VRAR全息的技術(shù)解析教學(xué)課件

1、VR AR和全息投影社會學(xué)1701張澤宇 張嘯林 劉鵬飛 第1頁，共37頁。NATURALWILD第2頁，共37頁。1. VR技術(shù)的概念虛擬現(xiàn)實技術(shù)（vr）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。第3頁，共37頁。具有視覺感知，聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能多感知性指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達到使用戶難辨真假的程度。存在感指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境

2、得到反饋的自然程度。交互性指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度。自主性2.VR的特征第4頁，共37頁。3.實現(xiàn)VR的技術(shù)難點顯示雙目立體視覺：當(dāng)用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。在一個VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。感覺反饋虛擬皮膚感應(yīng)觸點：要實現(xiàn)虛擬世界與用戶皮膚交互，使得用戶可以獲得真實的觸覺體驗。

3、聲音捕捉環(huán)繞立體聲：現(xiàn)實生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關(guān)。第5頁，共37頁。VR畫面的運行原理由于計算機屏幕只有一個，而我們卻有兩個眼睛，又必須要讓左、右眼所看的圖像各自獨立分開，才能有立體視覺。這時，就可以通過3D立體眼鏡，讓這個視差持 續(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來。通過控制IC送出立體訊號(左眼-右眼-左眼-右眼-依序連續(xù)互相交替重復(fù))到屏幕，并同時送出同 步訊號到3D立體眼鏡，使其同步切換左、右眼圖像，換句話說，左眼看到左眼該看到的景像，右眼看到右眼該看到的景像。第6頁，共37頁。 3D立體眼鏡是一個穿透液晶鏡片，通 過電路對液晶眼

4、鏡開、關(guān)的控制，開可以控制眼鏡鏡片全黑，以便遮住一眼圖像;關(guān)可以控制眼鏡鏡片為透明的，以便另一眼看到另一眼該看到的圖像。3D立體眼 鏡就可以模仿真實的狀況，使左、右眼畫面連續(xù)互相交替顯示在屏幕上，并同步配合3D立體眼鏡，加上人眼視覺暫留的生理特性，就可以看到真正的立體3D圖 像。第7頁，共37頁。VR的應(yīng)用娛樂醫(yī)療 軍事航天 地理探索 室內(nèi)設(shè)計4.VR技術(shù)廣泛的應(yīng)用范圍第8頁，共37頁。第9頁，共37頁。游戲中的vr場景 2022/8/3第10頁，共37頁。 科技感極強的VR體驗館第11頁，共37頁。現(xiàn)實與虛擬的交織AR第12頁，共37頁。AR（Augmented Reality 增強現(xiàn)實技術(shù)

5、 ）增強現(xiàn)實技術(shù)，是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。簡單地說，可以說是一種同步式的后期特效。第13頁，共37頁。具有實時交互性（同步性）可應(yīng)用領(lǐng)域廣泛真實世界和虛擬的信息集成在三維尺度空間中增添定位虛擬物體AR突出特點第14頁，共37頁。Monitor-BasedAR組成形式在基于計算機顯示器的AR實現(xiàn)方案中，攝像機攝取的真實世界圖像輸入到計算機中，與計算機圖形系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬景象合成，并輸出到屏幕顯示器。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖片。它雖然簡單，但不能帶給用戶多少沉浸感。Monitor-B

6、ased增強現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)方案如下圖所示。第15頁，共37頁。光學(xué)透視式AR組成形式頭盔式顯示器(Head-mounted displays,簡稱HMD)被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用以增強用戶的視覺沉浸感。增強現(xiàn)實技術(shù)的研究者們也采用了類似的顯示技術(shù)，這就是在AR中廣泛應(yīng)用的穿透式HMD。根據(jù)具體實現(xiàn)原理又劃分為兩大類，分別是基于光學(xué)原理的穿透式HMD(Optical See-through HMD)和基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD(Video See-through HMD)。光學(xué)透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)方案如右圖所示。簡單、分辨率高、沒有視覺偏差第16頁，共37頁。視頻透視式AR組成形式視頻

7、透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)采用的基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD(Video See-through HM)第17頁，共37頁。古跡復(fù)原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護文化古跡的信息以增強現(xiàn)實的方式提供給參觀者，用戶不僅可以通過HMD看到古跡的文字解說，還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構(gòu)。AR領(lǐng)域應(yīng)用第18頁，共37頁。娛樂、游戲領(lǐng)域增強現(xiàn)實游戲可以讓位于全球不同地點的玩家，共同進入一個真實的自然場景，以虛擬替身的形式，進行網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)。AR領(lǐng)域應(yīng)用第19頁，共37頁。網(wǎng)絡(luò)視頻通訊領(lǐng)域該系統(tǒng)使用增強現(xiàn)實和人臉跟蹤技術(shù)，在通話的同時在通話者的面部實時疊加一些如帽子、眼鏡等虛擬物體，在很大程度上提高了視頻對話的趣味性。AR領(lǐng)

8、域應(yīng)用第20頁，共37頁。醫(yī)療領(lǐng)域醫(yī)生可以利用增強現(xiàn)實技術(shù)，輕易地進行手術(shù)部位的精確定位AR領(lǐng)域應(yīng)用第21頁，共37頁。軍事領(lǐng)域部隊可以利用增強現(xiàn)實技術(shù)，進行方位的識別，獲得實時所在地點的地理數(shù)據(jù)等重要軍事數(shù)據(jù)。AR領(lǐng)域應(yīng)用第22頁，共37頁。增強現(xiàn)實的開發(fā)人員的目標(biāo)是將這三個組件集成到一個單元中。1.頭戴式顯示器2.跟蹤系統(tǒng)3.移動計算能力這種技術(shù)1990年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品CPU運算能力的提升，預(yù)期增強現(xiàn)實的用途將會越來越廣。雖然經(jīng)過了十幾年的研究，開發(fā)了以上的許多種工具包，但是幾乎所有 AR 系統(tǒng)仍然處于實驗室內(nèi)使用，研究者已經(jīng)開始考慮 AR在實用中面臨的一些基本問題，主要有以下幾個

9、方面： (1) 景物的生成與顯示(2) 定位錯誤(3) 通訊設(shè)備(4) 計算能力AR難點與研究方向第23頁，共37頁。最近的AR現(xiàn)實產(chǎn)品Current production of AR第24頁，共37頁。AR眼鏡（谷歌、微軟）第25頁，共37頁?？诖諫o第26頁，共37頁。AR濾鏡第27頁，共37頁。在虛擬場景中展示現(xiàn)實和虛擬的元素在現(xiàn)實場景中展現(xiàn)現(xiàn)實和虛擬的元素VRARVR&AR第28頁，共37頁。全息投影技術(shù)front-projected holographic display第29頁，共37頁。一.定義全息投影技術(shù)，也稱虛擬成像技術(shù)，是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的

10、技術(shù)。全息投影技術(shù)不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻象，還可以使幻象與表演者產(chǎn)生互動，一起完成表演，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。全息投影適用范圍產(chǎn)品展覽、汽車服裝發(fā)布會、舞臺節(jié)目、互動、酒吧娛樂、場所互動投影等。第30頁，共37頁。二.技術(shù)原理 其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。 其第二步是利用衍

11、射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。第31頁，共37頁。三.實驗技術(shù)空氣投影和交互技術(shù)：在美國麻省一位叫ChadDyne的29歲理工研究生發(fā)明了一種空氣投影和交互技術(shù)，這是顯示技術(shù)上的一個里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣液化形成的小水珠上，由于分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。激光束投射實體的3D影像：這種技術(shù)是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣