虚拟现实课件_第1章(教师-王洪群)23

1虚拟现实技术讲课老师：王洪群Email：[e-mail]2关于课程三、学习方法及课程安排一、课程及内容介绍本课程为选修课、40个学时、共九章：引言、输入设备、输出设备、计算体系结构、建模、编程、“人的因素”、应用。增强现实、和分布式混合现实。二、学习目的目的：1.了解虚拟现实技术的现有成果；2.熟悉该领域的专业术语、概念，3.获取一些解决虚拟现实问题的具体方法；4.分析虚拟现实技术在未来的发展前景和方向；5.研究跨学科、跨专业的技术融合；6.开阔眼界，启发思维,以期创新。方法：1.重点掌握一些专业术语及概念；2.大致了解设备和技术路线；3.自学为主，主要研究自己感性趣的方向；4.根据自己感兴趣的方向进行查新和阅读一些最新的有关文献。3课程安排：1－8周讲课为主，9－10周自学和完成课程考核。考核内容：命题考试和设计一种虚拟现实技术方案。要求：1.不能使用课本中现有的技术方案，但可以是现有技术的组合。2.可以使用尚不存在的任何领域的技术，但要自圆其说，符合物理意义，要有实现的可能。3.技术方案可以是一个数学模型、一种新型传感器、一种独特显示模型或显示程序，但必须和虚拟现实技术有关。4.所建立的虚拟对象或所使用的模型必须是新的。因此，最重要最好的学习方法：有目的的主动学习。4第一章绪论什么是虚拟现实？虚拟现实的特性虚拟现实的发展史与增强现实、混合现实的关系虚拟现实的组成虚拟现实的应用及发展前景5一、什么是虚拟现实？定义：虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。英文名称：VirtualReality，简称：VRVR虚拟现实的定义可以归纳为：虚拟现实是利用计算机生成一种与现实世界相似的虚拟环境（VirtualEnvironment，简称VE），通过多种传感和操纵设备，使用户“沉浸”于该环境中，实现用户与环境进行直接地、自然地交互的技术。虚拟现实技术为人们提供了一种全新的人机交互方式，它的进一步发展方向，将会使用户可以利用人类自己的方式与计算机打交道。美国学者WilliamCibson所提出的信息空间（Cyberspace）的概念就描述了这样一种可以感知的人造世界人的眼神、语音、手势等都可以为计算机所识别，而人则可以用视觉、听觉、触觉等来感受计算机信息，就如同人们感受真实世界一样。VR虚拟不利用计算机以及其它传感显示设备，而直接利用神经系统产生虚拟环境的技术——神经接口技术，将是未来VR的终极形式。6二、虚拟现实的特性虚拟现实的“3I”特性7三、虚拟现实的发展史62年，美国专利，第一个虚拟现实视频设备，MortionHeilig，”全传感仿真器”65年，美国ARPA信息处理技术办公室主任IvanSutherland发表了一篇题为“TheUltimateDisplay”的文章。从而形成了虚拟现实概念的雏形，因此人们称这篇论文为研究虚拟现实的开端。66年研究了头盔显示器(Head－mountedDisplays,简称HMD)。70年代，第一个功能较齐全的头盔式显示装置研制的成功是虚拟现实技术发展历史上的一个里程碑。80年代初，美国VPL公司创始人之一JaronLanier正式提出了“VirtualReality”一词。81年，美国国家航空航天局（NASA）研制了基于LCD的HMD，命名为“VirtualVisualEnvironmentDisplay,简称VIVED”。86年之后，VIVED进一步演化，NASA的Ames研究中心研制出VIEW（VirtualInteractiveEnvironmentWorkstation），这是世界上第一个较为完整的多用途、多感知的VR系统，它使用了头盔式三维显示器、数据手套、语音识别与跟踪技术等。90年，在美国Dallas召开的Siggraph国际会议对VR进行了讨论，明确了VR的主要技术构成，即实时三维图形生成技术、多传感器交互技术以及高分辨显示技术，为虚拟现实的研究奠定了基础。8四、虚拟现实的组成部分对象的建模：几何结构、表面纹理、智能行为、以及硬度、惯性、表现塑性等物理建模开发平台，编程软件包：例如：WorldToolKit和Java3D9五、增强现实与虚拟现实的关系由于现阶段计算机硬件水平和图形、图像处理技术、显示技术能够产生的虚拟环境的真实性、复杂度、视觉效果还是无法与真实世界的场景相比拟，远远达不到那种理想的“沉浸－交互－构想”状态，成为VR技术发展最大的阻碍。于是学者们自然地想到将计算机产生的虚拟数字世界和我们所处的真实世界相互融合，取长补短，使我们在这个虚实结合的空间中，不但可以体验真实世界的各种感受，更可以完成真实世界中无法实现的任务。于是出现了增强现实(AR,AugmentedReality)或者混合现实(MR,MixedReality)技术成为VR技术在成熟之前的发展和演化的一个主要方向。增强现实（AR）：是一种通过将计算机产生的图形、文字注释等虚拟信息有机的融合到使用者所看到的真实世界景像中，对人的视觉系统进行景像增强或扩张的技术。Azuma是这样定义增强现实的：虚实结合，实时交互，三维配准混合现实（MR）：提供一个不受时间、空间限制的，将数字化的虚拟世界与人所存在的真实世界无缝结合的信息环境。10它们之间的关系：从上面对虚拟现实和增强现实技术的分析和比较可以看出，两者是具有一定共性，但存在本质上差别的两个不同的概念。国内外的学者在对这两个概念的关系及定义的理解上存在一定差异，1994年由Milgram等人提出的一种分类方法较好的说明了AR、MR与VR之间的关系真实世界纯虚拟世界AR、MRVR11医学文物虚拟城市虚拟人工生命三维网上广告娱乐工程设计设备制造与维修人员训练等六、虚拟现实的应用和发展前景12医学：颅骨面貌复原13医学：三维医学可视化14医学：透视效果15医学：虚拟内窥镜16医学：血管17文物：数字博物馆18虚拟城市19虚拟城市：北京胡同20虚拟人工生命：植物21工程设计22设备制造、维护和修理23娱乐