虚拟现实技术培训讲义.ppt

第9章 虚拟现实技术 本章重点：本章重点在于掌握虚拟现实 的基本概念、特点及应用，并通过实例了解虚拟场景的生成 第9章 虚拟现实技术 9.1 虚拟现实的基本概念 9.2 虚拟现实的主要研究内容 9.3 虚拟现实系统的基本组成 9.4 虚拟现实系统的特征 9.5 虚拟现实系统的分类 9.6 虚拟现实的应用实例与开发技术 9.7 本章小结 9.1 虚拟现实的基本概念 虚拟现实（Virtual Reality，VR），就是采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等虚拟的感观世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操作。虚拟现实技术的应用前景非常广阔。它开始于军事领域，在军事和航空航天的模拟和训练中起到了非常重要的作用。另外，虚拟现实技术在医疗、制造业、娱乐和教育等方面的应用也具有很大的潜力。不久的将来，它会得到广泛应用。 9.2 虚拟现实的主要研究内容 虚拟现实的研究内容主要分以下几个方面。 1. 人与环境融合技术 2. 物体对象的仿真技术 3. VR图像生成技术及高效快速生成体系图技术 4. 实时处理及并发处理的多维信息表示技术 5. 高性能的计算机图形处理硬件研究 6. 分布式虚拟环境和基于网络环境的虚拟现实研究 人与环境融合技术 （1）高分辨率立体显示器 （2）方位跟踪系统 （3）手势跟踪系统 （4）触觉反馈系统： （5）声音定位与跟踪系统 （6）本体反馈 物体对象的仿真技术 （1）几何仿真 （2）物理仿真 （3）行为仿真 9.3 虚拟现实系统的基本组成 虚拟现实系统由五大部分组成： 虚拟世界 虚拟现实软件 计算机 输入设备和输出设备 虚拟世界 它一般是一个包含三维模型或环境定义的数据库。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。虚拟环境有多种形式，它可能是某些物理环境（如建筑物、汽车、潜艇甚至像太空仓这样的物体内部）的伪真实反映，也可能是根本没有任何物理基础的某一跨国公司的地理、层次网的三维数据库，甚至可以是与股票交易有关的多维数据集 虚拟现实内容 （1）虚拟环境建模 （2）动画制作 （3）物理仿真 （5）交互模式 （4）碰撞检测 虚拟环境建模 CAD技术为虚拟现实提供了有效的建模手段。模型工具包括AutoCAD、3DS、Wavefront、Multigen、Modelgen 2和Computer Vision等。这些模型可为多数虚拟现实系统利用，节省了大量的再建时间。建模工具一般提供了广泛的图形库支持。 动画制作 一些动画可用矩阵操作来支持移动及旋转，而摆动及弹跳运动则需要专门程序。实时计算这些物理过程会带来诸如系统延时等问题，在某些动画序列中，复杂的动作可用简单的模拟方法而不需要复杂的数学过程。这项技术要求将这些动作分解为一系列离散的关键模型并放到数据库中 物理仿真 在进行物理仿真时，我们必须为物体设计一些支持其某些物理行为的程序。这一方面要求很强的计算能力，同时也使系统增加了一些延时。例如，下落的物体必须赋予质量属性，必须用运动方程来计算其加速度 碰撞检测 在虚拟现实中，常用碰撞来模拟现实生活中的接触、抓、移动和打击等情形。虚拟现实系统的一个重要功能，就是能快速进行虚拟世界中物体间的碰撞检测。虚拟世界中的物体，是以计算机产生的几何模型形式而存在的。这样，物体就可能占有一定的空间并具有穿透性，或者以一种非现实的途径相互穿插。这些现象在现实世界中是永远不可能发生的，因为物体间总会先发生碰撞。目前有多种碰撞测试方法，其中，基于快速计算的包围球碰撞测试方法和较为精确的包围盒碰撞测试方法尤为人们所重视。 交互模式 为简化人机界面，人们提出了许多新方法，发明了许多新设备，以及与虚拟现实有关的新技术。由此出现了许多种交互模式。例如，特征识别单元、视觉显示单元、触摸屏、光笔、游戏杆、拇指轮、压感笔、便笺簿、数字化仪等都是与虚拟现实有关的设备和技术 9.4 虚拟现实系统的特征 无论是哪—种虚拟现实系统，都有沉浸、交互和 构想性这三个基本特征。 浸入性 是使使用者亲身体验虚拟环境真实直观的视图，显示系统应直接受使用者的控制，获得浸入虚拟环境的感觉。 交互性 9.4 虚拟现实系统的特征 构想性 构想性是指在虚拟现实系统中，帮助人们获取知识 和形成新的概念。 9.5 虚拟现实系统的分类 简易型虚拟现实系统 简易型虚拟现实系统可以仅由一台普通的计算机组成，使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。 沉浸型虚拟现实系统 沉浸型虚拟现实系统是比较复杂的系统。使用者必须头戴头盔、手带数据手套等传感跟踪装置