虚拟现实技术初探.doc

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1、主讲人：朱华华地理信息论坛系列讲座(四)2010年12月1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四网络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:虚拟校园旅游七发展展望与存在的问题附录:参考文献一概述有虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域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.动作等行为的人机交互技术.传统的信息处理环境一直是”人适应计

2、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。综合运用”虚物实化”和”实物虚化”，使得虚拟环境中既有计算机创造出来的虚拟实体，又有真实世界物景。1.2浸没感(Immersion)交互性(Interaction)想象性(Imagination)有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

3、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有多感知是指除了一般计算机技术所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。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)o强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也

4、可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。例如，建筑一个现代化的大厦,虚拟现实可以把设计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。1.3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虚拟现实三维动画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。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。操纵者

5、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。虚拟现实三维动画支持立体显示和3D立体声，三维空间真实。不支持没有时间限制，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。受动画制作时间限制，无法详尽展示，性价比低。在实时三维环境中，支持方案调整、评估、管理、信息查询等事务处理功能，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。只适合简单的演示功能。1.5娱乐:游戏电影

6、商品展示(如家居，家电等)产品性能测试文明重建与虚拟旅游大型工程规划其它:教育医疗科技军事等VR一个典型的虚拟现实系统由空间数据采集系统、人体数据捕捉系统、三维显示设备、三维控制设备以及和计算机系统构成。空间数据采集系统、人体数据捕捉系统为虚拟环境建立空间模型;三维显示设备、三维控制设备同属于三维交互设备，设计和制造出性能优越的三维交互设备是虚拟现实技术的关键。空间数据采集系统人体数据捕捉系统计算机系统超级图形工作站三维控制设备三维显示设备采集交互空间数据采集系统空间数据采集系统，通过卫星遥???、航空遥感和全球定位系统等获取及时空间数据,建立准确实时的虚拟现实空间环境。人体数据捕捉

7、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。表情:人脸55500种表情,15块面部肌肉。分为:眼睛、眼皮、眉毛、脸颊、嘴、鼻子。动作:与真人类似,包括简单动作与智能动作,满足物理学规律与人体运动学规律，建立动作库将身体分为骨骼层和外形层，主要由骨骼层决定动作。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