第13章.無縫穿越-虛擬現(xiàn)實

第13章

無縫穿越——虛擬現(xiàn)實CONTENTS目錄13.1虛擬現(xiàn)實的概述13.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀13.3虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的概述13.1什么是VR虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要分類虛擬現(xiàn)實運行原理虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本實現(xiàn)方式：以計算機技術(shù)為主，綜合利用三維圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，借助計算機等產(chǎn)生一個逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界，從而使身處虛擬世界的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺13.1.1什么是VR1．沉浸感沉浸感是指計算機操作人員作為人機環(huán)境的主導(dǎo)者存在于虛擬環(huán)境中。多媒體技術(shù)雖然為人們提供了豐富多彩的信息表示形式，且使人與計算機可以交互，但是在交互中，人們只能從計算機外部去觀察這些表現(xiàn)形式。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過多維方式與計算機所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境進行交互，使參與者全身心地沉浸在計算機所生成的三維虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感覺。通過將人與環(huán)境融為一體，使操作人員相信在虛擬環(huán)境中的人也是確實存在的，而且在操作過程中參與者可以自始至終地發(fā)揮作用，就像在真正的現(xiàn)實世界中一樣。2．交互性交互性是指操作人員對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，操作人員可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時手有握住東西的感覺，并可以感覺到物體的重量，視場中的物體也隨著手的移動而移動。3．多感知性多感知性是指由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有多種視覺、聽覺、觸覺、動覺的傳感器及反應(yīng)裝置，使用者在虛擬環(huán)境中可以獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的效果。13.1.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要分類虛擬現(xiàn)實的主要分類虛擬現(xiàn)實在不同領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)研究、虛擬校園、虛擬教學(xué)、虛擬實驗等方面的應(yīng)用更為深入。桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1.桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一套基于普通PC的小型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套力反饋器三維鼠標(biāo)其他手控輸入設(shè)備重要技術(shù)特征2.沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用頭盔顯示器將用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，產(chǎn)生出一種身在真實環(huán)境中的感覺3.分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一個基于網(wǎng)絡(luò)的可供異地多用戶同時參與的分布式虛擬環(huán)境多個用戶多個虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作4.增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過計算機技術(shù)，將虛擬信息應(yīng)用到真實世界，兩種信息相互補充、疊加，并同時存在于一個畫面或空間中目的將計算機生成的虛擬對象與真實環(huán)境融為一體，以增強用戶對真實環(huán)境的理解13.1.3虛擬現(xiàn)實運行原理虛擬現(xiàn)實的運行原理計算機屏幕通常只有一個，而我們卻有兩只眼睛，必須讓左、右眼看到的圖像各自獨立分開，才能產(chǎn)生立體視覺3D立體眼鏡控制IC讓視差持續(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來送出立體信號到屏幕送出同步信號到3D立體眼鏡使其同步切換左、右眼圖像3D立體眼鏡是一個穿透液晶鏡片，通過電路對液晶眼鏡的開、關(guān)進行控制3D立體眼鏡開可以控制眼鏡鏡片全黑，以便遮住一眼圖像關(guān)可以控制眼鏡鏡片透明，以便眼看到另一眼該看到的圖像3D立體眼鏡3D立體眼鏡可以模仿真實的狀況，使左、右眼畫面連續(xù)互相交替顯示在屏幕上，同步配合3D立體眼鏡,加上人眼視覺暫留的生理特性，就可以看到近似真實的立體3D圖像VRVR的主體+主要情景人只是作為VR的一環(huán)，通過動作捕捉裝置，參與到內(nèi)容中去，深度體驗并與內(nèi)容互動13.1.4虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括：實時三維計算機圖形技術(shù)廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)對觀察者頭眼手的跟蹤技術(shù)觸覺，力覺反饋立體聲網(wǎng)絡(luò)傳輸語音輸入輸出技術(shù)1.動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)核心內(nèi)容建立虛擬環(huán)境目的采用CAD技術(shù)(有規(guī)則的環(huán)境)、非接觸式的視覺建模技術(shù)獲取三維數(shù)據(jù)2.實時三維圖形生成保證圖形的刷新率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒真實性實時性依賴于實時三維圖形的生成3.立體顯示和傳感器技術(shù)虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)手套的缺點延遲長分辨率低作用范圍小使用不便跟蹤精度低跟蹤范圍小虛擬現(xiàn)實設(shè)備的缺點4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力提高生產(chǎn)效率減輕勞動強度提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)平臺分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)5．觸覺與力覺反饋在手套內(nèi)層安裝一些可以震動的觸點來模擬觸覺解決方式虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實的特點虛擬現(xiàn)實的主要分類虛擬現(xiàn)實的運行原理虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀13.213.2.1虛擬現(xiàn)實的發(fā)展概念萌芽期技術(shù)萌芽期技術(shù)積累期產(chǎn)品迭代期技術(shù)爆發(fā)期技術(shù)萌芽期虛擬現(xiàn)實原型機用以虛擬現(xiàn)實的方式進行模擬飛行訓(xùn)練1968年計算機圖形學(xué)之父伊萬·薩瑟蘭開發(fā)了第一個計算機圖形驅(qū)動的頭盔顯示器及頭部位置跟蹤系統(tǒng)達摩克利斯之劍應(yīng)用范圍受限伊萬·薩瑟蘭——虛擬現(xiàn)實之父技術(shù)積累期虛擬技術(shù)理論和概念形成時期賈龍·拉尼爾于1984年創(chuàng)建了VPLResearch公司，并推出劃時代的虛擬現(xiàn)實設(shè)備EyephoneEyephone只是虛擬現(xiàn)實設(shè)備的頭戴式顯示器產(chǎn)品迭代期1991年出現(xiàn)的一款名為“Virtuality1000CS”的VR頭盔體現(xiàn)了VR產(chǎn)品的尷尬之處：外形笨重功能單一價格昂貴第五階段：2016年到至今，虛擬現(xiàn)實技術(shù)爆發(fā)期2016年：虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)業(yè)元年2018年：云VR產(chǎn)業(yè)元年2019年：5G云VR產(chǎn)業(yè)元年2020至2021年：虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時間窗口目前，全球已進入部分沉浸和成長培育期，整個VR行業(yè)正式進入內(nèi)容爆發(fā)成長期，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛第五階段：2016年到至今，虛擬現(xiàn)實技術(shù)爆發(fā)期VR的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到：游戲娛樂、教育文化等領(lǐng)域消費者模式涉足VR領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)主要有：小米VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和世界VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會騰訊盛大集團13.2.2虛擬現(xiàn)實的現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實的現(xiàn)狀現(xiàn)階段，VR技術(shù)已逐步進入消費者模式。在電子游戲領(lǐng)域，已經(jīng)開發(fā)出開發(fā)者版本的頭戴式顯示器。目前VR產(chǎn)品火爆，眾多國內(nèi)外企業(yè)深入推進商業(yè)模式變革，硬件產(chǎn)品、內(nèi)容資源不斷豐富。VR的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到游戲娛樂、教育文化等領(lǐng)域。VR的用戶規(guī)模不斷擴大。這一時期，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)大會也逐步建立。例如，VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和世界VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會。涉足VR領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)主要有：小米、騰訊、盛大集團等。13.2.1虛擬現(xiàn)實的未來1提升硬件性能，如傳感器性能，主要在于提升物體跟蹤識別、超高清顯示器件、CPU和GPU數(shù)據(jù)處理單元性能等2在應(yīng)用軟件和內(nèi)容挖掘創(chuàng)新上繼續(xù)發(fā)力，建設(shè)VR生態(tài)3加強同公共服務(wù)行業(yè)結(jié)合，同時落實政策法律法規(guī)監(jiān)管3建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)備、系統(tǒng)遷移性,并降低使用成本和使用難度虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用13.3游戲娛樂醫(yī)療交通教育工業(yè)旅游軍事虛擬現(xiàn)實技術(shù)軍事領(lǐng)域軍事指揮人員訓(xùn)練提高指揮決策能力研制武器裝備進行網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境單兵模擬訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)訓(xùn)練軍事領(lǐng)域通過模擬器訓(xùn)練飛行員是一條行之有效的途徑飛行模擬器可以作為一種試驗床，對飛機的操縱性、穩(wěn)定性和機動性進行測試和評定，進而分析飛機氣動參數(shù)對飛行品質(zhì)的影響。模擬飛行是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)游戲娛樂領(lǐng)域游戲場地人物模型電影場景游戲娛樂領(lǐng)域《我生命中的60秒》《三體》MUD多用戶虛擬空間二維三維網(wǎng)絡(luò)三維游戲由于人體的物理、肌理、生理和生化特征很多，差異較大，各種臟器各不相同，特征不一。供醫(yī)療所用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有一定難度。虛擬手術(shù)訓(xùn)練遠程會診手術(shù)規(guī)劃導(dǎo)航手術(shù)協(xié)作醫(yī)療領(lǐng)域由于人體的物理、肌理、生理和生化特征很多，差異較大，各種臟器各不相同，特征不一。供醫(yī)療所用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有一定難度?；颊哧P(guān)懷癥狀戒除心理疏導(dǎo)醫(yī)療領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域VR優(yōu)勢

調(diào)試的各個環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了三維立體可視化，讓生產(chǎn)場景真實地呈現(xiàn)在人們眼前VR教育結(jié)合游戲、情景轉(zhuǎn)換等多種手段,能夠有效解決教育難題,激發(fā)學(xué)生興趣。利用VR技術(shù)的沉浸感，在虛擬場景下為學(xué)生提供實操機會，讓學(xué)生在一個形象逼真的環(huán)境下直接參與互動，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對知識點的掌握更加牢固。教育領(lǐng)域旅游領(lǐng)域VR虛擬旅游更多的是對實景游的補充。在旅游前通過VR