 6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式\桌面式\增强式\分布式。 7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。三维位置跟踪器 8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备\数据手套\三维鼠标. 9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch)、转动角(yaw)和偏转角（roll）,我们称为6自由度（6DOF）。 10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器\电磁跟踪器\超声波跟踪器\惯性跟踪器\光学跟踪器。 11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。 12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。要实现立体的显示。现已有多种方法与手段进行实现。主要有互补色\偏振光\时分式\光栅式\真三维显示 . 12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。 13、HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统 14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站\投影设备\跟踪系统\声音系统。 13、三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模技术，分别是基于物体的几何信息来描述物体模型的建模方法、涉及到物体的物理属性，行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作原理。 14、在真实感实时绘制技术中，为了提高显示的逼真度，加强真实性，常利用的方法有纹理映射\反走样 \环境映射。 15、在基于几何图形的实时绘制技术实现过程中，目前有下面几种用来降低场景的复杂度，以提高三维场景的动态显示速度的方法:预测计算法、脱机计算法、3D剪切法、可见消隐法、细节层次模型法。其中细节层次模型法应用较为普遍。16、为了保证虚拟环境的真实性，常需要对虚拟物体进行碰撞检测，实现方法有多种，但其中的层次包围盒法方法是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法，它是解决碰撞检测问题复杂性的一种有效方法。 实时绘制技术\场景简化\快速消隐\纹理化对象\限时绘制\ 17、VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构