虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實的發(fā)展虛擬地理環(huán)境分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)增強現(xiàn)實一、虛擬地理環(huán)境

地理學+虛擬現(xiàn)實技術(shù)GIS+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬地理環(huán)境數(shù)字城市+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬城市地理學+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬GIS概念地理環(huán)境：包括作為主體的人類社會以及圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、社會文化環(huán)境等。虛擬地理環(huán)境虛擬地理環(huán)境包括作為主體的化身人類社會和圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境、虛擬圖形境象環(huán)境、虛擬經(jīng)濟環(huán)境、虛擬社會、政治文化環(huán)境。比較：人類社會——化身人類社會化身人：現(xiàn)實世界中的人與虛擬世界中的化身相結(jié)合后的集合整體；用戶在虛擬世界中的三維圖形表達。比較：環(huán)境自然環(huán)境經(jīng)濟環(huán)境社會、文化環(huán)境硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟環(huán)境虛擬社會、文化環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境三維世界虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實地理環(huán)境一樣，是人類可以生活、工作、生產(chǎn)和消費的一個空間世界；是一個包含空間系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的開放的、復雜性巨系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟環(huán)境虛擬社會、文化環(huán)境實境虛境實境虛境計算機因特網(wǎng)通信和傳感設備數(shù)據(jù)圖形實體或符號實境虛境三維虛擬世界虛擬社會世界虛擬地理環(huán)境現(xiàn)實地理環(huán)境地理位置空間節(jié)點密度反映兩者之間的相互影響和相互作用強度和頻度2、內(nèi)表達數(shù)據(jù)層面數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的存儲與感知數(shù)據(jù)打開圖形處理3、外表達境象層面內(nèi)表達數(shù)據(jù)的外化、知覺化數(shù)據(jù)的三維圖形視覺表達山脈平原房屋樹、云化身……4、單主體感知認知層面信息交互感知虛擬世界視覺聽覺力覺觸覺嗅覺味覺5、互主題社會層面化身人之間化身人類社會與軟硬件環(huán)境化身人類社會與虛擬社會圖形環(huán)境化身人=自然人+化身化身：化身人類在虛擬界中的身份，采用不同形態(tài)、性別的化身會影響化身人類在虛擬結(jié)合縣世界的心理狀態(tài)和社會行為。虛擬社群：VGE特點：虛擬地理環(huán)境強調(diào)“人”的作用化身人使‘虛擬’變得更為真實化身人使人們愿意加入到虛擬的地理環(huán)境中，親身體驗虛擬環(huán)境帶來的多方面的感受；虛擬地理環(huán)境強調(diào)‘虛擬’而非‘數(shù)字’不僅僅是數(shù)據(jù)庫和幾何模型的建設，強調(diào)人的地位，強調(diào)許多地理信息與地理知識在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的意義。虛擬環(huán)境與仿真環(huán)境不同仿真是通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究一個存在的或設計中的系統(tǒng)仿真環(huán)境即運用仿真技術(shù)描述現(xiàn)實環(huán)境；虛擬環(huán)境是用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來描述真實環(huán)境，使人和計算機融為一體，帶來‘沉浸感，交互感和想象力’虛擬地理環(huán)境與其他模擬環(huán)境的本質(zhì)區(qū)別：建立模型的方式人-機關(guān)系VGE為公眾參與提供媒介VGE需要空間數(shù)據(jù)庫的支持，需要支持交互探索分析的環(huán)境；VGE強調(diào)人/系統(tǒng)的（交互）融合，強調(diào)‘身臨其境’的感受；VGE的發(fā)展、演化虛擬群落虛擬村落虛擬城市概念的發(fā)展地理學計算機技術(shù)、GIS虛擬地理環(huán)境的產(chǎn)生GIS與虛擬現(xiàn)實GIS：三維可視化模塊，用于數(shù)字高程模型的三維可視呈現(xiàn)與分析；虛擬GIS把GIS中三維可視化模塊提高到了整個系統(tǒng)的核心地位把用戶與地學數(shù)據(jù)的三維視覺、聽覺等多感覺實時交互作為系統(tǒng)的存在基礎；把觀察者加入到GIS中，成為一個參與者和系統(tǒng)設計的重心虛擬地理環(huán)境：把人與人之間的交互與交流考慮進來地理學語言虛擬地理學虛擬地理學研究虛擬地理環(huán)境的特征與規(guī)律，以及虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實地理環(huán)境相互關(guān)系的一門科學二、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概念DVR：分布式虛擬現(xiàn)實可以看作是基于網(wǎng)絡的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是可供多用戶同時異地參與的分布式虛擬環(huán)境，處于不同地理位置的用戶如同進入到同一個真實環(huán)境中，通過姿勢、聲音或文字等“在一起”進行交流、學習、訓練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件復雜產(chǎn)品的設計或進行同一任務的演練。VR系統(tǒng)：單用戶虛擬環(huán)境漫游、交互DVR系統(tǒng)：關(guān)聯(lián)局部虛擬環(huán)境—大虛擬環(huán)境不同地域用戶交互DVR研究的網(wǎng)絡平臺：一、在Internet上可追溯到早期基于文本的多參與者游戲MUD，還有基于VRML標準的遠程虛擬購物等。虛擬現(xiàn)實建模語言是一種可以發(fā)布3D網(wǎng)頁的跨平臺語言，可提供一種更自然的體驗方式，包括交互性、動態(tài)效果、延續(xù)性以及用戶的參與探索。

多個不同位置的用戶實時交互。二、在高速專用網(wǎng)上——如美國軍方國防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境是1983年美國陸軍制定的虛擬環(huán)境研究計劃，這一計劃將分散在不同地點的地面坦克、車輛仿真器通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)合在一起，進行各種復雜任務的訓練和作戰(zhàn)演練。1994年開始，美國陸軍與美國大西洋司令部聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭綜合演練場的研究，建成了一個包括海陸空多兵種、有3700多個仿真實體參與的地域范圍覆蓋500公里×750公里的軍事演練環(huán)境。

DVR應用產(chǎn)品設計與性能評價波音777飛機的設計是虛擬原型機的應用典型實例，這是飛機設計史上第一次在設計過程中沒有采用實物模型。波音777由300萬個零件組成，所有的設計在一個由數(shù)百臺計算機工作站組成的虛擬環(huán)境中進行。設計師們戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設計中的虛擬“飛機”，審視“飛機”的各項設計指標。教育與娛樂領域：使學生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運動軌跡和體驗愛因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。第一個大規(guī)模的VR娛樂系統(tǒng)“BattleTech"，將每個“座艙”仿真器連網(wǎng)進行組之間的對抗，3D逼真視景、游戲桿、油門、剎車和受到打擊時的晃動給用戶很強的感官刺激。高難度和危險環(huán)境下的作業(yè)訓練如醫(yī)療手術(shù)訓練的VR系統(tǒng)，用我們已經(jīng)掌握的人體數(shù)據(jù)在計算機中重構(gòu)人體或某一器官的幾何模型，并賦予一定的物理特征（例如密度、韌度、組織比例等），通過機械手或數(shù)據(jù)手套等高精度的交互工具在計算機中模擬手術(shù)過程，以達到訓練、研究的目的。北京航空航天大學計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室集成的分布式虛擬環(huán)境；浙江大學心理學國家重點實驗室開發(fā)的虛擬故宮、CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；國內(nèi)的VR：清華大學計算機系對虛擬現(xiàn)實和臨場感方面進行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗等方面都具有不少獨特的方法；西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所、上海交通大學等國內(nèi)的VR：北航計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室與國防科技大學、浙江大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所和解放軍測繪學院等單位一起建立了一個用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究和應用的分布式虛擬環(huán)境基礎信息平臺，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個專用計算機網(wǎng)絡以及支持分布式虛擬環(huán)境研究與應用的各種標準、開發(fā)工具和基礎信息數(shù)據(jù)（如三維逼真地形）組成。

基于DVENET，一個分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境被成功開發(fā)出來。應用DVENET，可以實現(xiàn)包含遠程的數(shù)十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥?。參演人員（即用戶）可以通過不同的交互方式控制真實的或虛擬的武器仿真平臺在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進行異地協(xié)同與對抗戰(zhàn)術(shù)演練。

“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”給中國科學技術(shù)館研制的，用戶可以駕駛虛擬直升機飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體驗VR的魅力；三、增強現(xiàn)實概念增強現(xiàn)實（AR，AugmentedReality）是指虛擬世界直接疊加在人感知的真實世界之上；增強現(xiàn)實優(yōu)點真實感強、以假亂真建模工作量小特性組合實際與虛擬環(huán)境真實的景物與虛擬的景物交互重疊實時交互定位在3D空間與虛擬現(xiàn)實區(qū)別場景生成器AR：數(shù)據(jù)量小、真實感要求不強VR：數(shù)據(jù)量大，真實感強與虛擬現(xiàn)實區(qū)別顯示設備AR：要求低，光學透視式HMDVR：全彩色、高分辨率、寬視場HMD與虛擬現(xiàn)實區(qū)別跟蹤和傳感設備AR：要求高與VRVR：發(fā)展1960年代——開始在哈佛大學及猶他大學任教的IvanSutherland，與兩所大學的學生共同開發(fā)出了第一套初期的AR系統(tǒng)。1970與80年代美國空軍的阿姆斯特朗實驗室、航天總署艾密斯研究中心，以及北卡羅來納大學教堂山分校，有部份人員從事AR的相關(guān)研究。1990年初期波音公司的幾位科學家為了協(xié)助工人裝配管線設備，才創(chuàng)造出了「擴增實境」（AugmentedReality）這一名詞。國內(nèi)研究機構(gòu)：北京理工大學國防科技大學西安石油學院電子科技大學華中科技大學上海大學等國外研究機構(gòu)：德國SIEMENSAG、美國哥倫比亞大學、澳大利亞Vienna大學、日本Nara協(xié)會等與AR系統(tǒng)相關(guān)的國際專利108篇，1995年至今如德國專利DE10108064的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，用視頻或音頻信息進行綜合視覺跟蹤；系統(tǒng)包括：目標跟蹤系統(tǒng)；圖像記錄單元；注釋系統(tǒng)美國專利US2002191003涉及的增強現(xiàn)實顯