01_虚拟现实概论78

虚拟现实杨刚[e-mail]16:42S.2内容目录虚拟现实概念与分析虚拟世界的构建与VR引擎基于图像的VR技术虚拟现实的接口设备虚拟现实的应用模式虚拟现实相关的图形技术增强现实/混合现实技术介绍总结与思考“虚”与“实”昔者庄周梦为蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻适志与！不知周也。俄然觉，则蘧蘧然周也。不知周之梦为蝴蝶与，蝴蝶之梦为周与？——《庄子·齐物论》“IthinkthereforeIam”柏拉图：真正的世界只是存在于我们的想象中。笛卡尔：我思故我在！佛陀：一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观…记忆裂痕虚拟偶像（SIMONE，又名虚拟情人、西蒙妮）15’11”、22’00”、37’逃出克隆岛（TheIsland）时空悍将（Virtuosity）异次元骇客（TheThirteenthFloor，又名十三阶梯、十三度空间）黑客帝国盗梦空间虚拟现实（VirtualReality）就是研究一种计算机技术，把人们想象中的东西转化为一种虚拟境界和虚拟存在，而这种虚拟境界和虚拟存在对我们的感觉器官就象真的客观存在一样。S.7虚拟现实的终极目标–《黑客帝国》黑客帝国影片片段S.8黑客帝国来自:42S.9虚拟现实的终极目标–《黑客帝国》距离这个目标还有相当的距离为什么要研究虚拟现实？对“虚拟世界”的追求是人的一种本能–走神–做梦–至幻剂成瘾–小说、戏剧、电影虚拟现实在娱乐、工业、训练、科学研究中确实很有用16:42S.10人们每天走神的次数大约有两千次；大脑大约15%-25%的时间都在开小差虚拟现实VirtualReality1989年由美国Jaron.Lanier发明出来的一个词灵境、幻境、赛伯空间、虚拟现实虚拟现实（VirtualReality）–虚拟的现实–虚拟化现实16:42S.12虚拟现实系统中的“现实”（即所虚拟的环境）大致可分为三种情况：第一种：模仿真实世界中的环境。16:42S.13第二种：人类主观虚构的环境。魔兽世界场景16:42S.14第三种：模仿真实世界中的人类不可见的环境。一个蛋白质分子的示例16:42S.15虚拟现实的概念虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉16:42S.16虚拟现实的特点1.多感知性(Multi-Sensory)–计算机生成一个给人多种感官刺激的虚拟环境：视觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等2.交互性(Interaction)–指人能以自然方式与虚拟世界进行交互操作–专用交互设备，如数据手套、跟踪器、触觉和力反馈装置3.沉浸感（Immersion,存在感、临场感）–它是指虚拟现实系统对介入者的刺激在物理上和认知上符合人的已有经验，从而使介入者感到自己作为主角存在于模拟环境中的真实程度虚拟现实的特点----另一种说法3I特性交互性（Interaction）沉浸感（Immersion）构想性（Imagination）16:42S.17虚拟现实概念辨析虚拟现实与三维漫游虚拟现实与三维游戏虚拟现实与景观动画虚拟现实与计算机图形学16:42S.1816:42S.19虚拟现实应用目标的变化虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉应用需求使VR的应用重点进行了多种变化–强调自然交互产生的应用----如Kinect诸多应用–不再强调沉浸感，而强调信息提供----增强现实16:42S.20虚拟现实概念与分析什么是虚拟现实–虚拟现实的三个特点–虚拟现实的终极目标–为什么需要虚拟现实–虚拟现实的概念辨析–虚拟现实应用目标的变化虚拟现实的发展历史与演变虚拟现实概念的进一步总结虚拟现实的概念性体系结构虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）–世博会、春晚、文化创意产业、3D电影–人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）16:42S.2116:42S.22萌芽与诞生（60年代-80年代末）萌芽–1929年，EdwinA.Link发明了飞行模拟器，使乘坐者的感觉和坐在真的飞机上是一样的。–1956年，MortonHeileg开发了一个叫做Sensorama(传感景院）的摩托车仿真器。–1962年，MortonHeileg申请了专利“全传感仿真器”。该专利蕴涵了虚拟现实技术的思想。1962年，美国电影摄影师MortonHeilig研制的Sensorama的立体电影系统诞生–1966年，美国MIT林肯实验室研制出了第一个头盔式显示器(HelmetMountedDisplay即HMD)–1968年，Sutherlan在哈佛大学的组织下开发了头盔式立体显示器及一个虚拟系统，可称得上是第一个虚拟现实系统。16:42S.2416:42S.25虚拟现实系统诞生1987年，《科学的美国人》(“ScientificAmerican”)上发表了一篇题为先进的计算机界面（InterfacesforAdvancedComputing）一文；该杂志还发表了一篇报导数据手套的文章基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality”一词。16:42S.2616:42S.27军事与航天的推动（70年代-80年代）–70年代和80年代早期，美国军方开展“飞行头盔”和军事现代仿真器的研究–1983年美国DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET。SIMNET16:42S.2816:42S.29军事与航天的推动（70年代-80年代）–70年代和80年代早期，美国军方开展“飞行头盔”和军事现代仿真器的研究–1983年美国DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美国陆军共同为坦克编队作战训练开发了一个实用的虚拟战场系统SIMNET。–1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局）研制成功具有现代虚拟现实系统雏形的VIVED系统–1988年NASA研究完成VIEW系统NASA研制的VIVED和VIEW系统16:42S.30渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激（90年代）3D游戏主题公园、游乐场三维场景漫游/三维产品展示飞行、航海、医学等的模拟训练16:42S.311990年最早出现的两款3D游戏16:42S.321995年16:42S.33毁灭战士1&2（Doom1&2）2004年Doom3的阴影16:42S.342011年，Crysis216:42S.352013Unreal416:42Infiltrator视频主题公园、游乐场4D影院16:42S.374D影院演示24D影院演示1虚拟高尔夫球场16:42S.38三维场景漫游/三维产品展示虚拟博物馆虚拟校园房地产展示产品展示……16:42S.3916:42S.40飞行训练飞行、航海驾驶模拟航海模拟器16:42S.41医学模拟、仿真16:42S.42演示:medicien.mpg渐入民间---软硬件技术的发展显卡的出现与飞速发展计算机图形基础算法的发展游戏引擎、虚拟现实平台软件的研发16:42S.43虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）–世博会、春晚、文化创意产业、3D电影–人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）16:42S.44VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会，就提出了VRML这个名字。SecondLife，There，GoogleLively国内：HiPiHi16:42S.4516:42SecondLife:42S.47VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）2006-2007年随secondlife的被报道而繁荣国内出现很多类似产品局面迟迟无法打开，大都面临破产原因分析–技术问题–无法找到盈利模式16:42S.48VR应用的大众化与多元化（21世纪）多媒体创意展示–奥运、世博、春晚3D电影–阿凡达16:42S.49清明上河图---水晶石公司制作16:42S.50多媒体创意展示虚拟现实艺术虚拟现实与数字媒体、文化创意紧密结合起来国家政策的显著影响16:42S.51VR应用的大众化与多元化（21世纪）适当放宽对沉浸感的追求，而重视用户体验–创意展示、体验–人机交互----Kinect,IPhone–增强现实16:42S.52增强现实16:42S.53google眼镜与微软Hololens16:42S.54GoogleglassHololensGoogle眼镜演示虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）–世博会、春晚、文化创意产业、3D电影–人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）16:42S.55头盔的重生2013.4，OculusRift头盔推出2014.3，Sony公司公布了Morpheus头盔计划，预计2016年第2季度发布Valve和HTC宣布，HTCVive将于2015年底发布2014.7，GoogleCardboard2014.12，三星发售GearVR国内出现了大量跟进：暴风魔镜、3glasses、蚁视、印象派等等Googleglasses(2012.4-2015.1)微软的HoloLens(2015.1.22)16:42S.56-----沉浸式虚拟现实的重生！？虚拟现实的发展历史与演变萌芽与诞生（60年代-80年代末）军事与航天的推动（70年代-80年代）渐入民间---游戏、娱乐、模拟应用的刺激(90年代)VR在Internet上的兴衰（90年代中-21世纪）VR应用的大众化与多元化（21世纪）–世博会、春晚、文化创意产业、3D电影–人机交互、增强现实头盔的重生（2013-今）16:42S.57虚拟现实概念的进一步总结有很深的哲学渊源是一种理念新的应用模式不断产生，应用热点在不断发生变化是多学科的融合16:42S.5816:42S.59虚拟现实及其相关学科虚拟现实计算机图形学自动化控制计算机视觉模式识别科学计算可视化数字图像处理人机交互……生理学、心理学等输入/输出设备人工智能计算机网络虚拟现实概念的变化科学意义上的纯粹的概念：–虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互，从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉应用意义上的概念–利用计算机及各种传感设备构造一种信息环境，人能够高效、自然地对此信息环境进行感知、交互，产生沉浸感或达到某种信息传达的目的。16:42S.