虚拟现实

虚拟场景摄制---调研

应用和产业背景

什么是虚拟现实

虚拟现实（VirtualReality.简称VR）是一种多通道的新型人机交互接口。人们可以通过视觉、听觉、触觉和加速度等多种感觉通道感知计算机模拟的虚拟世界。可以通过移动、语言、表情、手势和视线等最自然的方式和虚拟世界交互。从而产生身临其境的体验。虚拟现实技术是计算机技术、传感器技术、人机交互技术、人工智能技术等多种技术的综合发展。目前已经在军事、医疗、教育、娱乐、制造业、工程训练等各个方面得到应用。它被认为是当前及将来影响人们生活的重要技术之一。

虚拟现实的研究开发工作可追溯到80年代初。如1983年美国国防部制定了SIMENT的研究计划；1985年SGI公司成功开发了网络VR游戏DogFlight。到90年代初，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面：虚拟战场环境，当兵模拟训练，实施诸军兵种联合演习，指挥员训练。

目前虚拟现实系统主要划分为四个层次：一是桌面虚拟现实系统，也称为窗口中的VR。它可以通过桌上型机实现，所以成本比较低，功能比较简单，主要用于CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)建筑设计、桌面游戏等领域。二是增强现实性虚拟现实系统，又称为混合虚拟现实系统，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。三是沉浸虚拟现实系统，例如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。四是网络分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用。网络分布式虚拟现实将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络连接起来，采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在实践和空间上相互耦合的虚拟/合成环境，参与者可自由地进行交互作用。目前，分布式虚拟交互仿真已经成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、MA等相关标准。网络分布式虚拟现实在航天中极具应用价值，例如，国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式虚拟现实训练环境不需再各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费用，而且也减少了人员出差费用和异地生活的不适。

虚拟现实的特征

沉浸感，是指作为主角的人感受到的虚拟环境的真实性。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度，从而用户全身心的投入到计算机创造的三维虚拟环境中；该环境中的一切看上去都是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来是真的，如同在现实世界中一样。

交互性，是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例如，用户可以用手直接抓取虚拟环境中的物体，手有触摸感，并可以感觉物体的重量。

想象力，是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认识能力全方位的获得知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。

虚拟现实系统的类型

虚拟现实系统根据用户参与形式的不同一般分为4种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式，使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟环境的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他装备，

使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户即可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户联结起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历。

虚拟现实的应用

虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。典型的应用领域有：

(1)教育应用:把分布式虚拟现实系统用于建造人体模型、电脑太空旅游、化合物

分子结构显示等领域，由于数据更加逼真，大大提高了学生的想象力、激发了受教育者的学习兴趣，效果十分显著。同时，随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的相互结合、促进和发展，系统因此能够提供更加协调的人机对话方式。

(2)工程应用：当前的工程很大程度上要依赖于图形工具，以便直观的显示各种

产品，目前，CAD/CAM已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。分布式虚拟现实系统的应用将使人员能够通过全球网或者局域网按照协作的方式进行三维模型的设计、交流和发布，从而进一步提高生产效率并削减成本。

(3)商业应用：对于那些期望与顾客建立直接联系的公司，尤其是那些在他们的

主要上向顾客发送电子公告的公司。Internet具有特别的吸引力。分布式虚拟系统的应用有可能大幅度改善顾客购买商品的经历。

(4)娱乐应用：娱乐领域是虚拟现实系统的一个重要应用领域。它能够提供更为

逼真的虚拟环境，从而使人们能够享受其中的乐趣，带来更好的娱乐感觉。

人机交互，

激光全息投影地图，可以直接用手对图片进行处理

“第六感”系统

功能需求分析

难点和关键技术

验证环境和工作流程