虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育第1頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第2頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

以上是美國(guó)１９９５年出品的科幻片《鐘尼記憶術(shù)》中的一個(gè)片斷，影片雖然描述的是在未來(lái)年代發(fā)生的事情，但這個(gè)片斷中所展示出的技術(shù)在今天正在高速發(fā)展，它就是我們常常聽到的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)。

第3頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

虛擬現(xiàn)實(shí)在英文中叫做“VirtualReality”，其縮寫為VR。VR這一名詞是虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室研究的創(chuàng)始人賈朗·拉尼爾（JaronLanier）于80年代發(fā)明的，它向我們展現(xiàn)了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。賈朗·拉尼爾解釋到，ＶＲ技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的高級(jí)模擬技術(shù)，它能虛構(gòu)出一個(gè)空間環(huán)境。在這個(gè)空間中每個(gè)事物的變化與活動(dòng)規(guī)律與現(xiàn)實(shí)中完全一樣，進(jìn)入其中的人還可以對(duì)這個(gè)空間加以影響和控制，反過(guò)來(lái)這個(gè)空間的事物也會(huì)對(duì)進(jìn)入其中的人產(chǎn)生影響。不過(guò)這只能說(shuō)是對(duì)ＶＲ技術(shù)的一個(gè)極為籠統(tǒng)的概括，下面就讓我們進(jìn)行ＶＲ具體學(xué)習(xí)。第4頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)目標(biāo)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)概述常用人機(jī)接口設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)什么是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特性、基本配置桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的渲染引擎技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)室基于WEB的虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬現(xiàn)實(shí)在教育中的應(yīng)用案例第5頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一、虛擬現(xiàn)實(shí)概述（一）什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR），又稱臨境技術(shù)，是指用立體眼鏡和傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實(shí)，人們通過(guò)這些設(shè)施以自然的方式（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、手的運(yùn)動(dòng)等）向計(jì)算機(jī)送入各種動(dòng)作信息，并且通過(guò)視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到三維的視覺、聽覺及觸覺等感覺世界。隨著人們動(dòng)作的改變，這些感覺也隨之改變。第6頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月事實(shí)上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅僅是指那些戴著頭盔和手套的技術(shù)，而且還應(yīng)該包括一切與之相關(guān)的自然模擬、逼真體驗(yàn)的技術(shù)與方法。它要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)酷似客觀環(huán)境又超越客觀時(shí)空、能沉浸其中又能駕馭其上的和諧人機(jī)交互環(huán)境，也就是有多維信息所構(gòu)成的可操縱的空間。第8頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

“虛擬現(xiàn)實(shí)”一詞中的“現(xiàn)實(shí)”泛指在物理意義上或在功能意義上存在于世界的事物或環(huán)境，它是實(shí)際上能實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；“虛擬”是指這個(gè)特定的環(huán)境是由計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)生成的。因此，“虛擬現(xiàn)實(shí)”是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中去操作、控制和感受環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的。視頻材料觀摩第9頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展概述1.1965年，在Sutherland《終極的顯示》論文中首次提到包括交互圖形顯示、力反饋設(shè)計(jì)及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想。2.1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD(頭盔顯示器)系統(tǒng)?；趶?0年代以來(lái)所取得的一系列成就，美國(guó)的賈朗·拉尼爾（JaronLanier）正式提出“VirtualReality”。第10頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.80年代，美國(guó)宇航局（NASA）及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并取得了矚目的成就。4.進(jìn)入90年代，迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與不斷改進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)相匹配，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實(shí)時(shí)動(dòng)畫制作成為了可能。第11頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一般構(gòu)成（見教科書105頁(yè)）1.虛擬世界2.虛擬現(xiàn)實(shí)軟件3.計(jì)算機(jī)4.輸入設(shè)備5.輸出設(shè)備6.與虛擬世界的交互過(guò)程虛擬世界VR軟件輸入設(shè)備輸出設(shè)備第12頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域（見教科書107-108）1.軍事及航空領(lǐng)域2.建筑與汽車業(yè)（體驗(yàn)）3.醫(yī)學(xué)界4.培訓(xùn)領(lǐng)域5.娛樂(lè)第13頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）、VR系統(tǒng)的技術(shù)組成及主要特征1.ＶＲ技術(shù)的組成ＶＲ所包括的技術(shù)種類很多，這其中又有多個(gè)分支，對(duì)于不同類型的原體還要涉及與之相關(guān)的學(xué)科。對(duì)此在國(guó)外也未能嚴(yán)格細(xì)致地加以劃分與確定，但公認(rèn)的基礎(chǔ)技術(shù)主要有以下３個(gè)方面：

第14頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（１）人機(jī)接口技術(shù)：

人機(jī)接口技術(shù)就是人與計(jì)算機(jī)相互影響與控制的技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)ＶＲ的關(guān)鍵。我們常用的鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器其實(shí)就是一種人機(jī)接口設(shè)備，當(dāng)然這是很原始的設(shè)備。７０年代發(fā)明的數(shù)據(jù)手套、８０年代出現(xiàn)的內(nèi)置立體顯示裝置的數(shù)據(jù)頭盔和語(yǔ)音識(shí)別、手寫輸入板都是高一級(jí)的人機(jī)接口設(shè)備。第15頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在技術(shù)上，三維數(shù)據(jù)的交互傳輸是必不可少的，這會(huì)讓計(jì)算機(jī)更準(zhǔn)確地知道你在干什么，從而做出正確的反應(yīng)，而你也會(huì)因此感到在此基礎(chǔ)上虛擬出來(lái)的環(huán)境更為真切。同時(shí)人機(jī)接口技術(shù)與人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系越來(lái)越密切，使人機(jī)接口設(shè)備與人形成一體，將電腦與人合二為一，你將會(huì)忘記計(jì)算機(jī)的存在。

第16頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（２）模擬仿真技術(shù)：這是影響ＶＲ效果好壞的重要因素。我們要模擬一個(gè)人的動(dòng)作時(shí)，肯定會(huì)分析這個(gè)人做這個(gè)動(dòng)作的特點(diǎn)，然后按這個(gè)特點(diǎn)去模仿。模擬仿真技術(shù)直接影響計(jì)算機(jī)在模擬方面的能力。在計(jì)算機(jī)模擬領(lǐng)域里，仿真數(shù)字模型是關(guān)鍵的技術(shù)，模型建得越好、越細(xì)致，將意味著對(duì)原體的模擬越真實(shí)。第17頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（３）真實(shí)存在技術(shù)：在國(guó)外，人們稱之為Immersion（沉浸）。為了通俗一點(diǎn)，暫將其命名為真實(shí)存在。這是VR對(duì)人產(chǎn)生影響的關(guān)鍵之處。它包括聲音、圖像和對(duì)人體其它感官的刺激，因?yàn)檫@些是人類對(duì)所處環(huán)境的最真實(shí)的認(rèn)識(shí)和感受。很明顯，它包括了尖端的多媒體數(shù)據(jù)處理技術(shù)，這些數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量與快慢和計(jì)算機(jī)的水平是息息相關(guān)的，因此真實(shí)存在技術(shù)的發(fā)展是與計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密相連。第19頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它的最重要的目標(biāo)就是真實(shí)的體驗(yàn)和方便自然的人機(jī)交互，能夠達(dá)到或者部分達(dá)到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)就稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。比如：例如飛行仰角過(guò)大而造成螺旋，那么模擬器將會(huì)控制模擬駕駛艙劇烈地翻動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)特制的飛行背心來(lái)產(chǎn)生失重的感覺。由此可看出它集圖像、聲音、觸覺等多種信息媒體來(lái)實(shí)現(xiàn)交互影響與控制，這是最早的ＶＲ技術(shù)。

第20頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）多感知性（multi-sensory)

多感知性就是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括嗅覺感知、味覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切普通人所具有的感知功能，這是區(qū)別其他技術(shù)的一個(gè)重要特征。2.主要特征第21頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）存在感性（presence）

又稱為臨場(chǎng)感（immersion），它是用戶感到作為主角存在與模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。第22頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）交互性

交互性（interaction）是指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶可以用手抓取模擬環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握有東西的感覺，并可以感覺物體的重量（其實(shí)這時(shí)手里并沒(méi)有實(shí)物）。第23頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）自主性是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。例如，當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、或翻倒、或從桌面落到地面等。第24頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、人機(jī)接口設(shè)備交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的首要特性，為了允許人機(jī)交互，必須使用特殊的人機(jī)接口與外設(shè)，既要允許用戶信息輸入到計(jì)算機(jī)，也要使計(jì)算機(jī)能反饋信息給用戶。第25頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月視覺、聽覺、觸覺等。第26頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）理想的視覺顯示與日常經(jīng)歷中的場(chǎng)景對(duì)比，在質(zhì)量、修改率和范圍方面應(yīng)該是無(wú)法區(qū)分的。必須認(rèn)真評(píng)價(jià)各種顯示特性的重要性，這包括視覺特性（視場(chǎng)、分辨率、亮度、對(duì)比和彩色），人類工程學(xué)，安全，可靠和價(jià)格。視覺顯示的基本要求是提供立體視覺。第29頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月立體視覺的原理：當(dāng)我們看現(xiàn)實(shí)世界或者是3D電影時(shí)，一項(xiàng)稱之為雙眼差異（binoculardisparity）的因素可以極大的影響我們的視覺。第30頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月先閉上右眼僅用左眼看一個(gè)物體，伸出你的一根指頭放在你的眼睛和物體之間，并且保持指頭和物體在一條直線；然后再閉上左眼僅用右眼看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)手指頭和這個(gè)物體并不在一條直線上，而且我們會(huì)發(fā)現(xiàn)看到的物體會(huì)有所不同。這說(shuō)明，我們的雙眼是通過(guò)兩個(gè)不同的位置來(lái)觀察世界的——雙眼的一般距離是2.5英寸。我們的大腦通過(guò)把雙眼得來(lái)的這兩幅略有差異的圖像進(jìn)行處理，就可以在場(chǎng)景中相應(yīng)的位置生成正確的三維圖像。（如圖示）第31頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖中表示兩眼光軸平行的情況，相當(dāng)于兩眼注視遠(yuǎn)處。內(nèi)瞳距（IPD）是兩眼瞳孔之間的距離。兩眼空間位置的不同，是產(chǎn)生立體視覺的原因。F是距離人眼較近的物體B上的一個(gè)固定點(diǎn)。第32頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月左右的兩眼的視圖說(shuō)明，F(xiàn)點(diǎn)在視圖中的位置不同。這種不同就是立體視差。人眼也可以利用這種視差，判斷物體的遠(yuǎn)近，產(chǎn)生深度感。這就是人類的立體視覺，由此獲得環(huán)境的三維信息。第33頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月VR應(yīng)用有兩類主要的視覺顯示光學(xué)系統(tǒng)：頭盔顯示和非頭盔顯示。立體液晶顯示器拋物線投影儀第34頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月立體投影第35頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以數(shù)據(jù)頭盔為例，在數(shù)據(jù)頭盔中集成了以下幾種設(shè)備：第36頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、高清晰顯示器：

其形狀就象一個(gè)大夜視儀，安裝在頭盔的前部，按面部曲線緊貼著眼睛以消除眼睛的視線空隙而增加真實(shí)感。由于采用先進(jìn)的聚焦技術(shù)，從而確保了用戶在如此近的距離上能有效地收看到清晰的圖像，同時(shí)先進(jìn)的圖像廣角技術(shù)將最大限度地模仿人類眼睛的超寬視野效果。第37頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、眼部跟蹤器：

位于眼睛的四周，通過(guò)觀察眼肌微小的動(dòng)作來(lái)分析眼睛正在注視的方向，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)作為反饋信息發(fā)送給反饋信息處理設(shè)備，之后ＶＲ處理器經(jīng)過(guò)處理，從真實(shí)存在處理設(shè)備中送來(lái)此時(shí)眼睛應(yīng)該看到的圖像。

第38頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、三維立體聲耳機(jī)：

為了使虛擬環(huán)境更為真實(shí)就必須采用三維立體聲耳機(jī)。在這種耳機(jī)中每側(cè)各有若干個(gè)與人耳的距離、角度都不相同的小型高保真揚(yáng)聲器，通過(guò)控制這些揚(yáng)聲器中音頻信號(hào)的電平（音量）和相位（延時(shí)）來(lái)虛擬出一個(gè)逼真的三維音響空間。第39頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、頭部方位跟蹤器：

確定頭部的位置對(duì)于ＶＲ很重要，這將直接影響ＶＲ處理器從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取什么數(shù)據(jù)。比如將眼睛（也就是頭部）移向一個(gè)物體時(shí)應(yīng)該看到這個(gè)物體逐漸變大，那么如何讓ＶＲ處理器知道你正移向該物體呢？這就是頭部方位跟蹤器的作用。第40頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、高保真話筒：

這是用來(lái)傳送用戶語(yǔ)言信息的裝置，用智能語(yǔ)音識(shí)別器（包含于反饋信息處理設(shè)備）加以處理而得出相應(yīng)的處理指令，交處理器處理。例如你說(shuō)了聲“請(qǐng)將圖像放大”，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音識(shí)別后就會(huì)向處理器發(fā)送將圖像放大的命令，當(dāng)然還可用于與ＶＲ中虛擬出來(lái)的人物對(duì)話。

第41頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、模擬觸覺器：

舉個(gè)例子，假如你在ＶＲ中頭撞在墻上，為了模擬得更為逼真，有必要給頭部類似的刺激，以產(chǎn)生撞在墻上的感覺，從而大大增加了ＶＲ的真實(shí)感。從這個(gè)例子中就很容易知道模擬觸覺器的作用了。第42頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）數(shù)據(jù)手套為了有更大的基于手姿的交互，必須要求1/O工具能處理手在一定空間的自由運(yùn)動(dòng)。也希望通過(guò)感覺單個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)，得到更多的自由度。人的手指動(dòng)作有"彎曲-伸直"，也有側(cè)向"外展-內(nèi)收"。此外，拇指動(dòng)作有"前位-復(fù)位"，前位使拇指與手掌相對(duì)。第43頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第44頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳感手套是為滿足上述要求而設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)工具。商業(yè)化的產(chǎn)品有VPL公司的DataGlove，Vertex的CyberGlove，Mattel的PowerGlove，和ExosDextrousHand。至今應(yīng)用最多的傳感手套是VPL公司的數(shù)據(jù)手套DataGlove，它也是第一個(gè)推向市場(chǎng)的。傳感手套使用光纖，光纖安裝在輕便且有彈性的Lycra（合成彈力纖維）手套上。它還使用Isotrack3-D位置傳感器。第45頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.DataGlove（數(shù)據(jù)手套）光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輕便和緊湊，用戶戴上手套感到很舒適。為了適應(yīng)不同用戶手的大小，數(shù)據(jù)手套DataGlove有三種尺寸：小號(hào)、中號(hào)和大號(hào)。第46頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月手指的每個(gè)被測(cè)的關(guān)節(jié)上都有一個(gè)光纖維環(huán)。纖維經(jīng)過(guò)塑料附件安裝，使之在手指彎曲時(shí)作小的移動(dòng)。在標(biāo)準(zhǔn)的布局中，每個(gè)手指背面只安裝兩個(gè)傳感器，以便測(cè)量主要關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng)。第47頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.CyberGloveCyberGlove是另一種手套，它使用線性傳感器。1992年底，VPL倒閉，CyberGlove已經(jīng)取代了DataGlove。第48頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CyberGlove把很薄的應(yīng)變電測(cè)量片放在彈性的尼龍合成材料上。手掌區(qū)（和某些模型的指尖）不覆蓋這種材料，以便透氣，并允許通常的活動(dòng)，如打字和寫字等。這樣一來(lái)，手套就很輕并容易戴。第49頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.PowerGlove為了保持低價(jià)格，手套設(shè)計(jì)使用了很多廉價(jià)的技術(shù)。手腕位置傳感器是超聲傳感器，超聲揚(yáng)聲器放在PC監(jiān)視器上，而超聲麥克風(fēng)放在手腕上。很便宜的產(chǎn)品。它的價(jià)格只有約50美元，并在1989年大量銷售，用于基于手套的電子游戲。第50頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.DextrousHandMaster（靈巧手設(shè)備）專門設(shè)計(jì)的夾緊彈簧和手指支撐保證在手的全部運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)備的緊密配合。設(shè)備是用可調(diào)的Velcro（維可牢尼龍搭扣）帶子安裝在用戶手上。附加的支撐和可調(diào)的桿使之適應(yīng)不同用戶手的大小。這些復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)造成了高成本（至今最昂貴的傳感手套）。1990年Exos公司推出的DextrousHandMaster是戴在用戶手背上的金屬外骨架結(jié)構(gòu)。每個(gè)手指有4個(gè)傳感器，五個(gè)手指就有20個(gè)傳感器。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很仔細(xì)，使手組織柔軟性的影響最少。第51頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在數(shù)據(jù)靴中，還裝有測(cè)距儀，用來(lái)測(cè)量用戶移動(dòng)時(shí)的步長(zhǎng)，與三維角度計(jì)配合就可以得出用戶移動(dòng)的速度和方向等即時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)信息反饋設(shè)備反饋給處理器以提供相應(yīng)的各種資料，而讓用戶可以自由自在的在ＶＲ中漫游。

數(shù)據(jù)背心與上述裝備的功能差不多，它主要用來(lái)跟蹤用戶身體的動(dòng)作和姿態(tài)來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的需求信號(hào)供ＶＲ處理器處理。

第52頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、虛擬現(xiàn)實(shí)的類型根據(jù)用戶參與VR的不同形式以及沉浸的程度不同，我們可以把各種類型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)劃分四類：

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)第53頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過(guò)各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的交互。第54頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月桌面級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)是參與者缺少完全的沉浸，因?yàn)樗匀粫?huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但是成本也相對(duì)較低，因而,應(yīng)用比較廣泛。常見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：

第55頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來(lái)，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。第56頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：高度的實(shí)時(shí)性高度的沉浸感支持多種1/O交互設(shè)備并行第57頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來(lái)增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無(wú)法感知或不方便的感受。第58頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡?。?9頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果多個(gè)用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。4．分布式虛擬現(xiàn)實(shí)(DVR）第60頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過(guò)世界上最大的投入式仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SIMNET，美國(guó)和歐洲的軍事人員正在搞戰(zhàn)爭(zhēng)演習(xí)和仿真的恐怖分子襲擊，為防范真的出現(xiàn)這些情況作準(zhǔn)備。第61頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)（見教科書114頁(yè)）（一）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（二）協(xié)同式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（三）虛實(shí)結(jié)合與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)第62頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)1.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展（1）開始于80年代初。如1983年美國(guó)國(guó)防部（DOD）制定了SIMENT的研究計(jì)劃；1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight（2）到了90年代，一些著名大學(xué)和研究所的研究人員也開展了對(duì)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究工作，并陸續(xù)推出了多個(gè)實(shí)驗(yàn)性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境，典型的例子有美國(guó)NPS開發(fā)的NPSNET（1990）、美國(guó)斯坦福大學(xué)的PARADISE/Inverse系統(tǒng)（1992）、瑞典