虛擬現(xiàn)實(shí)概論

虛擬現(xiàn)實(shí)楊剛yanggang@內(nèi)容目錄虛擬現(xiàn)實(shí)概念與分析虛擬世界的構(gòu)建與VR引擎基于圖像的VR技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用方式虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的圖形技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)引見總結(jié)與思索20:49S.2“虛〞與“實(shí)〞昔者莊周夢(mèng)為蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻適志與！不知周也。俄然覺，那么蘧蘧然周也。不知周之夢(mèng)為蝴蝶與，蝴蝶之夢(mèng)為周與？——<莊子·齊物論>“IthinkthereforeIam〞柏拉圖：真正的世界只是存在于我們的想象中。笛卡爾：我思故我在！佛陀：一切有為法，如夢(mèng)境泡影，如露亦如電，應(yīng)作如是觀…記憶裂痕虛擬偶像〔SIMONE，又名虛擬情人、西蒙妮〕15’11〞、22’00〞、37’逃出克隆島〔TheIsland〕時(shí)空悍將〔Virtuosity〕異次元駭客〔TheThirteenthFloor，又名十三階梯、十三度空間〕黑客帝國(guó)盜夢(mèng)空間虛擬現(xiàn)實(shí)〔VirtualReality〕就是研討一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，把人們想象中的東西轉(zhuǎn)化為一種虛擬境界和虛擬存在，而這種虛擬境界和虛擬存在對(duì)我們的覺得器官就象真的客觀存在一樣。虛擬現(xiàn)實(shí)的終極目的<黑客帝國(guó)>黑客帝國(guó)影片片段S.7黑客帝國(guó)來自httptieba.baidu/p/875736497S.8虛擬現(xiàn)實(shí)的終極目的<黑客帝國(guó)>間隔這個(gè)目的還有相當(dāng)?shù)拈g隔20:49S.9為什么要研討虛擬現(xiàn)實(shí)？對(duì)“虛擬世界〞的追求是人的一種天性走神做夢(mèng)至幻劑成癮小說、戲劇、電影虛擬現(xiàn)真實(shí)文娛、工業(yè)、訓(xùn)練、科學(xué)研討中確實(shí)很有用人們每天走神的次數(shù)大約有兩千次；大腦大約15%-25%的時(shí)間都在開小差20:49S.10虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality1989年由美國(guó)Jaron.Lanier發(fā)明出來的一個(gè)詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)〔VirtualReality〕虛擬的現(xiàn)實(shí)虛擬化現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的“現(xiàn)實(shí)〞〔即所虛擬的環(huán)境〕大致可分為三種情況：第一種：模擬真實(shí)世界中的環(huán)境。20:49S.12第二種：人類客觀虛擬的環(huán)境。魔獸世界場(chǎng)景20:49S.13第三種：模擬真實(shí)世界中的人類不可見的環(huán)境。一個(gè)蛋白質(zhì)分子的例如20:49S.14虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應(yīng)該可以以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得20:49S.15虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)1.多感知性(Multi-Sensory)計(jì)算機(jī)生成一個(gè)給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境：視覺感知、聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等

2.交互性(Interaction)指人能以自然方式與虛擬世界進(jìn)展交互操作公用交互設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、觸覺和力反響安裝3.沉浸感〔Immersion,存在感、臨場(chǎng)感〕它是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)介入者的刺激在物理上和認(rèn)知上符合人的已有閱歷，從而使介入者感到本人作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度20:49S.16虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)----另一種說法3I特性交互性〔Interaction〕沉浸感〔Immersion〕想象性〔Imagination〕20:49S.17虛擬現(xiàn)實(shí)概念辨析虛擬現(xiàn)實(shí)與三維遨游虛擬現(xiàn)實(shí)與三維游戲虛擬現(xiàn)實(shí)與景觀動(dòng)畫虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)20:49S.18虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用目的的變化虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應(yīng)該可以以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得運(yùn)用需求使VR的運(yùn)用重點(diǎn)進(jìn)展了多種變化強(qiáng)調(diào)自然交互產(chǎn)生的運(yùn)用----如Kinect諸多運(yùn)用不再?gòu)?qiáng)調(diào)沉浸感，而強(qiáng)調(diào)信息提供----加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)20:49S.19虛擬現(xiàn)實(shí)概念與分析什么是虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的終極目的為什么需求虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念辨析虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用目的的變化虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化虛擬現(xiàn)實(shí)概念的進(jìn)一步總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念性體系構(gòu)造20:49S.20虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運(yùn)用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕世博會(huì)、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機(jī)交互、加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.21萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛行模擬器，使乘坐者的覺得和坐在真的飛機(jī)上是一樣的。1956年，MortonHeileg開發(fā)了一個(gè)叫做Sensorama(傳感景院〕的摩托車仿真器。1962年，MortonHeileg懇求了專利“全傳感仿真器〞。該專利蘊(yùn)涵了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的思想。20:49S.221962年，美國(guó)電影攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng)誕生1966年，美國(guó)MIT林肯實(shí)驗(yàn)室研制出了第一個(gè)頭盔式顯示器(HelmetMountedDisplay即HMD)

1968年，Sutherlan在哈佛大學(xué)的組織下開發(fā)了頭盔式立體顯示器及一個(gè)虛擬系統(tǒng)，可稱得上是第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。20:49S.24虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)20:49S.25誕生1987年，<科學(xué)的美國(guó)人>(“ScientificAmerican〞)上發(fā)表了一篇題為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)界面〔InterfacesforAdvancedComputing〕一文；該雜志還發(fā)表了一篇報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)手套的文章基于從60年代以來所獲得的一系列成就，美國(guó)的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality〞一詞。20:49S.26軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕70年代和80年代早期，美國(guó)軍方開展“飛行頭盔〞和軍事現(xiàn)代仿真器的研討1983年美國(guó)DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國(guó)陸軍共同為坦克編隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練開發(fā)了一個(gè)適用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)SIMNET。20:49S.27SIMNET20:49S.28軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕70年代和80年代早期，美國(guó)軍方開展“飛行頭盔〞和軍事現(xiàn)代仿真器的研討1983年美國(guó)DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國(guó)陸軍共同為坦克編隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練開發(fā)了一個(gè)適用的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA〔NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國(guó)宇航局〕研制勝利具有現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)雛形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研討完成VIEW系統(tǒng)20:49S.29NASA研制的VIVED和VIEW系統(tǒng)20:49S.30漸入民間---游戲、文娛、模擬運(yùn)用的刺激〔90年代〕3D游戲主題公園、游樂場(chǎng)三維場(chǎng)景遨游/三維產(chǎn)品展現(xiàn)飛行、航海、醫(yī)學(xué)等的模擬訓(xùn)練20:49S.311990年最早出現(xiàn)的兩款3D游戲20:49S.321995年消滅戰(zhàn)士1&2〔Doom1&2〕20:49S.332004年Doom3的陰影20:49S.342021年，Crysis220:49S.352021Unreal4Infiltrator視頻20:49主題公園、游樂場(chǎng)4D影院4D影院演示24D影院演示120:49S.37虛擬高爾夫球場(chǎng)20:49S.38三維場(chǎng)景遨游/三維產(chǎn)品展現(xiàn)虛擬博物館虛擬校園房地產(chǎn)展現(xiàn)產(chǎn)品展現(xiàn)……20:49S.39飛行訓(xùn)練飛行、航海駕駛模擬20:49S.40航海模擬器20:49S.41醫(yī)學(xué)模擬、仿真演示:medicien.mpg20:49S.42漸入民間---軟硬件技術(shù)的開展顯卡的出現(xiàn)與飛速開展計(jì)算機(jī)圖形根底算法的開展游戲引擎、虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件的研發(fā)20:49S.43虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運(yùn)用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕世博會(huì)、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機(jī)交互、加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.44VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕1994年3月在日內(nèi)瓦召開的第一屆WWW大會(huì)，就提出了VRML這個(gè)名字。SecondLife，There，GoogleLively國(guó)內(nèi)：HiPiHi20:49S.45SecondLifesecondlife/20:49GoogleLively20:49S.47VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕2006-2007年隨secondlife的被報(bào)道而昌盛國(guó)內(nèi)出現(xiàn)很多類似產(chǎn)品局面遲遲無法翻開，大都面臨破產(chǎn)緣由分析技術(shù)問題無法找到盈利方式20:49S.48VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕多媒體創(chuàng)意展現(xiàn)奧運(yùn)、世博、春晚3D電影阿凡達(dá)20:49S.49清明上河圖---水晶石公司制造20:49S.50多媒體創(chuàng)意展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字媒體、文化創(chuàng)意嚴(yán)密結(jié)合起來國(guó)家政策的顯著影響20:49S.51VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕適當(dāng)放寬對(duì)沉浸感的追求，而注重用戶體驗(yàn)創(chuàng)意展現(xiàn)、體驗(yàn)人機(jī)交互----Kinect,IPhone加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)20:49S.52加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)20:49S.53google眼鏡與微軟HololensGoogleglassHololensGoogle眼鏡演示20:49S.54虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運(yùn)用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕世博會(huì)、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機(jī)交互、加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.55頭盔的重生2021.4，OculusRift頭盔推出2021.3，Sony公司公布了Morpheus頭盔方案，估計(jì)2021年第2季度發(fā)布Valve和HTC宣布，HTCVive將于2021年底發(fā)布2021.7，GoogleCardboard2021.12，三星出賣GearVR國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了大量跟進(jìn)：暴風(fēng)魔鏡、3glasses、蟻視、印象派等等Googleglasses(2021.4-2021.1)微軟的HoloLens(2021.1.22)-----沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的重生?。?0:49S.56虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進(jìn)〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運(yùn)用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀(jì)〕VR運(yùn)用的群眾化與多元化〔21世紀(jì)〕世博會(huì)、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機(jī)交互、加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.57虛擬現(xiàn)實(shí)概念的進(jìn)一步總結(jié)有很深的哲學(xué)淵源是一種理念新的運(yùn)用方式不斷產(chǎn)生，運(yùn)用熱點(diǎn)在不斷發(fā)生變化是多學(xué)科的交融20:49S.58虛擬現(xiàn)實(shí)及其相關(guān)學(xué)科虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)視覺方式識(shí)別科學(xué)計(jì)算可視化數(shù)字圖像處置人機(jī)交互……生理學(xué)、心思學(xué)等輸入/輸出設(shè)備人工智能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)20:49S.59虛擬現(xiàn)實(shí)概念的變化科學(xué)意義上的純粹的概念：虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應(yīng)該可以以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得應(yīng)意圖義上的概念利用計(jì)算機(jī)及各種傳感設(shè)備構(gòu)造一種信息環(huán)境，人可以高效、自然地對(duì)此信息環(huán)境進(jìn)展感知、交互，產(chǎn)生沉浸感或到達(dá)某種信息傳達(dá)的目的。20:49S.60虛擬現(xiàn)實(shí)概念的分析應(yīng)意圖義上的概念利用計(jì)算機(jī)及各種傳感設(shè)備構(gòu)造一種信息環(huán)境，人可以高效、自然地對(duì)此信息環(huán)境進(jìn)展感知、交互，產(chǎn)生沉浸感或到達(dá)某種信息傳達(dá)的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)〔VirtualReality〕虛擬的現(xiàn)實(shí)虛擬化現(xiàn)實(shí)虛擬與現(xiàn)實(shí)20:49S.61第一章虛擬現(xiàn)實(shí)概念與分析什么是虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的終極目的為什么需求虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念辨析虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用目的的變化虛擬現(xiàn)實(shí)的開展歷史與演化虛擬現(xiàn)實(shí)概念的進(jìn)一步總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)概念性系統(tǒng)的組成20:49S.62虛擬現(xiàn)實(shí)概念系統(tǒng)的組成20:49S.63虛擬現(xiàn)實(shí)概念系統(tǒng)的組成介入者〔人〕虛擬世界生成設(shè)備---VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)VR的人機(jī)接口感知設(shè)備：給介入者提供感知信號(hào)跟蹤設(shè)備：探測(cè)〔接受〕介入者的反響動(dòng)作虛擬世界介入者〔人〕感知設(shè)備跟蹤設(shè)備人機(jī)接口感官刺激信號(hào)反響動(dòng)作20:49S.64虛擬世界生成設(shè)備硬件計(jì)算機(jī)軟件操作系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)引擎；建模軟件……網(wǎng)絡(luò)分布式交互仿真曾經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。通訊網(wǎng)絡(luò)可以把VE轉(zhuǎn)換成共享的分布式計(jì)算環(huán)境。20:49S.65虛擬現(xiàn)實(shí)概念系統(tǒng)的組成虛擬世界介入者〔人〕感知設(shè)備跟蹤設(shè)備人機(jī)接口感官刺激信號(hào)反響動(dòng)作20:49S.66VR的人機(jī)接口VR的人機(jī)接口有兩個(gè)作用：給人提供環(huán)境感知信息----感知設(shè)備機(jī)器人跟蹤、探測(cè)人的動(dòng)作和呼應(yīng)----跟蹤設(shè)備人機(jī)器眼、耳、鼻、舌、身、意根據(jù)實(shí)驗(yàn)心思學(xué)家統(tǒng)計(jì)，人類獲取的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，這兩個(gè)加起來有94%。還有3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺20:49S.67感知設(shè)備視覺感知設(shè)備種類繁多20:49S.68視覺感知設(shè)備CAVEBOOMHMD20:49S.69180度環(huán)狀屏幕20:49S.70球面投影顯示系統(tǒng)20:49