虚拟现实技术与应用概述

3.娱乐和教育
• (1)游戏产业已经从最初的二维发展到现今主流的三维游戏 ，其娱乐性也得到了质的飞跃，三维虚拟场景技术目前也 已经广泛应用在游戏中，尤其是三维虚拟技术将游戏的参 与性、互动性和娱乐性向前推进了一大步。
• (2)为游戏用户提供了视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让 游戏玩家可及时的没有限制的观察三维空间的事物。
2.虚拟现实技术的分类
常见的虚拟现实系统主要有以下几种： • 沉浸式 VR 系统 • 桌面式 VR 系统 • 增强式 VR 系统 • 分布式 VR 系统
沉浸式虚拟现实系统
通常采用头盔式显示器、洞穴式立体显示等设备，把参与 者的视觉、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，利用空间位置跟踪定位设备、数据手套 、其他手控输入设备、声音设备等使得参与者产生一种完 全投入并沉浸于其中的感觉，是一种较理想的VR系统。
（一）虚拟现实概述
• 1.虚拟现实是什么呢？ • 虚拟现实： Virtual Reality • 本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来
，让你感觉就如真实的一样。
• 通过计算机相关技术来逼真地模拟真实场景，在 一定范围内让用户的视觉、听觉和触觉相统一。
• 用户可借助必要的交互设备用比较自然的方式与 虚拟环境中的虚拟对象进行直接交互，从而产生 身临其境的感觉。
虚拟现实技术与应用概 述
2020年4月18日星期六
报告主要内容
• （一）虚拟现实概述 • （二）虚拟现实系统的组成 • （三）具体案例分析 • （四）存在的问题
一 虚拟现实概述
二
虚拟现实系统 的组成
三 具体案例分析
四 存在的问题
概念 分类 特点 应用领域 硬件部分 Βιβλιοθήκη Baidu件部分 物理类 化学类 游戏类
桌面虚拟现实系统
• 它是利用个人计算机或图形工作站等设备，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，利用 计算机的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输 入设备实现与虚拟世界的交互。
图 4 桌面虚拟现实系统
3.虚拟现实的特点
• 常用三个“I”表示的 ，即 Immersion(沉浸)、 Interaction(交互)和Imagination(构想)。用这 三个“I”说明虚拟现实系统的三个基本特征。
（二）虚拟现实系统的组成--为什么
• 关键在于软件与硬件的支持
生成设备
硬件 感知设备
人机交互设备
软件
Virtools Cult3D Flash VRML等
视觉感知设备
1、台式立体显示系统 2、头盔式显示器 3、墙式全景立体显示装置
人机交互设备——数据衣与数据手套
人机交互设备——力觉反馈装置
• (3)虚拟现实技术使用户完全沉浸在三维虚拟场景之中，凭 借它的巨大的优势在游戏发展史上具有里程碑的作用。
植物大战僵尸3D版本
虚拟现实在教育中的应用
• (1) 虚拟校园
(2)虚拟现实实体模型应用
《基础医学》课程中神经系统部分,目前正在开发中
(3) 虚拟实验过程演示
• 将一些微观现象以虚拟的形式呈现 • 核裂变和链式反应 • 核裂变的过程在核电厂最为常见 • 裂变过程的演示
2.医学领域
• 虚拟现实技术在医学应用中有着十分重要的意义，可利用 虚拟现实技术构建模型模拟人体，医生借助感觉手套、跟 踪器很容易了解人体内部器官结构，比传统的解剖更加方 便、生动，而且能够更加仔细的观看人体内部器官结构。 另外远程遥控手术技术是现代医学研究的重点之一，借助 虚拟现实技术，医生可以跟做本地手术一样的方便、顺利
• 所谓力觉反馈是指运用先进的技术手段，将虚拟物体的空 间运动转变成周边物理设备的机械运动，使用户能够体验 到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互 界面。
（五）具体案例分析
• 物理类
• 海市蜃楼 • 光电效应虚拟实验 • 马赫波演示 • 单缝衍射实验 • 超导磁悬浮原理演示
• 化学类
• 实验室制取氧气实验
增强式虚拟现实系统
• 既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界 上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一 种系统
分布式虚拟现实系统
• 最典型的应用是SIMNET系统，SIMNET由坦克仿真器通 过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET， 位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器运行在同一个 虚拟世界中，参与同一场作战演习
交互性：Interactivity
3I
沉浸性（Immersion）
想象性（Imagination）
3.虚拟现实的特点
• （1）沉浸性 • 指用户作为主角沉浸于计算机生成的虚拟
环境中和用户投入到计算机生成的虚拟场 景中的能力，使用户在虚拟场景中有“身临 其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的 、触摸到的，完全与真实环境中感受的一 样，是虚拟现实系统的核心。
3.虚拟现实的特点
• （2）交互性 • 当物体受到力的作用时，物体会沿着力的
方向移动等。 • 热磁轮
3.虚拟现实的特点
• （3）想象性 • 在建设一座大楼之前，传统的方法是要绘
制各种图纸，而现在可以采用 VR 系统来进 行设计与仿真。制作的 VR 作品反映的就是 某个设计者的思想，而它的功能远比那些 呆板的图纸生动强大得多 • 客厅漫游
（五）具体案例分析
• 游戏类 • (1) 一般游戏： • Star Zoom • 石器时代 • 机械暴动游戏 • 第一人称射击类
(4) 虚拟实验操作
• 大连理工大学项目成果 • 项目名称：《以网络虚拟实验室为核心的
全方位、多层次化学数字化教学资源建设 》 • 液相色谱虚拟实验
4.工业设计
• 工业设计的成本在企业整体支出中的比重 越来越大
• 用数字模型代替实物模型进行开发产品， 节约了实物模型的成本，以最小的投入获 取最大的效益。
4.虚拟现实应用领域
• （1）军事与航天领域 • （2）医学领域 • （3）娱乐和教育 • （4）工业设计
1.军事与航天领域
• 利用虚拟现实技术可轻松的模拟战场环境，来取代真实 的演习，这种方式能够节约大量资金，而且更加的方便 、有效。因此模拟与训练一直是军事与航天工业中的一 个重要课题，这为虚拟现实技术提供了广阔的应用前景;