虚拟现实课件PPT

四 虚拟现实主要开发技术
VRML XML 地理实体
VRML XML X3D Java3D
JAVA3D X3D
在虚拟现实技术中，VRML/GeoVRML、XML、X3D、GML以及 Java3D技术各有所长，互为补充，利用VRML的图形建模功能， XML的国际化、结构化、模块化的特性以及Java强大的网络编程 语言，共同组成一个强大的虚拟现实开发环境。
操纵者可以实时感受运动带 来的场景变化，步移景异，并可 亲自布置场景，具有双向互动的
功能。
只能如电影一样单向演示， 场景变化,画面需要事先制作生成，
耗时、费力、成本较高。
虚拟现实
支持立体显示和3D立体声，三 维空间真实。
没有时间限制，可真实详尽地 展示，并可以在虚拟现实基础上导 出动画视频文件，同样可以用于多 模体资料制作和宣传，性价比高。 在实时三维环境中，支持方案 调整、评估、管理、信息查询等功 能，适合较大型复杂工程项目的规 划、设计、投标、报批、管理等需 要，同时又具有更真实和直观的多 媒体演示功能。
的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、 图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技 术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数 学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、 心理学和社会学等相关。
1.1 什么是虚拟现实
虚拟现实或称虚拟环境,是由计算机生成的.具有临场感 觉的环境,它是一种全新的人机交互系统. 虚拟现实技术本质上说是一种高度逼真地模拟人在现 实生活中视觉.听觉.动作等行为的交互技术. 传统的信息处理环境一直是“人适应计算机”，而当 今的目标或理念是要逐步使 “计算机适应人”，人们 要求通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，以及形体、手势 或口令，参与到信息处理的环境中去，从而取得身临 其境的体验。这种信息处理系统已不再是建立在单维 的数字化空间上，而是建立在一个多维的信息空间中。 虚拟现实技术就是支撑这个多维信息空间的关键技术。
4.3 XML
XML的英文全名是Extensible Markup Language，中文译名为可延伸式标记语言。 它是一个由W3C(World Wide Web Consortium)所推广的结构化信息交换标准， 并且已经广泛地被使用。VRML采取XML作为 编码的主要原因是因为XML具备国际化的特性、 结构化的格式和模块化的对象等优势。藉由已 经被明确制定落实的XML规范，X3D以XML为 语法是容易被实现的，而不需要庞大的反向工 程(reverse engineering)。
交互性 (Interaction)
虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传 统的三维动画是不一样的，它不是一个静态的 世界，而是一个开放、互动的环境，虚拟现实 环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者 影响，这是VR的第二个特征，即交互性 （Interaction）。
想象性 (Imagination)
1. 一种虚拟GIS是以网络GIS为基础，将虚拟现 实系统同GIS的Client端连接起来，在虚拟现实 系统中提供简单的空间分析功能或是将GIS的 分析结果转化为虚拟现实系统支持的数据格式， 供虚拟现实系统观察； 2. 另一种虚拟GIS是基于分布式虚拟现实系统， 在虚拟现实系统中扩展空间数据类型的支持能 力，提供简单的空间分析功能。
基于CORBA命名服务的网络 VGIS系统映象概念图
网络虚拟GIS客户端 应用服务器名称管理
应用服务器1
应用服务器2
…
应用服务器n
分析服务器名称管理
空间分析服务1
空间分析服务2
…
空间分析服务n
3．4 虚拟地理环境与地理协同
虚拟地理环境，是以化身为基础的多用 户分布式三维智能虚拟环境，是地球空 间环境特定地理现象与规律的数字与多 通道感知表达、计算与模拟，可用于地 球多维信息的综合管理与多媒体集成发 布、人机交互/交融式创新式地球科学研 究、分布式协同规划、设计与决策等。
虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一 个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思 想，比如当在盖一座现代化的大厦之前，你首 先要做的事是对这座大厦的结构、外形做细致 的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图 纸，当然这些图纸只能内行人读懂，虚拟现实 可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境， 使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数 字化的即看即所得的完美境界，大大提高了设 计和规划的质量与效率。这是VR所具有的第 三类特征，即想象性（Imagination）。
人体数据捕捉系统
人体数据捕捉设备，可以实事的记录人体的各项数据 和动作，包括人体动作、面部表情、生理指数、气味、 语音等。
三维交互设备
常见的三维显示设备有头盔式显示器和立体眼 镜等。 头盔式显示器采用立体图绘制技术来产生两幅 相隔一定间距的透视图，并直接显示到对应于 用户左、右眼的两个显示器上。新型的头盔式 显示器都配以磁定位传感器，可以测定用户的 视线方向，使场景能够随着用户视线的改变而 作出相应的变化。
用户化身
在虚拟地理环境中，两个用户的化身可以在同 一个虚拟地理位置进行面对面的交流。而化身 作为真实用户的一种表达，它的信息源可以包 含视觉、听觉甚至味觉等多种信息源，使得用 户拥有一种沉浸感，可以身临其境的感受到本 身是虚拟地理环境中的一部分。视觉听觉等信 息源可以传达协同工作者对事情的真实态度和 情绪，是虚拟地理环境中协同工作者之间交流 的重要组成部分，并且在分析地理数据和决策 规划中也都起着非常重要的作用。
1.3 虚拟现实的分类
桌面虚拟现实 沉浸的虚拟现实 增强现实性的虚拟现实 分布式虚拟现实
1.4 虚拟现实与三维动画的区别
虚拟现实
虚拟环境由基于真实数据建 立的数字模型组合而成，严格遵 循工程项目设计的标准和要求， 属于科学仿真系统。 操纵者亲身体验虚拟三维空 间，身临其境。
三维动画
场景画面由动画制作人员根 据材料或想象直接画制而成，与 真实的环境和数据有较大的差距， 属于演示类艺术作品。 预先假定的观察路径，无法 改变。
VRML简例
sphere.wrl #VRML V2.0 utf8 Shape{ #定义节点，含有两个属性 appearance Appearance{ #外观属性 material Material{ #material(材质)， emissiveColor 1 0 0 } #材质反光性 } geometry Sphere { #几何属性 radius 1 } }
1.2虚拟现实的特点
浸没感 (Immersion) 交互性 (Interaction) 想象性 (Imagination)
浸没感 (Immersion)
计算机产生一种人为虚拟的环境，这 种虚拟的环境是通过计算机图形构成的 三维数字模型，编制到计算机中去产生 逼真的“虚拟环境”,从而使得用户在视 觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉,这 就是虚拟现实技术的浸没感(Immersion) 或临场参与感
三维 交互设备
三维空间控制设备共同特征是至少能够控制六 个自由度(Degree of Freedom)，对应于描述三 维对象的宽度、高度、深度、俯仰(pitch)角、 转动(yaw)角和偏转(roll)角。常见的三维控制 设备有数据手套、跟踪球、三维探针、三维鼠 标器及三维操作杆等。 数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种 全新的交互手段，可以为用户提供一种非常真 实自然的三维交互手段。
地理信息论坛系列讲座（四）
虚拟现实技术初探
2013年8月22日
主要内容
一 概述 二 VR硬件及交互设备 三 虚拟现实与网络GIS 四 虚拟现实主要开发技术 五 虚拟环境建模及其工具 六 开发实例：南京师范大学仙林校区虚拟校园 七 发展展望与存在的问题 附录：参考文献
一 概述
虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域
三维显示设备 空间数据采集系统 采 集 计算机系统 超级图形工作站
交互
人体数据捕捉系统 三维控制设备
空间数据采集系统
空间数据采集系统，通过卫星遥感、航空遥感和全球 定位系统等获取及时空间数据，建立准确可靠的虚拟 现实空间环境。遥感是一种利用物体反射和辐射电磁 波的固有特性，通过贯彻电磁波、识别物体以及物体 存在环境条件的技术。
4.1 VRML
1994年，在瑞士日内瓦举行的第一届国际互 联网大会上，提出为创建三维网络的界面便于 网络传输的VRML。 1995年，VRML1.0版本正式推出。 1996年，在对1.0版本进行重大改进的基础上 推出了2.0版本，其中添加了场景交互、多媒 体支持，碰撞检测等功能。 1997年，经过标准组织的评估后，VRML2.0 成为国际标准，并改称VRML97。
交流模式
对于虚拟地理环境不但要有真实的地理背景， 而且要为协同工作者们提供一个可靠的信息交 流的平台。为此，我们更加需要研究如何改进 人与人之间的交流模式，增强在虚拟地理环境 中化身之间的各种交流。 目前，按照交流的时效性分类 ---o 非即时交流：电子邮件和公告板 o 即时交流：交互性、实时性好，主要包括传统 二维场景、三维场景、流媒体技术和结合模式 等。
WEB虚拟GIS的总体结构
3．3 CORBA在网络虚拟GIS 系统结构中的作用
CORBA是当前主流的分布式对象计算平台之一， CORBA平台以成为当前计算机工业界所广泛接 受，并且完全开放地分布式网络平台。分布式 对象是CORBA设计的基础.具有可伸缩性、安全 性、负载均衡能力和容错能力、实时性，为设 计特别性能要求的分布式系统提供了理性平台。 通过基于CORBA网络平台来设计网络虚拟GIS， 通过重用CORBA的网络结构和基本网络服务 大大的简化网络虚拟GIS网络结构设计的难度， 基于CORBA可以使网络虚拟GIS采用较灵活的 网络结构。
三 虚拟现实与网络、GIS
现在的虚拟现实技术综合了各学科的最 新研究成果，包括计算机科学、通信网 络技术、地理信息系统、遥感科学等多 领域的成果。本节主要内容：