vr虚拟现实技术简介

虚拟现实的原理和本质 • 人在物理交互空间 通过传感器集成等 设备与由计算机硬 件和VR引擎产生的 虚拟环境交互
• 多传感器的原始 数据经过传感器 处理成为融合信 息,经过行为解释 器产生行为数据, 然后输人虚拟环 境并与用户进行 交互,最后,来自虚 拟环境的配置和 应用状态再反馈 给传感器
• 虚拟现实的本质在于它的模拟和仿真,可以通过 现有的信息技术手段达到对现实世界中客观事物 的模拟和再现。 • 虚拟现实通过模仿,尽可能地模拟出现实中的功 能和特性,通过交互的手段,令使用者产生“身临 其境”的感觉。
虚拟现实系统的组成
虚拟现实系统的分类 桌面式虚拟现实 • 利用个人计算机或初级图形工作站,以计算机屏 幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口,采用立体 图形、自然交互等技术,产生三维立体空间的交 互场景,通过包括键盘、鼠标和力矩球等在内的 各种输人设备操纵虚拟世界,实现与虚拟世界的 交互
虚拟现实系统的分类 沉浸式虚拟现实
虚拟现实技术的发展历程
• 虚拟现实技术快速发展和完善阶段：此阶段与 虚拟现实技术密切相关的计算机软件、硬件系统 迅速发展，从而推动了虚拟现实技术在各行业领 域广泛应用。
1992年，Sense8公司开发“WTK”软件开发包，极大缩短虚拟现实系统的开 发周期。 1993年，波音公司使用虚拟现实技术设计出波音777飞机。 1994年，虚拟现实建模语言、建模语言出现，为图形数据的网络传输和交 互奠定基础。
虚拟现实技术的主要应用
• 军事领域 VR技术在军事训练领域主要集中在虚拟战场环 境、单兵模拟训练、近战战术训练和诸军种联合 虚拟演习、指挥员训练等方面。 采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上真 实体验战场环境、熟悉即将作战区域的环境特征。 以增强其临场感觉,提高训练质量。
• 工业领域 • 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现, 即采用计算机仿真与虚拟技术,通过仿真模型,在 计算机上仿真生产全过程,实现产品的工艺规程、 加工制造、装配和调试,预估产品的功能、性能 和加工性等方面可能存在的问题,虚拟制造实际 上就是要用计算机生产出虚拟产品。
沉浸式VR设备市场处于市场启动期，2015年大量设备实现量产，推 向消费级市场，行业即将进入高速发展期。
虚拟现实技术价值
虚拟现实技术价值
虚拟现实技术的主要应用
• 虚拟现实游戏 • Unity 3D宣布对年收入10w美元以下的开发者免费， Unreal紧随其后也宣布了对开发者免费的政策，Oculus去 年收购了RakNet以后，立刻就开放了源代码。Oculus还 特别展示了使用CryEngine制作的VR内容。日益开放的游 戏开发平台，对制作VR游戏内容开发者社区有重大意义。 • 使用Xbox手柄操作，画面无颗粒感和延迟感，流畅。 • 战斗系统虽然并不丰富，但是可以预见，魔法特效以后， 效果绝对惊艳。 • 未来两年，各大游戏厂商都会加入VR支持！
• 教育领域 虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学 习环境, 在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验, 从而加速和巩固学生学习知识的过程。 亲身去经历、去感受比空洞抽象的说教更具说 服力,主动交互与被动地灌输有本质的差别。
• 医学领域
• 虚拟现实技术在医学上已应用于构建仿真组织、器官的 解剖结构以后还可构建“虚拟器官” • 远程医疗系统在医学中用于控制远方的医疗设备,远程手 术系统根据遥感和机器人等技术将远程传送来的图像仿 真成手术场景,手术医生在此场景下进行手术操作,传感器 将医生的操作控制信号传送到手术目的地,控制手术目的 地的手术机器人或机器手完成手术。
虚拟现实技术的发展历程
• 虚拟现实技术从实验室走向系统化实现阶段 ： 此阶段虚拟现实技术的概念逐渐形成和完善，出 现了一些比较典型的虚拟现实应用系统。
20世纪80年代初，美国国防部研发出虚拟战场系统SIMNET，宇航局开发用 于火星探测的虚拟环境视觉显示器。 1986年，“虚拟工作台”的概念被提出，裸视3D立体显示器被研发。 1988年，VPL公司研制出第一款民用虚拟现实产品EyePhone。 1989年， VPL公司创始人正式提出了“VirtualReality” 并被正式认可和使用。
虚拟现实系统的分类 增强式虚拟现实
• 增强现实是在虚拟现实与真实世界之间的沟壑上 架起—座桥梁； • 例如,可以利用叠加在周围环境上的图形信息和 文字信息,以指导操作者对设备进行操作、维护 或是修理,而不需要操作者去查阅手册,甚至不需 要操作者具有工作经验。
虚拟现实系统的分类 分布式虚拟现实
• 虚拟现实或虚拟环境系统包括哪些？
• 包括人类操作者、人机接口和计算机
虚拟现实技术是什么？
要素：
现代高科技手段（计算机图形技术、 计算机仿真技术、人机接口技术、多媒 体技术、传感技术） 虚拟环境（模拟真实世界中的环境、 模拟人类主观构造的环境、模拟真实世 界中人类不可见的环境）
输入\输出 输出设备：头戴显示器、3D立体显示 器、3D立体眼镜、洞穴式立体显示系 统
• 提供了一个完全沉浸的体验,使用户有一种仿佛置身于真 实世界之中的感觉,是—种高级的、较理想的虚拟现实系 统。 • 通常采用洞穴式立体显示装置或头盔式显示器等设备,首 先把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来,并提供一个 新的、虚拟的感觉空间,利用三维鼠标、数据手套、空间 位置跟踪器等输人设备和视觉、听觉等设备,使用户产生 一种身临其境、完全投人和沉浸其中的感觉。
• 分布式虚拟现实系统是虚拟现实技术和网络技术结合的 产物;在沉浸式虚拟现实系统的基础上,将地理上分布的多 个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起,使每个用户 同时参与到一个虚拟空间,通过联网的计算机与其他用户 进行交互,共同体验虚拟经历,协同工作达到一个更高的境 界。 • 4个基本组成部分:图形显示器、通信和控制设备、处理 系统和数据网络。
虚拟现实技术是什么？
虚拟现实(VirtuaI Reality,VR)是由美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier在1989年提出的。 Virtual是虚假的意思,其含义是这个环境或世界是虚 拟的, 是存在于计算机内部的。Reality就是真实的意 思,其含义是现实的环境或真实的世界。
虚拟现实技术的主要应用
• 电影 好莱坞的电影制作人们已经跃跃欲试的要把电影VR化了， 对VR这个新技术他们充满了好奇。 梦工厂的动画实验室更是重新以第一视角，专门渲染了 一个VR版本的《驯龙高手》片段，可以让带上VR头盔的 你和无牙仔一起翱翔在博克岛的天空！ 要制作VR电影，拍摄360度的摄像机（拼合画面呈圆柱 状）已经不够用了，我们需要球型摄像机（拼合图像是 闭合的球状）。 Jaunt在这方面非常活跃，在VR展会上展示他们最新的 Demo。 使用Jaunt拍摄的画面全方位无死角（仅在最下方放置支 架的地方有一小块盲区）。
虚拟现实技术是指采用计算机技术为核心的现代高科技
手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备， 与虚拟世界中的物体进行自然的交互，从而通过视觉、 听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受
虚拟现实技术是什么？
• 虚拟现实这个概念最早是由谁在什么时间提出的？
• 1989年，美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier提出了 “Virtual Reality”（虚拟现实）的概念。
• 如何理解“虚拟”这个词？
• “Virtual”说明，这个世界或环境是虚拟的，不是真实的。这个世 界或环境是人工构造的，是存在于计算机内部的。用户应该能 够“进入”这个虚拟的环境中。所谓“进入”这个虚拟的环境中， 是指用户以自然的方式与这个环境交互
• 如何理解“交互”这个词？
• 包括感知环境并干预环境，从而产生置身于相应的真实环境中 的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉。
（1）Immersion(沉浸)，是指逼真的，身临其境的感觉。 （2）Interaction(交互)，是指用户感知与操作环境 （3）Imagination(想象)，是指创造性
虚拟现实技术的发展历程
• 萌芽阶段：此阶段虚拟现实技术没有形成完整的 概念，处于探索阶段。
1956年，具有多感官体验的立体电影系统Sensorama被开发。 1965年，“虚拟现实之父”美国科学家LvanSutherland提出感觉真实、交互 真实的人机协作新理论。 1968年，Lvan Sutherland研发出视觉沉浸的头盔式立体显示器和头部位置跟 踪系统。 1973年，Myron Krurger提出“VirtualReality”概念。
虚拟现实相关技术发展 • 硬件
被设计用来面向 Hardcore Gamer的 Oculus，倚仗着游戏PC 的强大计算能力，将VR 产品引入了消费者的视 野。
虚拟现实相关技术发展
各大游戏内容和游戏硬件厂商：
Sony，Valve和Razor都迅速的推出了自己基于PC的VR产 品。 微软展示了结合AR的Hololens，整合Windows 10平台和 全套开发环境，决心打造VR产业生态标准。 谷歌推出廉价的、用来推广VR概念的CardBoard，也斥资 5亿美元领投了AR公司Magic Leap。 移动端，三星抢先进驻移动VR领域，让更多的消费者了 解到了VR产品并不是那么触不可及。
• 一种情况是真实环境的仿真。
例如，仿真真实建筑物的虚拟建筑物。这种真实建筑物可能 是已经建成的，也可能是已经设计好但尚未建成的。
• 一种情况是完全虚拟的人造环境。
例如在虚拟风洞中，借助可视化技术构造的虚拟风洞环境。 又如在三维动画中，人工构造的虚拟环境。
虚拟现实系统介绍
• 虚拟现实的概念中有三个I：
虚拟现实技术
主讲教师：陈昌红 2015.8
主要内容 • 虚拟现实技术是什么？ • 虚拟现实系统介绍 • 虚拟现实技术的发展历程 • 虚拟现实的原理和本质 • 虚拟现实系统的组成虚拟现实系统的分类 • 虚拟现实相关技术发展 • 虚拟现实技术价值 • 虚拟现实技术的应用 • 为何虚拟现实技术未爆发？
输入设备：游戏手柄/摇杆、3D数据手 套、位置追踪器、眼动仪、动作捕捉器 （数据衣）等
虚拟现实技术是什么？
自然的交互（用户采用自然 的方式对虚拟物体进行操作 并得到实时立体的反馈。如： 语音、手的移动、头的转动、 脚的走动等）
虚拟现实系统介绍
• 对于虚拟现实系统，与用户交互的环境实际是人 工构造的，存在于计算机内部的环境。这种虚拟 的环境，可能有几种情况：
百度文库
虚拟现实技术的主要应用 • 在线视频 在线的VR传播平台也是VR产业链里重要的一环。 Youtube已经成功推出了360度视频，允许用户 随时选择、切换观看视角，谷歌当然会率先在 Youtube推出VR视频内容，这样一来用户就无需 再在本地下载大体量的VR视频内容，而是通过 Youtube这类在线视频服务来获取VR内容，谷歌 一直在大力推广的VP9压缩标准应该也能在视频 质量上提供帮助。
虚拟现实相关技术发展
• 移动系统支持
谷歌在Android平台虽然还算成功，但是碎片化严重的 问题导致利润率根本无法和iOS相提并论。不久前，谷歌 宣布将专门开发为VR应用特别优化的Android系统。看得 出谷歌打算要在系统支持上投入更大的精力，期待在新 一轮移动VR竞争中，通过Android取得优势。 Android的逻辑分层为通用开发铺平了道路，但是在VR 应用中，过多的分层反而导致效率降低，拖慢画面渲染 速度，耗电量也随之增加。三星的GearVR在Android上层 做了尽可能多的优化，但是如果谷歌可以从更加底层对 系统进行优化，为VR应用专门提供一套直接与底层图形 渲染通信的api。
虚拟现实相关技术发展 • VR操作系统
下一步各大科技公司想要得到人机交互技术，就是无需 凭借外设、最自然的手势交互技术。而且AR技术也随着 VR的推广进入了人们的视野，通过AR的方式来进行人机 交互也在探索中，这将极大的提高移动VR头盔的用户体 验。
虚拟现实技术价值
虚拟现实技术价值
• 沉浸式VR设备市场成熟度