虚拟地理环境
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河南大学环境与规划学院
单1 击虚此拟处现编实辑技母术版及标其题应样用式
（3）基本特征 • 多感知性
所谓多感知性(Multi-Sensor)就是除了具有的视觉感 知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、 甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应 该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，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、力觉、触觉、运动等几种，无论从感知 范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。
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• 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality,简称 DVR)又称网络虚拟现实(Net Worked Virtual Reality, 简称NVR),其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的 分布式虚拟环境(Distributed Virtual Environment,简 称DVE),在这个环境中,位于不同物理位置的多台计算机及 其用户,可以不受其各自的时空限制,在一个共享虚拟环境 中实时交互、协同工作,共同完成某一复杂产品的设计、制 造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别适 合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事件 的仿真。
地球信息科学引论
授课人：张喜旺
E-mail：zxiwang@163.com
The College of Environment and Planning of Henan University
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1 虚拟现实技术及其应用 2 虚拟地理环境的概念与特征 3 虚拟地理环境的构建和应用
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（3）基本特征 • 自主性
自主性(Automomy)是指虚拟环境中物体依据物理定 律进行动作的程度，例如有力的推动时，物体会向力的方 向移动、翻倒或从桌面落到地面等。
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（4）分类 • 非完全投入式虚拟现实系统 • 叠加式虚拟现实系统 • 投入式系统 • 分布式虚拟现实系统
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• 非完全投入式虚拟现实系统
在非投入式系统 中，使用者可从视觉上感觉到真实世 界，但通过某种显示装置如图形工作站，可对虚拟世界进 行观察，用户利用像空间鼠标这样的装置在虚拟环境内漫 游，这种装置使用户可对视点作六自由度平移及旋转。
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（1）基本概பைடு நூலகம் 虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟环
境可自然交互的人机界面，是指利用计算机和一 系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真正 现实世界中的感觉的环境,是一个看似真实的模拟 环境。通过传感设备,用户根据自身的感觉,使用人 的自然技能考察和操作虚拟世界中的物体,获得相 应看似真实的体验。
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（3）基本特征 • 存在感
存在感(Presence)又称为临场感(Immersion)，它是 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度(例如可视 场只应随着视点的变化而变化)，甚至比真的还真，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
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（3）基本特征 • 交互性
交互性(interaction)是指用户对模拟环境内的物体可 操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例 如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，这时手 有捏着东西的感觉，并可以感觉物体的重量(其实这时手 里并没有实物)，视场中被抓的物体也立刻随着手的移动 而移动。
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（2）发展历程
• 1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚拟现实系统 的基本思想。 • 1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 • 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 • 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 • 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列有关虚拟现 实技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测 实验室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。 • 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打下了的基础。 1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从飞机的运输 舱内取出望远镜面板的工作。再如，用虚拟现实技术设计波音777获 得成功。
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（5）虚拟现实系统的构成——系统模型
用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到 实时3维显示和其他反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用 户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界 产生作用（如遥操作等）。
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• 叠加式虚拟现实系统
叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同 时，虚拟图像叠加在现实世界之上。叠加式虚拟现实系统 又称补充现实系统。
例如，战斗机驾驶员使用的头盔可让驾驶员同时看到外 面世界及上置的合成图形。额外的图形可在驾驶员对机外 地形视图上叠加地形数据，或许是高亮度的目标、边界或 战略陆标（Landmark）。补充现实系统的效果显然在很 大程度上依赖于对使用者及其视线方向的精确的三维跟踪。
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• 投入式虚拟现实系统
在投入式系统中，以对使用者头部位置、方向作出反应 的计算机生成的图像代替真实世界的景观。用户可做能在 工作站上完成的任何事，其明显长处是完成投入。当具备 结合模拟软件的额外处理能力后，使用者就可交互地探索 新景观，体验到实时的视觉回应。
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（3）基本特征 • 多感知性
所谓多感知性(Multi-Sensor)就是除了具有的视觉感 知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、 甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应 该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，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、力觉、触觉、运动等几种，无论从感知 范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。
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• 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality,简称 DVR)又称网络虚拟现实(Net Worked Virtual Reality, 简称NVR),其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的 分布式虚拟环境(Distributed Virtual Environment,简 称DVE),在这个环境中,位于不同物理位置的多台计算机及 其用户,可以不受其各自的时空限制,在一个共享虚拟环境 中实时交互、协同工作,共同完成某一复杂产品的设计、制 造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别适 合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事件 的仿真。
地球信息科学引论
授课人：张喜旺
E-mail：zxiwang@163.com
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1 虚拟现实技术及其应用 2 虚拟地理环境的概念与特征 3 虚拟地理环境的构建和应用
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（3）基本特征 • 自主性
自主性(Automomy)是指虚拟环境中物体依据物理定 律进行动作的程度，例如有力的推动时，物体会向力的方 向移动、翻倒或从桌面落到地面等。
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（4）分类 • 非完全投入式虚拟现实系统 • 叠加式虚拟现实系统 • 投入式系统 • 分布式虚拟现实系统
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• 非完全投入式虚拟现实系统
在非投入式系统 中，使用者可从视觉上感觉到真实世 界，但通过某种显示装置如图形工作站，可对虚拟世界进 行观察，用户利用像空间鼠标这样的装置在虚拟环境内漫 游，这种装置使用户可对视点作六自由度平移及旋转。
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（1）基本概பைடு நூலகம் 虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟环
境可自然交互的人机界面，是指利用计算机和一 系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真正 现实世界中的感觉的环境,是一个看似真实的模拟 环境。通过传感设备,用户根据自身的感觉,使用人 的自然技能考察和操作虚拟世界中的物体,获得相 应看似真实的体验。
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单1 击虚此拟处现编实辑技母术版及标其题应样用式
（3）基本特征 • 存在感
存在感(Presence)又称为临场感(Immersion)，它是 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度(例如可视 场只应随着视点的变化而变化)，甚至比真的还真，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
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单1 击虚此拟处现编实辑技母术版及标其题应样用式
（3）基本特征 • 交互性
交互性(interaction)是指用户对模拟环境内的物体可 操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例 如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，这时手 有捏着东西的感觉，并可以感觉物体的重量(其实这时手 里并没有实物)，视场中被抓的物体也立刻随着手的移动 而移动。
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（2）发展历程
• 1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚拟现实系统 的基本思想。 • 1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 • 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 • 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 • 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列有关虚拟现 实技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测 实验室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。 • 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打下了的基础。 1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从飞机的运输 舱内取出望远镜面板的工作。再如，用虚拟现实技术设计波音777获 得成功。
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（5）虚拟现实系统的构成——系统模型
用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到 实时3维显示和其他反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。 当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用 户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界 产生作用（如遥操作等）。
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单1 击虚此拟处现编实辑技母术版及标其题应样用式
• 叠加式虚拟现实系统
叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同 时，虚拟图像叠加在现实世界之上。叠加式虚拟现实系统 又称补充现实系统。
例如，战斗机驾驶员使用的头盔可让驾驶员同时看到外 面世界及上置的合成图形。额外的图形可在驾驶员对机外 地形视图上叠加地形数据，或许是高亮度的目标、边界或 战略陆标（Landmark）。补充现实系统的效果显然在很 大程度上依赖于对使用者及其视线方向的精确的三维跟踪。
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单1 击虚此拟处现编实辑技母术版及标其题应样用式
• 投入式虚拟现实系统
在投入式系统中，以对使用者头部位置、方向作出反应 的计算机生成的图像代替真实世界的景观。用户可做能在 工作站上完成的任何事，其明显长处是完成投入。当具备 结合模拟软件的额外处理能力后，使用者就可交互地探索 新景观，体验到实时的视觉回应。