可视化多媒体与虚拟现实仿真PPT课件

18.09.2020
飞行器工程系 单家元博士
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构 成
基本概念
虚拟现实（Virtual Reality）：是一种可以创建和体 验虚拟世界的计算机系统。
虚拟环境（Virtual Environment） ：是一种由计算 机和电子技术生成的，通过视、听、触觉等作用于 用户，使之产生身临其境的感觉。
基本技术
计算机图形学、图象处理与模式识别 人工智能、多传感器、多媒体信息处理 网络、并行处理、智能控制 系统建模与仿真、系统集成
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构 成
虚拟现实系统基本构成
虚拟环境产生器
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.2 虚拟现实发展状况
关键技术
实时图形与图象：15帧/秒，8000万多边形 位置跟踪与映射技术：
手腕:3 m/s;眼睛:600°/s;头部:1000 °/s
触觉/力反馈技术：0－1Khz振动，0.15mm 位移
数据管理：存储、分类 数据操作：过滤、变换
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.1 科学计算可视化
主要技术问题
人机界面技术：图形交互、数据交互 系统实现技术：可视语言和程序可视
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
驾驭
实时观察计算结果，实时干预、调整参数
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.1 科学计算可视化
主要技术问题
可视化映射技术
数据类型：标量、矢量和张量；二维、三维或高 维；静态，动态；结构化数据，非结构化数据
映射：图形元素、颜色、透明度等
数据管理与操纵技术
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.2 多媒体仿真
多媒体仿真的主要研究内容
多媒体仿真模型和仿真算法 表现方法与表现脚本生成技术 多媒体仿真数据库 地理景物表现技术 人机交互技术
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3 虚拟现实仿真技术
虚拟现实技术的特征及系统的基本构成 虚拟现实技术的发展概况 位置跟踪通道 视觉通道 听觉通道 触觉/力反馈通道 虚拟场景
路的一种手段。 基本技术
数字化信息处理技术；音频和视频技术；人工智 能和模式识别技术；图形图像技术；通讯技术
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.2 多媒体仿真
多媒体仿真的研究方法
面向仿真对象 面向多个媒体 面向交互决策
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研究生学位课程－－系Hale Waihona Puke Baidu建模与仿真
8 可视化、多媒体与虚拟现实仿真
科学计算及仿真可视化 多媒体仿真 虚拟现实仿真
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.1 科学计算可视化
含义
把计算中所涉及和所产生的数字信息转变为 直观的、以图像或图形信息表示的、随时间 和空间变化的物理现象和物理量呈现在研究 者面前，使他们能够观察到模拟和计算，同 时提供与模拟和计算的视觉交互手段。
应用系统：目标生成（三维建模、造型）；用户应用系 统（定义操作内容）和仿真管理器（管理仿真过程）
计算机系统：高速的运算、图形处理、输入输出能力
效果产生器
头盔显示器：采用双视原理生成的双屏图象
位置与方位跟踪器：人眼视线、眼球位置变化、手的位 置方位和曲伸
触觉/力反馈装置：测量人对作用对象的作用力，进而生 成反作用力。
虚拟现实技术与一般交互式仿真技术的区别
信息的多维性 人机交互的自然性 人对虚拟环境感觉的真实性 知识性与智能性
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构 成
基本特征
沉浸(Immerion)：真实感受 交互(Interaction)：多方位参与 创意(Imagination)：感性与理性的结合
通过人的视觉和现象思维，促进对所观察数 据的进一步理解，飞行客观世界隐藏的现象 和规律。
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.1 科学计算可视化
可视化的三个层次
后处理
将计算与可视化（事后）分开进行。仅可视化可 以交互。
跟踪
边计算，边显示，以监视计算过程，只可中止计 算，但不能。修改参数
8.1 科学计算可视化
科学计算可视化框架模型
模拟仿真
数据
数据操作
可 视
化 可视化映射
过 程
图形绘制
用
户
用
界
户
面
图像
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.2 多媒体仿真
多媒体仿真概念
多媒体：文本、图形、动画、图像和声音 多媒体仿真：使人的感官和思维进入仿真回
身），导致环境必须随之变化
位置跟踪技术：
三维位置跟踪器：头的平移和转动、手或关 节的运动，眼球的运动
接口设备
硬件设备：信号转换与数据输入输出接口
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软件设备：
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.2 虚拟现实发展状况
发展
立体电影 飞行模拟器 三维立体显示：1965年VR先锋， Sutherland 力反馈装置：1981年，Fredrick Brooks 头盔显示器：1985年，Myron Krueger 数据手套：1985年，Scott Fisher,NASA 虚拟现实概念：1989年，Jaron Lanier提出
人的心理因素：人的感知、认知和大脑神经 系统集成技术：各种技术和设备接口不统一，
没有统一的技术标准。
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研究生学位课程－－系统建模与仿真
8.3.3 位置跟踪通道
参与者与虚拟环境的互动
直接互动：参与者的操作引起环境的变化 间接互动：参与者位置的变化（头、眼、手、