虚拟地理环境第二章虚拟现实概论第一节虚拟现实简介57

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虚拟地理环境第二章虚拟现实概论第 一节虚拟现实简介57
定义一：
v 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的沉浸式 虚拟交互环境，用户借助必要的设备以自然的方 式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响 ，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体 验。
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v 至90年代，由于计算机芯片能力的增强及浮点 处理器和图形加速器的引入，陆续研制出一批 较实用的头盔三维显示器、六自由度手套、立 体声耳机。
v 充分的硬件支持使软件系统得到了飞速的发展 ，互联网的出现则促使VRML的提出及相关标准 的制定。
v 尽管从虚拟现实技术的基本目标来看，目前的 研究尚处于初级阶段，但从已有的研究成果看 ，它已显示出十分诱人的应用前景。人们对它 越来越感兴趣，它也正从研究领域走向实际应 用领域。
§ 这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的 状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复 ，这是一个学习－创造－再学习－再创造的过程。
§ 因而可以说，VR是启发人的创造性思维的活动。
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v 3I的基本特征，强调了人在虚拟现实技术中的主导 作用。
§ 虚幻仅仅是个人头脑中的幻想而已，没有可感知、 可触摸的性质，是纯意识的产物，无法在其中从事 实践活动。虚幻好比是“海市蜃楼”，可望而不可 及。
§ 而虚拟则不然，在虚拟的世界里，事物不仅可看、 可听，还具有一定的可操作的性质。
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v 虚拟现实和多媒体的区别：
§ 虚拟现实中用户可以沿任意路径走进这个环境并操 纵场景中的对象，他的图形渲染是实时的，这是它 与动画的最大区别。
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v 虚拟现实与可视化的区别：
§ 可视化是虚拟现实的基础; § 可视化重点在于表现事物的本质，而不追求逼真的
模拟； § 虚拟现实则重点在于逼真描绘环境的实际情况，而
§ 从过去人只能从计算机系统的外部去观测计算机的处理 结果，到人能够沉浸到计算机系统所制造的环境之中；
§ 从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字 化信息发生交互作用，到人能用多种传感器与多维化信 息的环境发生交互作用；
§ 从过去的人只能从以定量计算为主的结果中得到启发从 而加深对事物的认识，到人有可能从定性和定量综合集 体的环境中得到感性和理性的认识从而深化对概念的认 识和萌发新意。
对本质的要求是次要的; § 在技术上，虚拟现实比可视化复杂庞大的多。
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v 几个相同意义的名词： 如人工现实(Artifical Reality)、灵境、幻真
、虚拟环境等等。
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v 1.3 虚拟现实技术的最基本特征
§ Immersion（沉浸） § Interaction（交互） § Imagination（构想）
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（1）Immersion（沉浸）：
§ 指用户身心置于模拟环境中的体验，理想的模拟环境 应该达到用户难以分辨真假的程度;
§ 其意义在于可以使用户集中注意力，可以将抽象的数 据变换成熟悉的体验，且从中获取知识。
§ 虚拟现实是沉浸式的(Immersive)，用户进入虚拟现实后，会 暂时与真实世界隔绝，置身于另一个世界当中;
§ 这个世界是由人类将数据输入计算机处理而产生的;
§ 虚拟现实提供给用户各种感觉，包括视觉、听觉、触觉、味 觉与嗅觉；
§ 虚拟现实是由用户主动浏览的(Active)，一般多媒体、如电 影和电视，用户只能接受事先安排的内容，而虚拟现实提供
• 目前输入和输出设备主要实现视觉和听觉效果， 而其它感知效果如力觉、触觉等正在开发与研究 ，味觉、嗅觉则有待于研究。
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（3）Imagination（构想）
§ 虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，而且 可使用户沉浸于此环境中并获取新的知识，提高感 性和理性认识，从而产生新的构思。
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v 1990年，在美国达拉斯召开的SIGGRAPH国际会议 上，首次将虚拟现实用三种基本技术进行了概括 ：
§ 三维计算机图形学技术; § 采用多种功能传感器的交互式接口装置; § 高清晰度显示装置。
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v 1984年，米切尔·麦格里威和他的同事在美国航空 航天局开发了数据护目镜，它允许使用者环视在 计算机屏幕上描绘的图形世界。
v 随后美国Ames航天研究中心利用流行的液晶显示 电视和其它设备开始研究低成本的虚拟现实系统 ，极大地推动了虚拟现实技术软硬件的研制和开 发。
§ 多媒体是在屏幕上顺序地展现一系列二维图象，而虚拟 现实是从各个方位来显示实体的三维图象。
§ 两者另一个重要区别就是硬件设备，普通的计算机交互 设备包括键盘，鼠标等，再由显示器和音箱构成多媒体 系统；而VR系统的跟踪器有机械的，超声的，磁感应的 ，光学的和无源的几种，其灵巧程度远比一般交互设备 优越得多。
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v 1985年，Jaron Lanier与Jean Jaeques Grimaud创建了VPL Research公司，这是第一 个虚拟现实的商业化公司，也是一个虚拟现实 王国。
v 他们不仅正式提出了虚拟现实(Virtual reality)的概念，而且开发研制出了实现人机 自然交互的装置—数据手套。如今HMD和数据 手套已经成为虚拟现实的硬件象征。
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v 1986年美国航天局的Ames研究中心研制出了 VIEW(Virtual Interactive Environment Workstation)，这是世界上第一个较为完整、 多用途、多感知的VR系统。
v 它使用了立体头盔显示、数据手套、语音识别 技术、跟踪技术与遥现技术。
§ 一个虚拟现实技术系统，正是通过3I才能真正实现虚拟 世界对真实世界的替代，从而对人达到一种境界虚拟， 但感觉却是真实的效果。
§ 虚拟与“虚幻” § 虚拟现实和多媒体的区别 § 虚拟现实技术与现有仿真技术的区别 § 虚拟现实与动画技术的区别 § 虚拟现实与可视化的区别 § 几个相同意义的名词 :人工现实(Artifical
Reality)、灵境、幻真、虚拟环境
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v 虚拟与“虚幻”：两者虽只一字之差，内涵却大 相径庭。
用户在虚拟的空间中自由游走的权力；
§ 虚拟现实是交互式的(Interactive)，用户可以使用某些方式 影响虚拟现实中的对象与环境，例如改变对象属性或创造新
的对象。
§ 虚拟现实中的空间会根据某些给定的规则，对用户的行为做
出反应。
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v (2) 虚拟现实与其他相关名词的区别
§ 交互性(Interaction)
§ 想象力(Imagination)
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定义三：
v 在Steuer J.发表的报告Defining Virtual Reality ：Dimension Determining Telepresence中，对虚拟现 实的定义如下：
v 用户可以从中看到立体图像、听到三维声音， 可口头发出命令，伸手捉取由软件生成的虚拟 物体。
v 虚拟现实技术的研究需要充足的经费支持，美 国国防部为此投入了大量的经费（它也因此被 称为虚拟现实的摇篮），因此其研究成果主要 在军事领域得到应用。
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v 1989年Autodesk公司开发了第一个以PC为平台的 虚拟现实系统。
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v 1965年，具有“计算机图形学之父”美誉的美 国麻省理工学院的科学家兼美国高等研究计划 局信息处理技术办公室主任伊凡·萨瑟兰(Ivan Sutherland)发表了一篇题为“The Ultimate Display”（《最终显示》）的论文，提出使计 算机显示屏成为观察客观世界窗口的设想，这 被看作是研究虚拟现实技术的开端。
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v 1971 年 Frederick Brooks 开 发 出 了 反 馈 力 系 统 (Force-Feedback System)。
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v 1982年Thonmas Zimmerman等人设计出了数据手套 ，可以作为虚拟现实的输入装置。
v 虚拟现实技术与现有仿真技术的区别：
被试者不再是坐在现实世界中通过人机界面去观 察分析所研究对象的参数，而是沉浸到由计算机创 造的一种虚拟世界之中，如同在真实世界中一样与 周围的虚拟环境事物进行交互作用。
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v 虚拟现实与动画技术的区别：
§ 三维动画沿着某一条路径浏览动画，而且可以反复 播放这个动画，但这条路径是固定的。
§ 理想的VR系统应具有一切人所具有的感知功能，如视 觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知 、味觉感知、嗅觉感知等。
§ 由于相关技术的限制，特别是传感器技术的限制，VR 技术无论是从感知范围还是从感知精度都无法于人相 比拟。
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