虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用概述信息技術(shù)學(xué)院葛巖報(bào)告主要內(nèi)容（一）虛擬現(xiàn)實(shí)概述（二）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成（三）具體案例分析（四）存在的問題一虛擬現(xiàn)實(shí)概述概念分類特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域二虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成硬件部分軟件部分三具體案例分析物理類化學(xué)類游戲類四存在的問題（一）虛擬現(xiàn)實(shí)概述1.虛擬現(xiàn)實(shí)是什么呢？虛擬現(xiàn)實(shí)：VirtualReality本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術(shù)虛擬出來，讓你感覺就如真實(shí)的一樣。通過計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)來逼真地模擬真實(shí)場景，在一定范圍內(nèi)讓用戶的視覺、聽覺和觸覺相統(tǒng)一。用戶可借助必要的交互設(shè)備用比較自然的方式與虛擬環(huán)境中的虛擬對(duì)象進(jìn)行直接交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類常見的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要有以下幾種：沉浸式VR系統(tǒng)桌面式VR系統(tǒng)增強(qiáng)式VR系統(tǒng)分布式VR系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置跟蹤定位設(shè)備、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸入設(shè)備、聲音設(shè)備等使得參與者產(chǎn)生一種完全投入并沉浸于其中的感覺，是一種較理想的VR系統(tǒng)。增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也能看到疊加在真實(shí)世界上的虛擬對(duì)象，它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最典型的應(yīng)用是SIMNET系統(tǒng)，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器運(yùn)行在同一個(gè)虛擬世界中，參與同一場作戰(zhàn)演習(xí)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)它是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)或圖形工作站等設(shè)備，采用立體圖形、自然交互等技術(shù)，產(chǎn)生三維立體空間的交互場景，利用計(jì)算機(jī)的屏幕作為觀察虛擬世界的一個(gè)窗口，通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的交互。圖4桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)常用三個(gè)“I”表示的，即Immersion(沉浸)、Interaction(交互)和Imagination(構(gòu)想)。用這三個(gè)“I”說明虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)基本特征。3I沉浸性（Immersion）想象性（Imagination）交互性：Interactivity3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)（1）沉浸性指用戶作為主角沉浸于計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中和用戶投入到計(jì)算機(jī)生成的虛擬場景中的能力，使用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。它所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實(shí)環(huán)境中感受的一樣，是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心。3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)（2）交互性當(dāng)物體受到力的作用時(shí)，物體會(huì)沿著力的方向移動(dòng)等。熱磁輪3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)（3）想象性在建設(shè)一座大樓之前，傳統(tǒng)的方法是要繪制各種圖紙，而現(xiàn)在可以采用VR系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。制作的VR作品反映的就是某個(gè)設(shè)計(jì)者的思想，而它的功能遠(yuǎn)比那些呆板的圖紙生動(dòng)強(qiáng)大得多客廳漫游4.虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域（1）軍事與航天領(lǐng)域（2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（3）娛樂和教育（4）工業(yè)設(shè)計(jì)1.軍事與航天領(lǐng)域利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可輕松的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，來取代真實(shí)的演習(xí)，這種方式能夠節(jié)約大量資金，而且更加的方便、有效。因此模擬與訓(xùn)練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題，這為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用前景;2.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中有著十分重要的意義，可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建模型模擬人體，醫(yī)生借助感覺手套、跟蹤器很容易了解人體內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的解剖更加方便、生動(dòng)，而且能夠更加仔細(xì)的觀看人體內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)。另外遠(yuǎn)程遙控手術(shù)技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)之一，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，醫(yī)生可以跟做本地手術(shù)一樣的方便、順利3.娛樂和教育(1)游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的二維發(fā)展到現(xiàn)今主流的三維游戲，其娛樂性也得到了質(zhì)的飛躍，三維虛擬場景技術(shù)目前也已經(jīng)廣泛應(yīng)用在游戲中，尤其是三維虛擬技術(shù)將游戲的參與性、互動(dòng)性和娛樂性向前推進(jìn)了一大步。(2)為游戲用戶提供了視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓游戲玩家可及時(shí)的沒有限制的觀察三維空間的事物。(3)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用戶完全沉浸在三維虛擬場景之中，憑借它的巨大的優(yōu)勢在游戲發(fā)展史上具有里程碑的作用。植物大戰(zhàn)僵尸3D版本虛擬現(xiàn)實(shí)在教育中的應(yīng)用(1)虛擬校園(2)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)體模型應(yīng)用《基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)》課程中神經(jīng)系統(tǒng)部分,目前正在開發(fā)中(3)虛擬實(shí)驗(yàn)過程演示將一些微觀現(xiàn)象以虛擬的形式呈現(xiàn)核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核裂變的過程在核電廠最為常見裂變過程的演示(4)虛擬實(shí)驗(yàn)操作大連理工大學(xué)項(xiàng)目成果項(xiàng)目名稱：《以網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室為核心的全方位、多層次化學(xué)數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)》液相色譜虛擬實(shí)驗(yàn)4.工業(yè)設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)的成本在企業(yè)整體支出中的比重越來越大用數(shù)字模型代替實(shí)物模型進(jìn)行開發(fā)產(chǎn)品，節(jié)約了實(shí)物模型的成本，以最小的投入獲取最大的效益。（二）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成--為什么關(guān)鍵在于軟件與硬件的支持硬件軟件感知設(shè)備生成設(shè)備人機(jī)交互設(shè)備VirtoolsCult3DFlashVRML等視覺感知設(shè)備1、臺(tái)式立體顯示系統(tǒng)2、頭盔式顯示器3、墻式全景立體顯示裝置人機(jī)交互設(shè)備——數(shù)據(jù)衣與數(shù)據(jù)手套

人機(jī)交互設(shè)備——力覺反饋裝置所謂力覺反饋是指運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，將虛擬物體的空間運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成周邊物理設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使用戶能夠體驗(yàn)到真實(shí)的力度感和方向感，從而提供一個(gè)嶄新的人機(jī)交互界面。（五）具體案例分析物理類海市蜃樓光電效應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)馬赫波演示單縫衍射實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)磁懸浮原理演示化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室制取氧氣實(shí)驗(yàn)（五）具體案例分析游戲類(1)一般游戲：StarZoom石器時(shí)代機(jī)械暴動(dòng)游戲第一人稱射擊類（五）具體案例分析(2)教育類游戲看昆蟲學(xué)游戲認(rèn)識(shí)人民幣記憶游戲環(huán)保游戲—撿瓶子（六）目前發(fā)展中存在的問題1、虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備的“貴族化”首先需要昂貴的外部設(shè)備，無論是高分辨率的頭盔顯示器，空間定位器，還是高精度的數(shù)據(jù)手套，都是價(jià)格不菲。其次，為完成復(fù)雜場景的實(shí)時(shí)渲染，還需要高性能的圖形工作站以及相應(yīng)軟件（六）目前發(fā)展中存在的問題2、繁瑣的三維建?；趫D形的虛擬環(huán)境首先要解決的問題便是三維造型。模型數(shù)量多，會(huì)影響渲染速度（六）目前發(fā)展