多媒体技术与应用虚拟现实技术教程

三维建模辅助硬件设备 三维扫描仪 动作捕捉器
三维建模软件
3DS Max Maya
Lightwave
Auto Cad
Catia
……
Pro/E
Softimage UG
输入设备 三维鼠标 数据手套 运动跟踪器
摄像头
……
工业仿真
军事模拟
虚拟现实软件 Vega
Virtools
作品内容
应用领域
计算机
输入设备
游戏手柄/摇杆 3D鼠标器 3D数据手套 位置追踪器 动作捕捉器
8.2.1虚拟现实系统的硬件设备
▪ 1．输入设备 （1）3D鼠标器 （2）数据手套
▪ （3）位置追踪器
三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键 传感设备之一。它的任务是检测位置与方位， 并将其数据报告给虚拟现实系统。
▪ （4）3D扫描仪
▪ 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（应用软件系统）等组成。用 户以计算机为核心，通过输入输出设备 与应用软件设计的虚拟世界进行交互。
虚拟世界
虚虚拟拟现实现设实计/设浏览计软/件 浏览软件
输出设备
头盔显示器 3D立体显示器 3D立体眼镜 CAVE 展示系统 影象分离器 力反馈系统
▪ （3）3D立体显示器
使用特殊的光学元件改变显示 器和人眼的成像系统。利用通用 的TFT LCD液晶显示器作为图像 显示部件，通过科学设计符合立 体显示照明原理的照明板部件， 与液晶盒精密装配在一起组成裸 眼立体显示屏，配合电路系统和 显示软件完成裸眼立体显示器的 系统结构设计。
▪ （4）CAVE 展示系统 CAVE（洞穴式）是一种基于多通道视景
▪ 1．建模工具软件
在建筑设计、游戏场景及角色设计和动画设
计等数字娱乐领域比较通用的有Autodesk公司 的3DS Max和Maya，Avid公司的Softimage XSI及NewTek公司的Lightwave等；在飞机设计、
船舶设计、汽车设计等工业机械设计领域主要 被法国达索公司（Dassault Systemes）的 Catia，美国PTC（Parametric Technology Corporation）公司的Pro/E（Pro/Engineer）和 美国UGS公司的UG（Unigraphics）三大厂商 的产品占据主流市场。
沉浸性
交互性（Interactivity）
交互性
3I
想象性
沉浸性（Immersion）
想象性（Imagination）
▪ 1．按虚拟世界模型的建立方式分类
（1）影像式虚拟现实
影像式虚拟现实又分为针对环境的全景虚拟现实和针 对物体的环物虚拟现实两类
全景虚拟现实
环物虚拟现实
8.1.3虚拟现实系统的分类
图8-7增强现实头盔显示器
▪ （4）分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实系统（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。
军事模拟 工业仿真 数字城市
数字娱乐 数字教学 电子商务
8.2 虚拟现实系统的组成
学习目标
▪ 1.掌握虚拟现实技术的相关概念和关键特性； ▪ 2.了解虚拟现实系统的组成； ▪ 3.了解虚拟现实系统的开发流程； ▪ 4.掌握Virtools虚拟现实软件的基本操作。
▪ 虚拟现实技术就是 采用以计算机技术为 核心的现代高科技生 成逼真的视、听、触 觉一体化的特定范围 内虚拟的环境（如飞 机驾驶舱、分子结构 世界）。
同步技术和立体显示技术的房间式投影可 视协同环境 .该系统可提供一个房间大小的 最小三面或最大七十六面（2004年）立方 体投影显示空间，供多人参与，所有参与 者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围 的高级虚拟仿真环境中，借助相应虚拟现 实交互设备（如数据手套、力反馈装置、 位置跟踪器等），从而获得一种身临其境 的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交 互感受。
▪ 2．虚拟现实交互设计工具软件
虚拟现实技术的迅猛发展 ，从美国 Sende8公司开发的WTK（WorldToolKit）， 到在军事仿真领域占据统治地位的美国 MultiGen-Paradigm公司的Vega及发展到后 来的Vega Prime，另外包括Virtools、Cult 3D、EON Studio、Quest3D、Anark等Web 3D技术。
8.3 虚拟现实系统的开发
▪ 虚拟现实系统的开发三个步骤: 第一步：虚拟现实作品三维模型建立，包括设计3D
型、3D场景、贴图、骨骼系统、 角色动作等等。 第二步：虚拟现实作品交互设计，对第一步建立的三
维模型进行整合、加入互动、物体行为、镜头特效、 光影效果、粒子效果等。 第三步：系统集成，即将输入输出设备与虚拟现实作 品内容整合起来，完成读取虚拟世界资料、接收输 入设备信号、送交计算机运算、将结果传到输出设 备等功能，形成一套完整的系统，以供用户使用。
▪ （1）桌面式虚拟现实
Hale Waihona Puke Baidu
3D/VR虚拟现实
图8-6沉浸式虚拟现实系统
▪ （3）增强现实系统
增强现实（AR Augmented Reality）是一 个较新的研究领域，是一种利用计算机对 使用者所看到的真实世界产生的附加信息 进行景象增强或扩张的技术 .增强现实系 统是利用附加的图形或文字信息，对周围 真实世界的场景动态地进行增强。在增强 现实的环境中，使用者可以在看到周围真 实环境的同时，看到计算机产生的增强信 息。
▪ （2）3D/VR虚拟现实 ▪ 3D/VR虚拟现实（Polygon base
Virtual Reality）是使用三维模型设计软件， 通过多个多边形组合成一个三维模型，再 给模型增加上纹理、材质、贴图等完成虚 拟场景及人物的三维呈现。
图8-4 3D/VR虚拟现实
2．按虚拟现实系统的功能和实现方式分类
三维扫描仪是当前 使用的对实际物体三 维建模的重要工具， 能快速方便地将真实 世界的立体彩色的物 体转换为计算机能直 接处理的数字信号， 为实物数字化提供了 有效的手段。
▪ （5）动作采集器
运动采集系统利用网 络连接的运动捕捉摄 像机和其它相应设备 来进行实时运动捕捉 和分析
▪ 2．输出设备 （1）头盔显示器 （2）3D立体眼镜