3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介 .ppt

1、1,3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介 大連理工大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)院,2,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),概況 虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱VR），又稱靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。他綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。,3,

2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個(gè)形象逼真的模型。人與該模型可以進(jìn)行交互，并產(chǎn)生與真實(shí)世界中相同的反饋信息，使人們獲得和真實(shí)世界中一樣的感受。 當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境（合理虛擬現(xiàn)）、人類不可能達(dá)到的環(huán)境（夸張?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)）或構(gòu)造純粹虛構(gòu)的環(huán)境（虛幻虛擬現(xiàn)實(shí)）以取代需要耗資巨大的真實(shí)環(huán)境時(shí)，就可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。它始于軍事和航空航天領(lǐng)域的需求，但近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、文化娛樂等方面。它正在改變著我們的生活。,4,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),圖像顯示設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、

3、三維投影儀和頭盔顯示器等。 其中高檔的頭盔顯示器在屏蔽現(xiàn)實(shí)世界的同時(shí)，提供高分辨率、大視場(chǎng)角的虛擬場(chǎng)景，并帶有立體聲耳機(jī)，可以使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的浸沒感。 其他外設(shè)主要用于實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)的交互功能，包括數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、運(yùn)動(dòng)跟蹤器、力反饋裝置、語音識(shí)別與合成系統(tǒng)等等。,5,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),數(shù)據(jù)手套 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的主要交互設(shè)備，它作為一只虛擬的手或控件用于3DVR場(chǎng)景的模擬交互，可進(jìn)行物體抓取、移動(dòng)、裝配、操縱、控制，有有線和無線、左手和右手之分，可用于WTK、Vega等3D VR或視景仿真軟件環(huán)境中。,6,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),三維空間交互球 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的另一重要的交互設(shè)備，用于六個(gè)自由

4、度VR場(chǎng)景的模擬交互，可從不同的角度和方位對(duì)三維物體觀察、瀏覽、操縱；也可作為3D Mouse來使用；并可與數(shù)據(jù)手套或立體眼鏡結(jié)合使用，作為跟蹤定位器。也可單獨(dú)用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。,7,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),運(yùn)動(dòng)跟蹤器 三維空間跟蹤定位器是VR系統(tǒng)中用于空間跟蹤定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，不局限于固定的空間位置，操作更加靈活、自如、隨意。產(chǎn)品有六個(gè)自由度和三個(gè)自由之度。,8,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),力反饋裝置 力反饋器是VR研究中的一種重要的設(shè)備，該設(shè)備能使參與者實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中除視覺、聽覺之

5、外的第三感覺觸覺和力感，進(jìn)一步增強(qiáng)虛擬環(huán)境的交互性，從而真正體會(huì)到虛擬世界中的交互真實(shí)感，該設(shè)備廣泛應(yīng)用于虛擬醫(yī)療、虛擬裝配等諸多領(lǐng)域。,9,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),三維模型數(shù)字化儀 又稱三維掃描儀或三維數(shù)字化儀，是一種先進(jìn)的三維模型建立設(shè)備，該設(shè)備利用CCD成像、激光掃描等手段實(shí)現(xiàn)物體模型的取樣，同時(shí)通過配套的矢量華軟件對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字模型的控制。 特別適合于建立一些不規(guī)則三維物體模型的工作中，如人體器官和骨骼模型的建立、出土的三千年前文物三維數(shù)字模型的建立等等，在醫(yī)療、動(dòng)植物研究、文物保護(hù)等VR應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。,10,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵外設(shè),立體顯示

6、器 立體顯示器擺脫以往技術(shù)需求，不需要任何編程開發(fā)，只要您有三維模型，就可以實(shí)現(xiàn)三維模型的立體顯示，只要用肉眼即觀察到突出的立體顯示效果，不需要帶任何立體眼鏡設(shè)備；同時(shí)，它也可以實(shí)現(xiàn)視頻圖像（如立體電影）的立體顯示和立體觀察，同樣也無須戴任何立體眼鏡。,11,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)案例,廣西容縣明代風(fēng)情商業(yè)街規(guī)劃,盧浮宮,室內(nèi)設(shè)計(jì) 二層豪華別墅,12,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬與現(xiàn)實(shí)兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個(gè)詞放在一起，似乎沒有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。 虛擬現(xiàn)實(shí)的明確定義不太好說，按最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者J.Laniar的說法，虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假想現(xiàn)實(shí)，意味著“用電子計(jì)算機(jī)合成的人工

7、世界”。 可以清楚地看到，這個(gè)領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)有著不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現(xiàn)實(shí)的基本前提。,13,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),生成虛擬現(xiàn)實(shí)需要解決以下三個(gè)主要問題： 以假亂真的存在技術(shù)。即，怎樣合成對(duì)觀察者的感官器官來說與實(shí)際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一樣的視覺，觸覺，嗅覺等。 相互作用。觀察者怎樣積極和能動(dòng)地操作虛擬現(xiàn)實(shí)，以實(shí)現(xiàn)不同的視點(diǎn)景象和更高層次的感覺信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等。 自律性現(xiàn)實(shí)。感覺者如何在不意識(shí)到自己動(dòng)作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實(shí)感。在這里，觀察者、傳感器、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)相互作用的閉環(huán)流程。,14,虛擬

8、現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)和研究?jī)?nèi)容,1、環(huán)境建模技術(shù) 即虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。 2、立體聲合成和立體顯示技術(shù) 在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性，同時(shí)在復(fù)雜的場(chǎng)景中實(shí)時(shí)生成立體圖形。 3、觸覺反饋技術(shù) 在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中讓用戶能夠直接操作虛擬物體并感覺到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。,15,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)和研究?jī)?nèi)容,4、交互技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鍵盤和鼠標(biāo)的傳統(tǒng)模式，利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語音識(shí)別、語音輸入技術(shù)成為重要的人機(jī)交互手段

9、。 5、系統(tǒng)集成技術(shù) 由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術(shù)為重中之重：包括信息同步技術(shù)、模型標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、識(shí)別和合成技術(shù)等等。,16,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),在虛擬現(xiàn)實(shí)中和通常圖像顯示不同的是： 1.要求顯示的圖像要隨觀察者眼睛位置的變化而變化。 2.要求能快速生成圖像以獲和實(shí)時(shí)感。例如，制作動(dòng)畫時(shí)不要求實(shí)時(shí)，為了保證質(zhì)量每幅畫面需要多長時(shí)間生成不受限制。而虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)生成的畫面通常為30幀/秒。 有了這樣的圖像生成能力，再配以適當(dāng)?shù)囊繇懶Ч涂梢允谷擞猩砼R其境的感受。,17,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,早在20世紀(jì)70年代便開始將虛擬現(xiàn)實(shí)用于培訓(xùn)宇航員。由于這是一種省

10、錢、安全、有效 的培訓(xùn)方法，現(xiàn)在已被推廣到各行各業(yè)的培訓(xùn)中。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)已被推廣到不同領(lǐng)域中，得到廣泛應(yīng)用。,18,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,在科技開發(fā)上，虛擬現(xiàn)實(shí)可縮短開發(fā)周期，減少費(fèi)用。例如克萊斯勒公司1998年初便利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在設(shè)計(jì)某兩種新型車上取得突破，首次使設(shè)計(jì)的新車直接從計(jì)算機(jī)屏幕投入生產(chǎn)線，也就是說完全省略了中間的試生產(chǎn)。 由于利用了卓越的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使克萊斯勒避免了1500項(xiàng)設(shè)計(jì)差錯(cuò)，節(jié)約了8個(gè)月的開發(fā)時(shí)間和8000萬美元費(fèi)用。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以進(jìn)行汽車沖撞試驗(yàn)，不必使用真的汽車便可顯示出不同條件下的沖撞后果。,19,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,商業(yè)上，虛擬現(xiàn)實(shí)常被

11、用于推銷。 例如建筑工程投標(biāo)時(shí)，把設(shè)計(jì)的方案用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)出來，便可把業(yè)主帶入未來的建筑物里參觀，如門的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。 它同樣可用于旅游景點(diǎn)以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。 用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)這類商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。,20,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,醫(yī)療上 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用大致上有兩類： 一是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的人體模型醫(yī)生更容易了解人體的構(gòu)造和功能 另一是虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。,21,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,軍事上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬戰(zhàn)爭(zhēng)過程已成為最先進(jìn)的多快好省的研究戰(zhàn)爭(zhēng)、培訓(xùn)指揮員的方法。

12、也是由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到很高水平，所以盡管不進(jìn)行核試驗(yàn)，也能不斷改進(jìn)核武器。戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)預(yù)定方案用于實(shí)戰(zhàn)方面也能起巨大作用。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)開始前，美軍便把海灣地區(qū)各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊(duì)的各種數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，進(jìn)行各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案。后來實(shí)際作戰(zhàn)的發(fā)展和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致。,22,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,娛樂上，應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實(shí)最廣闊的用途。英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上載著頭盔顯示器，手腳上都裝著傳感器。雖然在斗室里，只要做著各種各樣的滑雪動(dòng)作，便可通過頭盔式顯示器，看到堆滿皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁，一一從身邊掠過，其情景就和在滑雪場(chǎng)里進(jìn)行真的滑雪所感覺的一樣。,23,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅創(chuàng)造出虛擬場(chǎng)景，而且還創(chuàng)造出虛擬主持人、虛擬歌星、虛擬演員。 日本電視臺(tái)推出的歌星DiKi，不僅歌聲迷人而且風(fēng)采翩翩，引得無數(shù)歌迷紛紛傾倒，許多追星族欲親睹其芳容，迫使電視臺(tái)只好說明她不過是虛擬的歌星。 美國迪斯尼公司還準(zhǔn)備推出虛擬演員。這將使“演員”藝術(shù)青春常在、活力永存。 明星片酬走向天價(jià)是導(dǎo)致使用虛擬演員的另一個(gè)原因。虛擬演員成為電影主角后