虛擬現(xiàn)實技術與應用概述課件

虛擬現(xiàn)實技術與應用概述信息技術學院葛巖虛擬現(xiàn)實技術與應用概述信息技術學院1報告主要內(nèi)容（一）虛擬現(xiàn)實概述（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成（三）具體案例分析（四）存在的問題報告主要內(nèi)容（一）虛擬現(xiàn)實概述2一虛擬現(xiàn)實概述概念分類特點應用領域二虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成硬件部分軟件部分三具體案例分析物理類化學類游戲類四存在的問題一虛擬現(xiàn)實概述概念分類特點應用領域二虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成硬件部3（一）虛擬現(xiàn)實概述1.虛擬現(xiàn)實是什么呢？虛擬現(xiàn)實：VirtualReality本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術虛擬出來，讓你感覺就如真實的一樣。通過計算機相關技術來逼真地模擬真實場景，在一定范圍內(nèi)讓用戶的視覺、聽覺和觸覺相統(tǒng)一。用戶可借助必要的交互設備用比較自然的方式與虛擬環(huán)境中的虛擬對象進行直接交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。（一）虛擬現(xiàn)實概述1.虛擬現(xiàn)實是什么呢？42.虛擬現(xiàn)實技術的分類常見的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有以下幾種：沉浸式VR系統(tǒng)桌面式VR系統(tǒng)增強式VR系統(tǒng)分布式VR系統(tǒng)2.虛擬現(xiàn)實技術的分類常見的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有以下幾種：5沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置跟蹤定位設備、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸入設備、聲音設備等使得參與者產(chǎn)生一種完全投入并沉浸于其中的感覺，是一種較理想的VR系統(tǒng)。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設備6增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)既允許用戶看到真實世界，同時也能看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結合起來的一種系統(tǒng)增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)既允許用戶看到真實世界，同時也能看到疊加在7分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最典型的應用是SIMNET系統(tǒng)，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡連接而成，用于部隊的聯(lián)合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器運行在同一個虛擬世界中，參與同一場作戰(zhàn)演習分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最典型的應用是SIMNET系統(tǒng)，SIMN8桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)它是利用個人計算機或圖形工作站等設備，采用立體圖形、自然交互等技術，產(chǎn)生三維立體空間的交互場景，利用計算機的屏幕作為觀察虛擬世界的一個窗口，通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬世界的交互。圖4桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)它是利用個人計算機或圖形工作站等設備，采用立93.虛擬現(xiàn)實的特點常用三個“I”表示的，即Immersion(沉浸)、Interaction(交互)和Imagination(構想)。用這三個“I”說明虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個基本特征。3I沉浸性（Immersion）想象性（Imagination）交互性：Interactivity3.虛擬現(xiàn)實的特點常用三個“I”表示的，即Immersi103.虛擬現(xiàn)實的特點（1）沉浸性指用戶作為主角沉浸于計算機生成的虛擬環(huán)境中和用戶投入到計算機生成的虛擬場景中的能力，使用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。它所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實環(huán)境中感受的一樣，是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心。3.虛擬現(xiàn)實的特點（1）沉浸性113.虛擬現(xiàn)實的特點（2）交互性當物體受到力的作用時，物體會沿著力的方向移動等。熱磁輪3.虛擬現(xiàn)實的特點（2）交互性123.虛擬現(xiàn)實的特點（3）想象性在建設一座大樓之前，傳統(tǒng)的方法是要繪制各種圖紙，而現(xiàn)在可以采用VR系統(tǒng)來進行設計與仿真。制作的VR作品反映的就是某個設計者的思想，而它的功能遠比那些呆板的圖紙生動強大得多客廳漫游3.虛擬現(xiàn)實的特點（3）想象性134.虛擬現(xiàn)實應用領域（1）軍事與航天領域（2）醫(yī)學領域（3）娛樂和教育（4）工業(yè)設計4.虛擬現(xiàn)實應用領域（1）軍事與航天領域141.軍事與航天領域利用虛擬現(xiàn)實技術可輕松的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，來取代真實的演習，這種方式能夠節(jié)約大量資金，而且更加的方便、有效。因此模擬與訓練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為虛擬現(xiàn)實技術提供了廣闊的應用前景;1.軍事與航天領域利用虛擬現(xiàn)實技術可輕松的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，來取152.醫(yī)學領域虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學應用中有著十分重要的意義，可利用虛擬現(xiàn)實技術構建模型模擬人體，醫(yī)生借助感覺手套、跟蹤器很容易了解人體內(nèi)部器官結構，比傳統(tǒng)的解剖更加方便、生動，而且能夠更加仔細的觀看人體內(nèi)部器官結構。另外遠程遙控手術技術是現(xiàn)代醫(yī)學研究的重點之一，借助虛擬現(xiàn)實技術，醫(yī)生可以跟做本地手術一樣的方便、順利2.醫(yī)學領域虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學應用中有著十分重要的意義，可利163.娛樂和教育(1)游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的二維發(fā)展到現(xiàn)今主流的三維游戲，其娛樂性也得到了質的飛躍，三維虛擬場景技術目前也已經(jīng)廣泛應用在游戲中，尤其是三維虛擬技術將游戲的參與性、互動性和娛樂性向前推進了一大步。(2)為游戲用戶提供了視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓游戲玩家可及時的沒有限制的觀察三維空間的事物。(3)虛擬現(xiàn)實技術使用戶完全沉浸在三維虛擬場景之中，憑借它的巨大的優(yōu)勢在游戲發(fā)展史上具有里程碑的作用。3.娛樂和教育(1)游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的二維發(fā)展到現(xiàn)今主流的17植物大戰(zhàn)僵尸3D版本植物大戰(zhàn)僵尸3D版本18虛擬現(xiàn)實在教育中的應用(1)虛擬校園虛擬現(xiàn)實在教育中的應用(1)虛擬校園19(2)虛擬現(xiàn)實實體模型應用《基礎醫(yī)學》課程中神經(jīng)系統(tǒng)部分,目前正在開發(fā)中(2)虛擬現(xiàn)實實體模型應用《基礎醫(yī)學》課程中神經(jīng)系統(tǒng)部分,目20(3)虛擬實驗過程演示將一些微觀現(xiàn)象以虛擬的形式呈現(xiàn)核裂變和鏈式反應核裂變的過程在核電廠最為常見裂變過程的演示(3)虛擬實驗過程演示將一些微觀現(xiàn)象以虛擬的形式呈現(xiàn)21(4)虛擬實驗操作大連理工大學項目成果項目名稱：《以網(wǎng)絡虛擬實驗室為核心的全方位、多層次化學數(shù)字化教學資源建設》液相色譜虛擬實驗(4)虛擬實驗操作大連理工大學項目成果224.工業(yè)設計工業(yè)設計的成本在企業(yè)整體支出中的比重越來越大用數(shù)字模型代替實物模型進行開發(fā)產(chǎn)品，節(jié)約了實物模型的成本，以最小的投入獲取最大的效益。4.工業(yè)設計工業(yè)設計的成本在企業(yè)整體支出中的比重越來越大23虛擬現(xiàn)實技術與應用概述24（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成--為什么關鍵在于軟件與硬件的支持硬件軟件感知設備生成設備人機交互設備VirtoolsCult3DFlashVRML等（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成--為什么關鍵在于軟件與硬件的支持硬25視覺感知設備1、臺式立體顯示系統(tǒng)2、頭盔式顯示器3、墻式全景立體顯示裝置視覺感知設備1、臺式立體顯示系統(tǒng)2、頭盔式顯示器3、墻式全景26人機交互設備——數(shù)據(jù)衣與數(shù)據(jù)手套

人機交互設備——數(shù)據(jù)衣與數(shù)據(jù)手套27人機交互設備——力覺反饋裝置所謂力覺反饋是指運用先進的技術手段，將虛擬物體的空間運動轉變成周邊物理設備的機械運動，使用戶能夠體驗到真實的力度感和方向感，從而提供一個嶄新的人機交互界面。人機交互設備——力覺反饋裝置所謂力覺反饋是指運用先進的技術手28（五）具體案例分析物理類海市蜃樓光電效應虛擬實驗馬赫波演示單縫衍射實驗超導磁懸浮原理演示化學類實驗室制取氧氣實驗（五）具體案例分析物理類29（五）具體案例分析游戲類(1)一般游戲：StarZoom石器時代機械暴動游戲第一人稱射擊類（五）具體案例分析游戲類30（五）具體案例分析(2)教育類游戲看昆蟲學游戲認識人民幣記憶游戲環(huán)保游戲—撿瓶子（五）具體案例分析(2)教育類游戲31（六）目前發(fā)展中存在的問題1、虛擬現(xiàn)實硬件設備的“貴族化”首先需要昂貴的外部設備，無論是高分辨率的頭盔顯示器，空間定位器，還是高精度的數(shù)據(jù)手套，都是價格不菲。其次，為完成復雜場景的實時渲染，還需要高性能的圖形工作站以及相應軟件（六）目前發(fā)展中存在的問題1、虛擬現(xiàn)實硬件設備的“貴族化”32（六）目前發(fā)展中存在的問題2、繁瑣的三維建?；趫D形的虛擬環(huán)境首先要解決的問題便是三維造型。模型數(shù)量多，會影響渲染速度（六）目前發(fā)展中存在的問題2、繁瑣的三維建模33（六）目前發(fā)展中存在的問題3、數(shù)據(jù)量大虛擬現(xiàn)實要想得到很大的發(fā)展，需要與Internet結合，這恐怕已是不爭的事實。目前虛擬現(xiàn)實技術應用的數(shù)據(jù)量仍然很大，在現(xiàn)有網(wǎng)絡速度條件下，用戶需要等待較長實踐，這往往令人難以忍受。應該在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中考慮數(shù)據(jù)壓縮問題，隨著技術的進步，會慢慢解決。（六）目前發(fā)展中存在的問題3、數(shù)據(jù)量大34虛擬現(xiàn)實技術與應用概述信息技術學院葛巖虛擬現(xiàn)實技術與應用概述信息技術學院35報告主要內(nèi)容（一）虛擬現(xiàn)實概述（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成（三）具體案例分析（四）存在的問題報告主要內(nèi)容（一）虛擬現(xiàn)實概述36一虛擬現(xiàn)實概述概念分類特點應用領域二虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成硬件部分軟件部分三具體案例分析物理類化學類游戲類四存在的問題一虛擬現(xiàn)實概述概念分類特點應用領域二虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成硬件部37（一）虛擬現(xiàn)實概述1.虛擬現(xiàn)實是什么呢？虛擬現(xiàn)實：VirtualReality本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術虛擬出來，讓你感覺就如真實的一樣。通過計算機相關技術來逼真地模擬真實場景，在一定范圍內(nèi)讓用戶的視覺、聽覺和觸覺相統(tǒng)一。用戶可借助必要的交互設備用比較自然的方式與虛擬環(huán)境中的虛擬對象進行直接交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。（一）虛擬現(xiàn)實概述1.虛擬現(xiàn)實是什么呢？382.虛擬現(xiàn)實技術的分類常見的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有以下幾種：沉浸式VR系統(tǒng)桌面式VR系統(tǒng)增強式VR系統(tǒng)分布式VR系統(tǒng)2.虛擬現(xiàn)實技術的分類常見的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有以下幾種：39沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置跟蹤定位設備、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸入設備、聲音設備等使得參與者產(chǎn)生一種完全投入并沉浸于其中的感覺，是一種較理想的VR系統(tǒng)。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設備40增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)既允許用戶看到真實世界，同時也能看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結合起來的一種系統(tǒng)增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)既允許用戶看到真實世界，同時也能看到疊加在41分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最典型的應用是SIMNET系統(tǒng)，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡連接而成，用于部隊的聯(lián)合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器運行在同一個虛擬世界中，參與同一場作戰(zhàn)演習分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最典型的應用是SIMNET系統(tǒng)，SIMN42桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)它是利用個人計算機或圖形工作站等設備，采用立體圖形、自然交互等技術，產(chǎn)生三維立體空間的交互場景，利用計算機的屏幕作為觀察虛擬世界的一個窗口，通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬世界的交互。圖4桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)它是利用個人計算機或圖形工作站等設備，采用立433.虛擬現(xiàn)實的特點常用三個“I”表示的，即Immersion(沉浸)、Interaction(交互)和Imagination(構想)。用這三個“I”說明虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個基本特征。3I沉浸性（Immersion）想象性（Imagination）交互性：Interactivity3.虛擬現(xiàn)實的特點常用三個“I”表示的，即Immersi443.虛擬現(xiàn)實的特點（1）沉浸性指用戶作為主角沉浸于計算機生成的虛擬環(huán)境中和用戶投入到計算機生成的虛擬場景中的能力，使用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。它所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實環(huán)境中感受的一樣，是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心。3.虛擬現(xiàn)實的特點（1）沉浸性453.虛擬現(xiàn)實的特點（2）交互性當物體受到力的作用時，物體會沿著力的方向移動等。熱磁輪3.虛擬現(xiàn)實的特點（2）交互性463.虛擬現(xiàn)實的特點（3）想象性在建設一座大樓之前，傳統(tǒng)的方法是要繪制各種圖紙，而現(xiàn)在可以采用VR系統(tǒng)來進行設計與仿真。制作的VR作品反映的就是某個設計者的思想，而它的功能遠比那些呆板的圖紙生動強大得多客廳漫游3.虛擬現(xiàn)實的特點（3）想象性474.虛擬現(xiàn)實應用領域（1）軍事與航天領域（2）醫(yī)學領域（3）娛樂和教育（4）工業(yè)設計4.虛擬現(xiàn)實應用領域（1）軍事與航天領域481.軍事與航天領域利用虛擬現(xiàn)實技術可輕松的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，來取代真實的演習，這種方式能夠節(jié)約大量資金，而且更加的方便、有效。因此模擬與訓練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為虛擬現(xiàn)實技術提供了廣闊的應用前景;1.軍事與航天領域利用虛擬現(xiàn)實技術可輕松的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，來取492.醫(yī)學領域虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學應用中有著十分重要的意義，可利用虛擬現(xiàn)實技術構建模型模擬人體，醫(yī)生借助感覺手套、跟蹤器很容易了解人體內(nèi)部器官結構，比傳統(tǒng)的解剖更加方便、生動，而且能夠更加仔細的觀看人體內(nèi)部器官結構。另外遠程遙控手術技術是現(xiàn)代醫(yī)學研究的重點之一，借助虛擬現(xiàn)實技術，醫(yī)生可以跟做本地手術一樣的方便、順利2.醫(yī)學領域虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學應用中有著十分重要的意義，可利503.娛樂和教育(1)游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的二維發(fā)展到現(xiàn)今主流的三維游戲，其娛樂性也得到了質的飛躍，三維虛擬場景技術目前也已經(jīng)廣泛應用在游戲中，尤其是三維虛擬技術將游戲的參與性、互動性和娛樂性向前推進了一大步。(2)為游戲用戶提供了視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓游戲玩家可及時的沒有限制的觀察三維空間的事物。(3)虛擬現(xiàn)實技術使用戶完全沉浸在三維虛擬場景之中，憑借它的巨大的優(yōu)勢在游戲發(fā)展史上具有里程碑的作用。3.娛樂和教育(1)游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的二維發(fā)展到現(xiàn)今主流的51植物大戰(zhàn)僵尸3D版本植物大戰(zhàn)僵尸3D版本52虛擬現(xiàn)實在教育中的應用(1)虛擬校園虛擬現(xiàn)實在教育中的應用(1)虛擬校園53(2)虛擬現(xiàn)實實體模型應用《基礎醫(yī)學》課程中神經(jīng)系統(tǒng)部分,目前正在開發(fā)中(2)虛擬現(xiàn)實實體模型應用《基礎醫(yī)學》課程中神經(jīng)系統(tǒng)部分,目54(3)虛擬實驗過程演示將一些微觀現(xiàn)象以虛擬的形式呈現(xiàn)核裂變和鏈式反應核裂變的過程在核電廠最為常見裂變過程的演示(3)虛擬實驗過程演示將一些微觀現(xiàn)象以虛擬的形式呈現(xiàn)55(4)虛擬實驗操作大連理工大學項目成果項目名稱：《以網(wǎng)絡虛擬實驗室為核心的全方位、多層次化學數(shù)字化教學資源建設》液相色譜虛擬實驗(4)虛擬實驗操作大連理工大學項目成果564.工業(yè)設計工業(yè)設計的成本在企業(yè)整體支出中的比重越來越大用數(shù)字模型代替實物模型進行開發(fā)產(chǎn)品，節(jié)約了實物模型的成本，以最小的投入獲取最大的效益。4.工業(yè)設計工業(yè)設計的成本在企業(yè)整體支出中的比重越來越大57虛擬現(xiàn)實技術與應用概述58（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成--為什么關鍵在于軟件與硬件的支持硬件軟件感知設備生成設備人機交互設備VirtoolsCult3DFlashVRML等（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成--為什么關鍵在于軟件與硬件的支持硬59視覺感知設備1、臺式立體顯示系統(tǒng)2、頭盔式顯示器3、墻式全景立體顯示裝置視覺感知設備1、臺式立體顯示系統(tǒng)2、頭盔式顯示器3、墻式全景60人機交互設備——數(shù)據(jù)衣與數(shù)據(jù)手套

人機交互設備——數(shù)據(jù)衣與數(shù)據(jù)手套61人機交互設備——力覺反饋裝置所謂力覺反饋