虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實發(fā)展虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第1頁虛擬地理環(huán)境分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第2頁一、虛擬地理環(huán)境

地理學+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第3頁GIS+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬地理環(huán)境數(shù)字城市+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬城市地理學+虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬GIS虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第4頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第5頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第6頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第7頁概念地理環(huán)境：包含作為主體人類社會以及圍繞該主體存在一切客觀環(huán)境，自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、社會文化環(huán)境等。虛擬地理環(huán)境虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第8頁虛擬地理環(huán)境包含作為主體化身人類社會和圍繞該主體存在一切客觀環(huán)境，硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境、虛擬圖形境象環(huán)境、虛擬經(jīng)濟環(huán)境、虛擬社會、政治文化環(huán)境。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第9頁比較：人類社會——化身人類社會化身人：現(xiàn)實世界中人與虛擬世界中化身相結(jié)合后集合整體；用戶在虛擬世界中三維圖形表示。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第10頁比較：環(huán)境自然環(huán)境經(jīng)濟環(huán)境社會、文化環(huán)境硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟環(huán)境虛擬社會、文化環(huán)境虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第11頁數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境三維世界虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第12頁虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實地理環(huán)境一樣，是人類能夠生活、工作、生產(chǎn)和消費一個空間世界；是一個包含空間系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)開放、復雜性巨系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第13頁層次結(jié)構(gòu)硬件環(huán)境軟件環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境虛擬圖形境象環(huán)境虛擬經(jīng)濟環(huán)境虛擬社會、文化環(huán)境實境虛境虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第14頁實境虛境計算機因特網(wǎng)通信和傳感設(shè)備數(shù)據(jù)圖形實體或符號虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第15頁實境虛境三維虛擬世界虛擬社會世界虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第16頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第17頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第18頁虛擬地理環(huán)境現(xiàn)實地理環(huán)境地理位置空間節(jié)點密度反應二者之間相互影響和相互作用強度和頻度虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第19頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第20頁2、內(nèi)表示數(shù)據(jù)層面數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存放與感知數(shù)據(jù)打開圖形處理虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第21頁3、外表示境象層面內(nèi)表示數(shù)據(jù)外化、知覺化數(shù)據(jù)三維圖形視覺表示山脈平原房屋樹、云化身……虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第22頁4、單主體感知認知層面信息交互感知虛擬世界視覺聽覺力覺觸覺嗅覺味覺虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第23頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第24頁5、互主題社會層面化身人之間化身人類社會與軟硬件環(huán)境化身人類社會與虛擬社會圖形環(huán)境虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第25頁化身人=自然人+化身化身：化身人類在虛擬界中身份，采取不一樣形態(tài)、性別化身會影響化身人類在虛擬結(jié)合縣世界心理狀態(tài)和社會行為。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第26頁虛擬社群：虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第27頁VGE特點：虛擬地理環(huán)境強調(diào)“人”作用化身人使‘虛擬’變得更為真實化身人使人們愿意加入到虛擬地理環(huán)境中，親身體驗虛擬環(huán)境帶來多方面感受；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第28頁虛擬地理環(huán)境強調(diào)‘虛擬’而非‘數(shù)字’不但僅是數(shù)據(jù)庫和幾何模型建設(shè)，強調(diào)人地位，強調(diào)許多地理信息與地理知識在區(qū)域可連續(xù)發(fā)展中意義。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第29頁虛擬環(huán)境與仿真環(huán)境不一樣仿真是經(jīng)過對系統(tǒng)模型試驗來研究一個存在或設(shè)計中系統(tǒng)仿真環(huán)境即利用仿真技術(shù)描述現(xiàn)實環(huán)境；虛擬環(huán)境是用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來描述真實環(huán)境，使人和計算機融為一體，帶來‘沉醉感，交互感和想象力’虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第30頁虛擬地理環(huán)境與其它模擬環(huán)境本質(zhì)區(qū)分：建立模型方式人-機關(guān)系虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第31頁VGE為公眾參加提供媒介VGE需要空間數(shù)據(jù)庫支持，需要支持交互探索分析環(huán)境；VGE強調(diào)人/系統(tǒng)（交互）融合，強調(diào)‘身臨其境’感受；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第32頁VGE發(fā)展、演化虛擬群落虛擬村落虛擬城市虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第33頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第34頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第35頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第36頁概念發(fā)展地理學虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第37頁計算機技術(shù)、GIS虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第38頁虛擬地理環(huán)境產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第39頁GIS與虛擬現(xiàn)實GIS：三維可視化模塊，用于數(shù)字高程模型三維可視展現(xiàn)與分析；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第40頁虛擬GIS把GIS中三維可視化模塊提升到了整個系統(tǒng)關(guān)鍵地位把用戶與地學數(shù)據(jù)三維視覺、聽覺等多感覺實時交互作為系統(tǒng)存在基礎(chǔ)；把觀察者加入到GIS中，成為一個參加者和系統(tǒng)設(shè)計重心虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第41頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第42頁虛擬地理環(huán)境：把人與人之間交互與交流考慮進來虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第43頁地理學語言虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第44頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第45頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第46頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第47頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第48頁虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第49頁虛擬地理學虛擬地理學研究虛擬地理環(huán)境特征與規(guī)律，以及虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實地理環(huán)境相互關(guān)系一門科學虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第50頁二、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第51頁概念DVR：分布式虛擬現(xiàn)實能夠看作是基于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是可供多用戶同時異地參加分布式虛擬環(huán)境，處于不一樣地理位置用戶如同進入到同一個真實環(huán)境中，經(jīng)過姿勢、聲音或文字等“在一起”進行交流、學習、訓練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件復雜產(chǎn)品設(shè)計或進行同一任務演練。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第52頁VR系統(tǒng)：單用戶虛擬環(huán)境漫游、交互DVR系統(tǒng)：關(guān)聯(lián)局部虛擬環(huán)境—大虛擬環(huán)境不一樣地域用戶交互虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第53頁DVR研究網(wǎng)絡(luò)平臺：一、在Internet上可追溯到早期基于文本多參加者游戲MUD，還有基于VRML標準遠程虛擬購物等。虛擬現(xiàn)實建模語言是一個能夠公布3D網(wǎng)頁跨平臺語言，可提供一個更自然體驗方式，包含交互性、動態(tài)效果、延續(xù)性以及用戶參加探索。

多個不一樣位置用戶實時交互。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第54頁二、在高速專用網(wǎng)上——如美國軍方國防仿真互聯(lián)網(wǎng)。最早分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境是1983年美國陸軍制訂虛擬環(huán)境研究計劃，這一計劃將分散在不一樣地點地面坦克、車輛仿真器經(jīng)過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進行各種復雜任務訓練和作戰(zhàn)演練。1994年開始，美國陸軍與美國大西洋司令部聯(lián)合開展了戰(zhàn)爭綜合演練場研究，建成了一個包含海陸空多兵種、有3700多個仿真實體參加地域范圍覆蓋500公里×750公里軍事演練環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第55頁DVR應用產(chǎn)品設(shè)計與性能評價波音777飛機設(shè)計是虛擬原型機應用經(jīng)典實例，這是飛機設(shè)計史上第一次在設(shè)計過程中沒有采取實物模型。波音777由300萬個零件組成，全部設(shè)計在一個由數(shù)百臺計算機工作站組成虛擬環(huán)境中進行。設(shè)計師們戴上頭盔顯示器后，能夠穿行于設(shè)計中虛擬“飛機”，審閱“飛機”各項設(shè)計指標。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第56頁教育與娛樂領(lǐng)域：使學生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子運動軌跡和體驗愛因斯坦相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。第一個大規(guī)模VR娛樂系統(tǒng)“BattleTech"，將每個“座艙”仿真器連網(wǎng)進行組之間反抗，3D逼真視景、游戲桿、油門、剎車和受到打擊時晃動給用戶很強感官刺激。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第57頁高難度和危險環(huán)境下作業(yè)訓練如醫(yī)療手術(shù)訓練VR系統(tǒng)，用我們已經(jīng)掌握人體數(shù)據(jù)在計算機中重構(gòu)人體或某一器官幾何模型，并賦予一定物理特征（比如密度、韌度、組織百分比等），經(jīng)過機械手或數(shù)據(jù)手套等高精度交互工具在計算機中模擬手術(shù)過程，以到達訓練、研究目標。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第58頁北京航空航天大學計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室集成分布式虛擬環(huán)境；浙江大學心理學國家重點試驗室開發(fā)虛擬故宮、CAD&CG國家重點試驗室開發(fā)出桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；國內(nèi)VR：虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第59頁清華大學計算機系對虛擬現(xiàn)實和臨場感方面進行了研究，比如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍辦法和深度感試驗等方面都含有不少獨特方法；西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所、上海交通大學等國內(nèi)VR：虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第60頁北航計算機系虛擬現(xiàn)實與可視化新技術(shù)研究室與國防科技大學、浙江大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所和解放軍測繪學院等單位一起建立了一個用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究和應用分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺，英文縮寫為DVENET。DVENET由一個專用計算機網(wǎng)絡(luò)以及支持分布式虛擬環(huán)境研究與應用各種標準、開發(fā)工具和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)（如三維逼真地形）組成。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第61頁基于DVENET，一個分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境被成功開發(fā)出來。應用DVENET，能夠?qū)崿F(xiàn)包含遠程數(shù)十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進行協(xié)同作業(yè)或反抗演練。參演人員（即用戶）能夠經(jīng)過不一樣交互方式控制真實或虛擬武器仿真平臺在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進行異地協(xié)同與反抗戰(zhàn)術(shù)演練。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第62頁“虛擬珠峰飛行漫游系統(tǒng)”給中國科學技術(shù)館研制，用戶能夠駕駛虛擬直升機飛越虛擬珠穆朗瑪峰，以體驗VR魅力；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第63頁三、增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第64頁概念增強現(xiàn)實（AR，AugmentedReality）是指虛擬世界直接疊加在人感知真實世界之上；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第65頁增強現(xiàn)實優(yōu)點真實感強、以假亂真建模工作量小虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第66頁特征組合實際與虛擬環(huán)境真實景物與虛擬景物交互重合實時交互定位在3D空間虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第67頁與虛擬現(xiàn)實區(qū)分場景生成器AR：數(shù)據(jù)量小、真實感要求不強VR：數(shù)據(jù)量大，真實感強虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第68頁與虛擬現(xiàn)實區(qū)分顯示設(shè)備AR：要求低，光學透視式HMDVR：全彩色、高分辨率、寬視場HMD虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第69頁與虛擬現(xiàn)實區(qū)分跟蹤和傳感設(shè)備AR：要求高與VRVR：虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第70頁發(fā)展1960年代——開始在哈佛大學及猶他大學任教IvanSutherland，與兩所大學學生共同開發(fā)出了第一套早期AR系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第71頁1970與80年代美國空軍阿姆斯特朗試驗室、航天總署艾密斯研究中心，以及北卡羅來納大學教堂山分校，有部份人員從事AR相關(guān)研究。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第72頁1990年早期波音企業(yè)幾位科學家為了幫助工人裝配管線設(shè)備，才創(chuàng)造出了「擴增實境」（AugmentedReality）這一名詞。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第73頁國內(nèi)研究機構(gòu)：北京理工大學國防科技大學西安石油學院電子科技大學華中科技大學上海大學等虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第74頁國外研究機構(gòu)：德國SIEMENSAG、美國哥倫比亞大學、澳大利亞Vienna大學、日本Nara協(xié)會等虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第75頁與AR系統(tǒng)相關(guān)國際專利108篇，1995年至今如德國專利DE10108064增強現(xiàn)實系統(tǒng)，用視頻或音頻信息進行綜合視覺跟蹤；系統(tǒng)包含：目標跟蹤系統(tǒng)；圖像統(tǒng)計單元；注釋系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第76頁美國專利US191003包括增強現(xiàn)實顯示技術(shù)，用攝像機定位物體位置并匯報給連通計算機以展現(xiàn)圖像能夠展現(xiàn)出天氣、險情等情況，經(jīng)過計算機圖像處理后得到畫面令觀眾身臨其境；主要應用于航海安全控制輔助、飛行員培訓、應急訓練等。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第77頁而國內(nèi)包括AR專利還極少國內(nèi)對AR系統(tǒng)研究尚處于起步階段。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第78頁AR在美國巴特爾研究所10個最具戰(zhàn)略意義技術(shù)趨勢研究匯報排名第10；這些趨勢將決定著未來一個時期社會發(fā)展特征。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第79頁AR系統(tǒng)組成追蹤器顯示器繪圖計算機相關(guān)軟件虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第80頁追蹤器機械式頭部追蹤器超音波追蹤器、電磁波、光波、以及視訊式追蹤器全球定位系統(tǒng)--GPS。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第81頁顯示器桌上型顯示器手持式顯示器頭戴式顯示器：最主要顯示方式。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第82頁光學式顯示器：屏幕：半透明鏡片，能反射光線，也能讓光線穿透，稱為「分光鏡」或是「合并器」；戰(zhàn)斗機飛行員抬頭顯示器。能同時看到真實環(huán)境影像和虛擬影像；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第83頁特點：真實與虛擬景物以半透明狀態(tài)相互重合；影像重合時，真實景物與虛擬景物難以同時兼顧，真實感降低；虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第84頁視訊式顯示器屏幕：不是鏡片，是一個電子視訊屏幕。虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢第85頁原理：頭戴式攝影機捕捉背景環(huán)境影象，轉(zhuǎn)換為電子畫面；放進虛擬3