虛擬現(xiàn)實技術概論

虛擬現(xiàn)實“虛”與“實”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！“IthinkthereforeIam”目錄VR基本概念VR的發(fā)展史VR的組成形式及設備VR的運用VR的未來VR定義虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）就是研究一種計算機技術，把人們想象中的東西轉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我們的感覺器官就象真的客觀存在一樣。虛擬現(xiàn)實VirtualReality1989年由美國Jaron.Lanier發(fā)明出來的一個詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實VR終極目標《黑客帝國3》距離這個目標還有相當?shù)木嚯x黑客帝國3劇情簡介面對如潮的電子烏賊，人類城市危在旦夕，“救世主”尼奧的身體和思想卻意外分離，再度陷入到“母體”中。墨菲斯和崔妮蒂也不得不回到“母體”和守護天使一起尋找他。錫安的局勢越來越危險，被叛徒射瞎雙眼的尼奧，依然想通過希望去實現(xiàn)預言。這時，特工史密斯控制了先知，并變得越來越強大，威脅到了整個“母體”的穩(wěn)定。返回錫安時遭到電子烏賊的突襲，崔妮蒂死了，重傷的尼奧來到機器城市，與矩陣的造物主（相當于上帝）達成停戰(zhàn)協(xié)議。代價是尼奧進入矩陣，刪除叛逃的強大病毒史密斯。尼奧輸了，被史密斯所感染復制，但是造物主也因此獲得了史密斯的代碼，成功將其清除，最后一刻救了僅存的人類和錫安城，機器世界與真實世界都獲得了和平，人類可以選擇生活在矩陣或現(xiàn)實世界。在和機器的談判中，機器答應為了人類和機器的共同利益，尼奧去消滅史密斯，而機器不再摧毀錫安。人類迎來新的和平。

怎樣理解虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“現(xiàn)實”（即所虛擬的環(huán)境）大致可分為三種情況：第一種情況是模仿真實世界中的環(huán)境。怎樣理解虛擬現(xiàn)實第二種情況是人類主觀構造的環(huán)境。例如，用于影視制作或電子游戲的三維動畫。環(huán)境是虛構的，幾何模型和物理模型可以完全虛構。怎樣理解虛擬現(xiàn)實第三種情況是模仿真實世界中的人類不可見的環(huán)境。例如，分子的結構，空氣中速度、溫度、壓力的分布等。一個蛋白質分子的示例虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺1.多感知性(Multi-Sensory)計算機生成一個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、運動感知、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行交互操作專用交互設備，如數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、觸覺和力反饋裝置3.沉浸感（Immersion,存在感、臨場感）它是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對介入者的刺激在物理上和認知上符合人的已有經驗，從而使介入者感到自己作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度虛擬現(xiàn)實的特點虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史與演變萌芽與誕生（60年代-80年代末）軍事與航天的推動（70年代-80年代）漸入民間---游戲、娛樂、模擬應用的刺激（90年代）VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）VR應用的大眾化與多元化（21世紀）世博會、春晚、文化創(chuàng)意產業(yè)、3D電影人機交互、增強現(xiàn)實萌芽與誕生（60年代-80年代末）萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛行模擬器，使乘坐者的感覺和坐在真的飛機上是一樣的。1956年，MortonHeileg開發(fā)了一個叫做Sensorama(傳感景院）的摩托車仿真器。1962年，MortonHeileg申請了專利“全傳感仿真器”。該專利蘊涵了虛擬現(xiàn)實技術的思想。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1962年，美國電影攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng)萌芽與誕生（60年代-80年代末）1965年，IvanSutherland在名為“UltimateDisplay”(終極的顯示)的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1966年，美國MIT林肯實驗室研制出了第一個頭盔式顯示器(HelmetMountedDisplay即HMD)

1968年，Sutherland在哈佛大學的組織下開發(fā)了頭盔式立體顯示器及一個虛擬系統(tǒng)，可稱得上是第一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。萌芽與誕生（60年代-80年代末）1987年，《科學的美國人》(“ScientificAmerican”)上發(fā)表了一篇題為先進的計算機界面（InterfacesforAdvancedComputing）一文；該雜志還發(fā)表了一篇報導數(shù)據(jù)手套的文章基于從60年代以來所取得的一系列成就，美國的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality”一詞。萌芽與誕生（60年代-80年代末）軍事與航天的推動（70年代-80年代）70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個實用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。SIMNET萌芽與誕生（60年代-80年代末）70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個實用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國宇航局）研制成功具有現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)雛形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研究完成VIEW系統(tǒng)NASA研制的VIVED和VIEW系統(tǒng)漸入民間---游戲、娛樂、模擬應用的刺激（90年代）3D游戲主題公園、游樂場飛行、航海、醫(yī)學等的模擬訓練1990年最早出現(xiàn)的3D游戲1995年的Doom1&2毀滅戰(zhàn)士1&2（Doom1&2）2004年Doom3的效果2016年Doom4的效果主題公園、游樂場4D影院:可以根據(jù)影片的情節(jié)加入煙霧、光電、氣味等效果。虛擬高爾夫球場飛行、航海駕駛模擬駕駛射擊模擬醫(yī)學模擬、仿真漸入民間---軟硬件技術的發(fā)展顯卡的出現(xiàn)與飛速發(fā)展計算機圖形基礎算法的發(fā)展游戲引擎、虛擬現(xiàn)實平臺軟件的研發(fā)VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）1994年3月在日內瓦召開的第一屆WWW大會，就提出了VRML這個名字。SecondLife，There國內：HiPiHi網絡上的虛擬世界VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）2006-2007年隨secondlife的被報道而繁榮國內出現(xiàn)很多類似產品局面遲遲無法打開，大都面臨破產原因：技術問題

無法找到盈利模式VR應用的大眾化與多元化（21世紀）多媒體創(chuàng)意展示奧運、世博、春晚3D電影阿凡達清明上河圖---水晶石公司制作增強現(xiàn)實AR--google眼鏡($1500)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一般組成形式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成元素介入者（人）虛擬世界生成設備---VR的計算機系統(tǒng)VR的人機接口感知設備：給介入者提供感知信號跟蹤設備：探測（接受）介入者的反應動作虛擬世界介入者（人）感知設備跟蹤設備人機接口感官刺激信號反應動作生成虛擬世界的設備硬件計算機軟件操作系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實引擎；建模軟件……網絡分布式交互仿真已經成為現(xiàn)代仿真技術，特別是軍事仿真的潮流。通訊網絡可以把VE轉換成共享的分布式計算環(huán)境。這些設備的主要功能視覺通道信號生成與顯示

（要求：實時的幀速率；高質量的圖像）聽覺通道信號生成與顯示

觸覺和力覺通道信號生成與顯示

支持實時人機交互操作的功能——三維空間定位、碰撞檢測、語音識別以及人機實時對話功能虛擬現(xiàn)實的人機接口VR的人機接口有兩個作用：給人提供環(huán)境感知信息----感知設備

機器

人跟蹤、探測人的動作和響應----跟蹤設備機器

人眼、耳、鼻、舌、身、意根據(jù)實驗心理學家統(tǒng)計，人類獲取的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，這兩個加起來有94%。還有3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺。感知設備視覺感知設備沉浸式頭盔顯示器（HMD）封閉式頭盔顯示器透視式頭盔顯示器吊桿式（BOOM）洞穴式（CAVE）四面CAVE五面CAVE六面CAVE非沉浸式桌面立體顯示器墻式立體顯示器屏面寬屏幕180°環(huán)狀響應式工作臺（RWB）單屏幕RWB雙屏幕RWBCAVEBOOMHMD180度環(huán)狀屏幕球面投影顯示系統(tǒng)VR運用-游戲2013年開幕的E3游戲展上，Virtuix公司展出的一款名為Omni的虛擬現(xiàn)實游戲平臺。允許玩家在游戲平臺中做出行走、跑動、跳躍等各種動作。而且Omni游戲平臺底部配有一個環(huán)形滑動斜坡，能夠實現(xiàn)玩家的原地跑動。VR運用-醫(yī)學PatientVR：英國醫(yī)院開展虛擬現(xiàn)實醫(yī)學培訓。PatientVR是一部醫(yī)學虛擬現(xiàn)實電影，觀看者戴上頭盔后會扮演一個因胸痛經歷手術的虛擬患者。采用了360度拍攝手法，觀看者會如同身臨的體驗到患者通過救護車被送進急診室，然后再被送進手術室。這個視頻可以幫助醫(yī)生能更好的理解患者的情緒和感受，就像是他們經歷了這一系列痛苦一樣。VR運用-軍事航天模擬訓練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)，該系統(tǒng)可聯(lián)結200多臺模擬器。另外利用VR技術，可模擬零重力環(huán)境，替非標準的水下訓練宇航員的方法。VR運用-室內設計VR以視覺形式反映了設計者的思想，使以往只能借助傳統(tǒng)的設計模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規(guī)劃的質量與效率。VR運用-教育虛擬校園虛擬實訓基地VR運用-影視SidLeeCollective拍攝了一部特別的電影，它是一部恐怖題材的虛擬現(xiàn)實電影，給觀眾帶來了不同尋常的體驗。為了拍攝出360度的視覺效果，他們特意制作了器材，使用六臺GoProHERO3+相機。VR運用-購物2015年4月21日Sixense&SapientNitro啟動虛擬現(xiàn)實購物平臺。戴上Oculus耳機，手握兩只操縱桿來模擬雙手。在一個計算機生成的虛擬服裝展廳里，通過觸摸名模上的按鈕，可以選擇衣服、鞋子、禮品卡等。在不斷地選擇與淘汰時，將自動創(chuàng)建出一個帶有視頻、尺碼和購買信息的文件。通過觸摸購買按鈕，中意的產品將自動加入購物欄。1.虛擬沒有真正進入虛擬世界的方法在OculusRift，每當有人讓使用者站起來走走時，對方通常都不敢輕易走動，因為OculusRift還依然要通過線纜連接到計算設備上，這也大幅限制了使用者的活動范圍。2.看起來還是有點蠢雖然是專業(yè)的設備，但是現(xiàn)在我們佩戴起來非常笨重并且不自然，甚至看起來有些愚蠢。3.容易讓人感到疲勞鏡頭的加速移動，就會帶來不同的焦點，而這些如果運用不當，就會給用戶帶來惡心的感覺。4.缺乏統(tǒng)一的標準VR技術目前仍處于初級階段，大家都有著各自的演示方法。雖然許多開發(fā)者充滿了熱情，但是似乎大家都沒有一個統(tǒng)一的標準。5.如何“輸入”也是一大困擾

VR的挑戰(zhàn)也許是如何在虛擬世界中與目標進行互動，目前還沒有明確的方法來具體的實現(xiàn)手勢的追蹤。VR的五大障礙虛擬現(xiàn)實行業(yè)內新聞熱度就已經爆表，樂視發(fā)布超級VR，暴風魔鏡的各入股公司分別發(fā)布公告。國內廠商對于虛擬顯示市場的搶占說明了兩件事情：

1、技術已經成熟可以實現(xiàn)低成本方案。

2、商業(yè)模式和生態(tài)已經成熟。2020年AR與VR市場規(guī)模預計將達1500億美元VR的未來-下一個萬億市場虛擬現(xiàn)實，是我們活在未來的方式！Thanks!每一個優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時光。那一段時光，是付出了很多努力，忍受孤獨和寂寞，不抱怨不訴苦，日后說起時，連自己都能被感動日子。。1月-251月-25Saturday,January4,2025企業(yè)的出路在于產品更新?lián)Q代。。14:53:0014:53:0014:531/4/20252:53:00PM在企業(yè)內部，只有成本。。1月-2514:53:0014:53Jan