虚拟现实技术基础与应用.ppt

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1、第一章虚拟现实技术概论1.1虚拟现实技术概述1.1.1虚拟现实技术的定义关于虚拟现实技术的定义，目前尚无统一的标准，有多种不同的定义，主要分为有狭义和广义两种：所谓狭义的定义，认为虚拟现实技术就是一种先进的人机交互方式。所谓广义的定义，即为对虚拟想象（三维可视化的）或真实的、多感官的三维虚拟世界的模拟。1、人机接口形式的改进在虚拟现实系统中，用户可以利用自己的视觉、听觉、力觉、嗅觉等来感知环境2、人机交互内容的改进虚拟现实系统中，由计算机提供的不仅是“数据、信息”，而且还包括多种媒体信息的“环境”，以环境作为计算机处理的对象和人机交互的内容3、人机接口效果的改进在虚拟现实系统中，用户通过基于

2、自然的特殊设备进行交互，得到逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感知效果，使人产生身临其境的感觉1.1.2虚拟现实技术的发展历程1.虚拟现实技术的探索阶段2.虚拟现实技术系统化阶段3.虚拟现实技术高速发展的阶段1.1.3虚拟现实系统的组成1、计算机在虚拟现实系统中，计算机是系统的心脏，被称之为虚拟世界的发动机。2、输入与输出设备常用的设备有用于手势输入的数据手套、用于语音交互的三维声音系统、用于立体视觉输出的头盔式显示器等。虚拟现实概述人机接口设备3、虚拟现实系统的应用软件在虚拟现实系统中，应用软件完成的功能有：虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、运动模型的建立；三维虚拟立体声的生成；模型管理技术

3、及实时显示技术、虚拟世界数据库的建立与管理等。4、数据库虚拟世界数据库主要存放的是整个虚拟世界中所有物体的各方面信息。1.1.4虚拟现实技术与其他技术1．计算机图形学计算机图形学（ComputerGraphics：CG）是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。它研究的基本内容是如何在计算机中表示图形，以及如何利用计算机进行图形的生成、处理和显示的相关原理与算法。2．多媒体技术所谓媒体（Media），通常认为包括着两种含义。一种是指信息的物理载体（即存储和传递信息的实体），如纸质的书、照片、磁盘、光盘、磁带以及相关的播放设备等；另一种含义是指信息的表现形式（或称传播形式），如文本、

4、声音、图像、动画等媒体分成5类：（1）感觉媒体（2）表示媒体（3）表现媒体（4）存储媒体（5）传输媒体3．系统仿真技术系统仿真技术是一种实验技术，它为一些复杂系统创造了一种计算机实验环境，使系统的未来性能测试和长期动态特性能在相对极短的时间内在计算机上得到实现4．虚拟现实技术与计算机图形学、多媒体技术、仿真技术（1）虚拟现实技术与计算机图形学计算机图形学的任务是在计算机上生成看起来是真的，动起来像真的图像，而用户通过显示器(犹如一个窗户)观看计算机生成的图像所构造的景象。（2）虚拟现实技术与多媒体技术（3）虚拟现实技术与系统仿真技术虚拟现实系统侧重于表现形式，而系统仿真则侧重于真实复杂世界的

5、科学抽象。5.虚拟现实技术与三维动画技术传统三维动画是依靠计算机预先处理好的含有某些场景或物体等的静态图片连续播放形成，不具有任何交互性；而虚拟现实技术可以根据用户的需要把整个空间中所有的信息真实地提供给用户，用户可根据自己的路线行走.1.1.5虚拟现实技术的实现意义与影响1．在观念上，从“以计算机为主体”变成“以人为主体”2．在哲学上使人进一步认识“虚”和“实”之间的辩证关系3．引起了一系列的技术和手段的重大变革4．促进了理论与技术的进步5．促进了计算机学科的发展与交叉6．为人类认识世界提供了全新的方法与手段，对人类的生活产生了重大的影响德国卡尔斯鲁厄大学的虚拟腹腔镜手术1.2虚拟现实技术

6、的特性1.2.1沉浸性(Immersion)1、视觉沉浸视觉通道给人的视觉系统提供图形显示。2、听觉沉浸虚拟现实系统中，主要让用户感觉到的是三维虚拟声音3、触觉沉浸在虚拟现实系统中，可以借助于各种特殊的交互设备，使用户能体验抓、握等操作的感觉。4、嗅觉沉浸只要把虚拟空间中的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处释放出水果的香味。5、身体感觉沉浸、味觉沉浸等1.2.2交互性(Interactivity)虚拟现实技术的交互性具有以下特点：①虚拟环境中人的参与与反馈②人机交互的有效性③人机交互的实时性1.2.3 想象性(Imagination )想象性指虚拟的环境是人想象出来的，同时这种想象体现出设

7、计者相应的思想，因而可以用来实现一定的目标。1.3虚拟现实系统分类1.3.1沉浸式ＶＲ系统（ImmersiveVR）沉浸式虚拟现实系统是一种高级的、较理想的虚拟现实系统，它提供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。沉浸式虚拟现实系统具有以下五个特点：①具有高度实时性能。②具有高度的沉浸感。③具有良好的系统集成度与整合性能。④具有良好的开放性。⑤能同时支持多种输入与输出设备并行工作。1.