基于VR虚拟创新设计系统
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沉浸式虚拟现实系统
用封闭的视景和音响系统将用户的视听 觉与外界隔离，使用户完全置于计算机生成 的环境之中，计算机通过用户戴的数据手套 和跟踪器可以测试用户的运动和姿态，并将 测得的数据反馈到生成的视景中，产生人在 其中的效果。
基于VR虚拟创新设计系统
安徽工业大学
AHUT
在虚拟空间内，前后、左右和上下地板均有向内 的投影屏，它最多允许10人完全投入该虚拟境界。所 有的人员都需要佩带光闸眼镜。这种显示系统有利于 邀请产品的最终用户参与设计。 造价很高。
Imagination
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统特点：
AHUT
(1) 多感知性（Multi－Sensory） （2）沉浸感（ Immersion） （3）交互性（Interaction） （4）自主性（Autonomy）
除一般计算机 具有的视觉外, 还有其他感知。 研究表明:人 与外界交流过 程中,视觉信 息占中信息量 的65%,听觉 20%、触觉10、 味觉2％
可见VR本质上是一种先进的数字化人机接口技术。
基于VR虚拟创新设计系统
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AHUT
理想的虚拟现实环境应该包含对人自
然交互方式的模拟，虚拟现实系统能提供 给用户以视觉、听觉、触觉、嗅觉甚至味 觉等多感知通道。
由于技术，特别是传感技术的限制， 目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限 于视觉、听觉、触觉、运动等几种，从感 知范围到感知的精确程度都还无法与真实 环境相比拟。
虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。 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。
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统的构成
AHUT
根据虚拟现实的概念及其上述四个特征 可知，虚拟现实技术是在众多的相关技术基 础上发展起来的，它包括计算机图形学、图 像处理与模式识别、智能接口技术、人工智 能技术、多传感器技术、语音处理与音响技 术、网络技术、并行处理技术和高性能计算 机系统等。
虚拟现实到底是什么技术？
虚拟现实（VR：Virtual Reality），也称虚拟实境或 灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用 计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚 拟环境。
用户通过使用头盔显示器、数据手套等一系列新型高级 交互设备，以自然的技能（如头的转动、身体的运动以及人类 自然语言等）向计算机发送各种指令，并得到环境对用户视觉、 听觉、触觉等多种感官信息的实时反馈。通过同虚拟环境中的 实体相互作用，使用户产生身临其境地进行交互式视景仿真和 信息交流。
AHUT
第2VR的虚拟设计系统
基于VR虚拟创新设计系统
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本章内容
AHUT
2.1 虚拟现实（VR）技术概况 2.2 基于VR的虚拟设计系统结构 2.3 虚拟设计系统中的硬件环境 2.4 虚拟设计系统中的软件环境 2.5 当前虚拟设计系统研究存在的问题
基于VR虚拟创新设计系统
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2.1 虚拟现实（VR）技术概况 AHUT
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1、视觉环境系统
AHUT
人类大脑每秒钟要接受大量的视觉信息， 并处理这些信息以获得对周围环境的理解， 人类的视觉是最有效的感觉器官，对观察 者能产生强烈的刺激。
因此要增强用户的沉浸感，产生用户的立 体视觉，视觉环境系统是虚拟设计系统中 最为关键的一个部分。
当前虚拟现实（VR）应用系统概况
AHUT
➢ 虚拟制造/虚拟设计/虚拟装配 （CAD/CAM/CAE）
➢ 模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等 ➢ 军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗 ➢ 地形地貌、地理信息系统（GIS） ➢ 生物工程（基因/遗传/分子结构研究） ➢ 虚拟医学工程（虚拟手术/解剖/医学分析） ➢ 建筑视景与城市规划、矿产、石油 ➢ 航空航天、科学可视化
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统特点：
AHUT
Burdea G. 在1993年Electro国际会议上发 表了题为“虚拟现实技术及应用”的论文，他在文 中从另一个角度描述了虚拟现实技术的基本特征， 提出了“虚拟现实技术三角形”(三Ⅰ图)，
沉浸
Immersion
3I
交互
想象
Interaction
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统的构成
AHUT
(1)检测模块：检测用户的操作命令，通过传感器模块作用于虚拟环境。
(2)反馈模块：接受自传感器模块信息，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，并将其作用与虚拟环 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。
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基于VR虚拟创新设计系统
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基于VR虚拟创新设计系统
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非沉浸式虚拟现实系统
Байду номын сангаасAHUT
非沉浸式虚拟现实系统又称桌面VR系统。
其视景是通过计算机屏幕、或投影屏幕加 上部分计算机生成的环境来提供给用户的；
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(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。
(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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基于VR虚拟创新设计系统
虚拟现实系统的分类
沉浸式虚拟现实系统 非沉浸式虚拟现实系统
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基于VR虚拟创新设计系统
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2.3 虚拟设计系统中的硬件环境 AHUT
为了使虚拟环境有效地模拟现实环境， 实现人机自然交互并使用户产生较强的沉浸 感，需要使用先进技术的硬件环境。
硬件环境包括：
1. 视觉环境系统 2. 听觉环境系统 3. 触觉／力觉环境系统 4. 位置及方向跟踪系统 5. 高新能计算机处理系统
基于VR虚拟创新设计系统
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟BMW汽车设计
模拟驾驶
模拟战场
虚拟建筑（码头）
虚拟手术
2.2 基于VR的虚拟设计系统结构 AHUT
虚拟设计系统结构示意图
系统包括两大部分：其一是虚拟环境生成部分，这是虚拟设计系统
的号控主制体装；置第。二部分是外设部分包括各种人机交互工安具徽以及工数业据大转换学及信 基于VR虚拟创新设计系统
用封闭的视景和音响系统将用户的视听 觉与外界隔离，使用户完全置于计算机生成 的环境之中，计算机通过用户戴的数据手套 和跟踪器可以测试用户的运动和姿态，并将 测得的数据反馈到生成的视景中，产生人在 其中的效果。
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在虚拟空间内，前后、左右和上下地板均有向内 的投影屏，它最多允许10人完全投入该虚拟境界。所 有的人员都需要佩带光闸眼镜。这种显示系统有利于 邀请产品的最终用户参与设计。 造价很高。
Imagination
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统特点：
AHUT
(1) 多感知性（Multi－Sensory） （2）沉浸感（ Immersion） （3）交互性（Interaction） （4）自主性（Autonomy）
除一般计算机 具有的视觉外, 还有其他感知。 研究表明:人 与外界交流过 程中,视觉信 息占中信息量 的65%,听觉 20%、触觉10、 味觉2％
可见VR本质上是一种先进的数字化人机接口技术。
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理想的虚拟现实环境应该包含对人自
然交互方式的模拟，虚拟现实系统能提供 给用户以视觉、听觉、触觉、嗅觉甚至味 觉等多感知通道。
由于技术，特别是传感技术的限制， 目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限 于视觉、听觉、触觉、运动等几种，从感 知范围到感知的精确程度都还无法与真实 环境相比拟。
虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。 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。
基于VR虚拟创新设计系统
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虚拟现实系统的构成
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根据虚拟现实的概念及其上述四个特征 可知，虚拟现实技术是在众多的相关技术基 础上发展起来的，它包括计算机图形学、图 像处理与模式识别、智能接口技术、人工智 能技术、多传感器技术、语音处理与音响技 术、网络技术、并行处理技术和高性能计算 机系统等。
虚拟现实到底是什么技术？
虚拟现实（VR：Virtual Reality），也称虚拟实境或 灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用 计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚 拟环境。
用户通过使用头盔显示器、数据手套等一系列新型高级 交互设备，以自然的技能（如头的转动、身体的运动以及人类 自然语言等）向计算机发送各种指令，并得到环境对用户视觉、 听觉、触觉等多种感官信息的实时反馈。通过同虚拟环境中的 实体相互作用，使用户产生身临其境地进行交互式视景仿真和 信息交流。
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第2VR的虚拟设计系统
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本章内容
AHUT
2.1 虚拟现实（VR）技术概况 2.2 基于VR的虚拟设计系统结构 2.3 虚拟设计系统中的硬件环境 2.4 虚拟设计系统中的软件环境 2.5 当前虚拟设计系统研究存在的问题
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2.1 虚拟现实（VR）技术概况 AHUT
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1、视觉环境系统
AHUT
人类大脑每秒钟要接受大量的视觉信息， 并处理这些信息以获得对周围环境的理解， 人类的视觉是最有效的感觉器官，对观察 者能产生强烈的刺激。
因此要增强用户的沉浸感，产生用户的立 体视觉，视觉环境系统是虚拟设计系统中 最为关键的一个部分。
当前虚拟现实（VR）应用系统概况
AHUT
➢ 虚拟制造/虚拟设计/虚拟装配 （CAD/CAM/CAE）
➢ 模拟驾驶、训练、演示、教学、培训等 ➢ 军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗 ➢ 地形地貌、地理信息系统（GIS） ➢ 生物工程（基因/遗传/分子结构研究） ➢ 虚拟医学工程（虚拟手术/解剖/医学分析） ➢ 建筑视景与城市规划、矿产、石油 ➢ 航空航天、科学可视化
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虚拟现实系统特点：
AHUT
Burdea G. 在1993年Electro国际会议上发 表了题为“虚拟现实技术及应用”的论文，他在文 中从另一个角度描述了虚拟现实技术的基本特征， 提出了“虚拟现实技术三角形”(三Ⅰ图)，
沉浸
Immersion
3I
交互
想象
Interaction
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虚拟现实系统的构成
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(1)检测模块：检测用户的操作命令，通过传感器模块作用于虚拟环境。
(2)反馈模块：接受自传感器模块信息，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，并将其作用与虚拟环 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。
基于VR虚拟创新设计系统
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AHUT
基于VR虚拟创新设计系统
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AHUT
基于VR虚拟创新设计系统
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非沉浸式虚拟现实系统
Байду номын сангаасAHUT
非沉浸式虚拟现实系统又称桌面VR系统。
其视景是通过计算机屏幕、或投影屏幕加 上部分计算机生成的环境来提供给用户的；
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(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。
(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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虚拟现实系统的分类
沉浸式虚拟现实系统 非沉浸式虚拟现实系统
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2.3 虚拟设计系统中的硬件环境 AHUT
为了使虚拟环境有效地模拟现实环境， 实现人机自然交互并使用户产生较强的沉浸 感，需要使用先进技术的硬件环境。
硬件环境包括：
1. 视觉环境系统 2. 听觉环境系统 3. 触觉／力觉环境系统 4. 位置及方向跟踪系统 5. 高新能计算机处理系统
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虚拟BMW汽车设计
模拟驾驶
模拟战场
虚拟建筑（码头）
虚拟手术
2.2 基于VR的虚拟设计系统结构 AHUT
虚拟设计系统结构示意图
系统包括两大部分：其一是虚拟环境生成部分，这是虚拟设计系统
的号控主制体装；置第。二部分是外设部分包括各种人机交互工安具徽以及工数业据大转换学及信 基于VR虚拟创新设计系统