虛擬現(xiàn)實概論

虛擬現(xiàn)實楊剛yanggang@內容目錄虛擬現(xiàn)實概念與分析虛擬世界的構建與VR引擎基于圖像的VR技術虛擬現(xiàn)實的接口設備虛擬現(xiàn)實的運用方式虛擬現(xiàn)實相關的圖形技術加強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實技術引見總結與思索20:49S.2“虛〞與“實〞昔者莊周夢為蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻適志與！不知周也。俄然覺，那么蘧蘧然周也。不知周之夢為蝴蝶與，蝴蝶之夢為周與？——<莊子·齊物論>“IthinkthereforeIam〞柏拉圖：真正的世界只是存在于我們的想象中。笛卡爾：我思故我在！佛陀：一切有為法，如夢境泡影，如露亦如電，應作如是觀…記憶裂痕虛擬偶像〔SIMONE，又名虛擬情人、西蒙妮〕15’11〞、22’00〞、37’逃出克隆島〔TheIsland〕時空悍將〔Virtuosity〕異次元駭客〔TheThirteenthFloor，又名十三階梯、十三度空間〕黑客帝國盜夢空間虛擬現(xiàn)實〔VirtualReality〕就是研討一種計算機技術，把人們想象中的東西轉化為一種虛擬境界和虛擬存在，而這種虛擬境界和虛擬存在對我們的覺得器官就象真的客觀存在一樣。虛擬現(xiàn)實的終極目的<黑客帝國>黑客帝國影片片段S.7黑客帝國來自httptieba.baidu/p/875736497S.8虛擬現(xiàn)實的終極目的<黑客帝國>間隔這個目的還有相當?shù)拈g隔20:49S.9為什么要研討虛擬現(xiàn)實？對“虛擬世界〞的追求是人的一種天性走神做夢至幻劑成癮小說、戲劇、電影虛擬現(xiàn)真實文娛、工業(yè)、訓練、科學研討中確實很有用人們每天走神的次數(shù)大約有兩千次；大腦大約15%-25%的時間都在開小差20:49S.10虛擬現(xiàn)實VirtualReality1989年由美國Jaron.Lanier發(fā)明出來的一個詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實〔VirtualReality〕虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“現(xiàn)實〞〔即所虛擬的環(huán)境〕大致可分為三種情況：第一種：模擬真實世界中的環(huán)境。20:49S.12第二種：人類客觀虛擬的環(huán)境。魔獸世界場景20:49S.13第三種：模擬真實世界中的人類不可見的環(huán)境。一個蛋白質分子的例如20:49S.14虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該可以以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得20:49S.15虛擬現(xiàn)實的特點1.多感知性(Multi-Sensory)計算機生成一個給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境：視覺感知、聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等

2.交互性(Interaction)指人能以自然方式與虛擬世界進展交互操作公用交互設備，如數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、觸覺和力反響安裝3.沉浸感〔Immersion,存在感、臨場感〕它是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對介入者的刺激在物理上和認知上符合人的已有閱歷，從而使介入者感到本人作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度20:49S.16虛擬現(xiàn)實的特點----另一種說法3I特性交互性〔Interaction〕沉浸感〔Immersion〕想象性〔Imagination〕20:49S.17虛擬現(xiàn)實概念辨析虛擬現(xiàn)實與三維遨游虛擬現(xiàn)實與三維游戲虛擬現(xiàn)實與景觀動畫虛擬現(xiàn)實與計算機圖形學20:49S.18虛擬現(xiàn)實運用目的的變化虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該可以以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得運用需求使VR的運用重點進展了多種變化強調自然交互產生的運用----如Kinect諸多運用不再強調沉浸感，而強調信息提供----加強現(xiàn)實20:49S.19虛擬現(xiàn)實概念與分析什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的三個特點虛擬現(xiàn)實的終極目的為什么需求虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的概念辨析虛擬現(xiàn)實運用目的的變化虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化虛擬現(xiàn)實概念的進一步總結虛擬現(xiàn)實的概念性體系構造20:49S.20虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕世博會、春晚、文化創(chuàng)意產業(yè)、3D電影人機交互、加強現(xiàn)實頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.21萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛行模擬器，使乘坐者的覺得和坐在真的飛機上是一樣的。1956年，MortonHeileg開發(fā)了一個叫做Sensorama(傳感景院〕的摩托車仿真器。1962年，MortonHeileg懇求了專利“全傳感仿真器〞。該專利蘊涵了虛擬現(xiàn)實技術的思想。20:49S.221962年，美國電影攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng)誕生1966年，美國MIT林肯實驗室研制出了第一個頭盔式顯示器(HelmetMountedDisplay即HMD)

1968年，Sutherlan在哈佛大學的組織下開發(fā)了頭盔式立體顯示器及一個虛擬系統(tǒng)，可稱得上是第一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。20:49S.24虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)20:49S.25誕生1987年，<科學的美國人>(“ScientificAmerican〞)上發(fā)表了一篇題為先進的計算機界面〔InterfacesforAdvancedComputing〕一文；該雜志還發(fā)表了一篇報導數(shù)據(jù)手套的文章基于從60年代以來所獲得的一系列成就，美國的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality〞一詞。20:49S.26軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔〞和軍事現(xiàn)代仿真器的研討1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個適用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。20:49S.27SIMNET20:49S.28軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔〞和軍事現(xiàn)代仿真器的研討1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個適用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA〔NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國宇航局〕研制勝利具有現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)雛形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研討完成VIEW系統(tǒng)20:49S.29NASA研制的VIVED和VIEW系統(tǒng)20:49S.30漸入民間---游戲、文娛、模擬運用的刺激〔90年代〕3D游戲主題公園、游樂場三維場景遨游/三維產品展現(xiàn)飛行、航海、醫(yī)學等的模擬訓練20:49S.311990年最早出現(xiàn)的兩款3D游戲20:49S.321995年消滅戰(zhàn)士1&2〔Doom1&2〕20:49S.332004年Doom3的陰影20:49S.342021年，Crysis220:49S.352021Unreal4Infiltrator視頻20:49主題公園、游樂場4D影院4D影院演示24D影院演示120:49S.37虛擬高爾夫球場20:49S.38三維場景遨游/三維產品展現(xiàn)虛擬博物館虛擬校園房地產展現(xiàn)產品展現(xiàn)……20:49S.39飛行訓練飛行、航海駕駛模擬20:49S.40航海模擬器20:49S.41醫(yī)學模擬、仿真演示:medicien.mpg20:49S.42漸入民間---軟硬件技術的開展顯卡的出現(xiàn)與飛速開展計算機圖形根底算法的開展游戲引擎、虛擬現(xiàn)實平臺軟件的研發(fā)20:49S.43虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕世博會、春晚、文化創(chuàng)意產業(yè)、3D電影人機交互、加強現(xiàn)實頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.44VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕1994年3月在日內瓦召開的第一屆WWW大會，就提出了VRML這個名字。SecondLife，There，GoogleLively國內：HiPiHi20:49S.45SecondLifesecondlife/20:49GoogleLively20:49S.47VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕2006-2007年隨secondlife的被報道而昌盛國內出現(xiàn)很多類似產品局面遲遲無法翻開，大都面臨破產緣由分析技術問題無法找到盈利方式20:49S.48VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕多媒體創(chuàng)意展現(xiàn)奧運、世博、春晚3D電影阿凡達20:49S.49清明上河圖---水晶石公司制造20:49S.50多媒體創(chuàng)意展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實藝術虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體、文化創(chuàng)意嚴密結合起來國家政策的顯著影響20:49S.51VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕適當放寬對沉浸感的追求，而注重用戶體驗創(chuàng)意展現(xiàn)、體驗人機交互----Kinect,IPhone加強現(xiàn)實20:49S.52加強現(xiàn)實20:49S.53google眼鏡與微軟HololensGoogleglassHololensGoogle眼鏡演示20:49S.54虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕世博會、春晚、文化創(chuàng)意產業(yè)、3D電影人機交互、加強現(xiàn)實頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.55頭盔的重生2021.4，OculusRift頭盔推出2021.3，Sony公司公布了Morpheus頭盔方案，估計2021年第2季度發(fā)布Valve和HTC宣布，HTCVive將于2021年底發(fā)布2021.7，GoogleCardboard2021.12，三星出賣GearVR國內出現(xiàn)了大量跟進：暴風魔鏡、3glasses、蟻視、印象派等等Googleglasses(2021.4-2021.1)微軟的HoloLens(2021.1.22)-----沉浸式虛擬現(xiàn)實的重生！？20:49S.56虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化萌芽與誕生〔60年代-80年代末〕軍事與航天的推進〔70年代-80年代〕漸入民間---游戲、文娛、模擬運用的刺激(90年代)VR在Internet上的興衰〔90年代中-21世紀〕VR運用的群眾化與多元化〔21世紀〕世博會、春晚、文化創(chuàng)意產業(yè)、3D電影人機交互、加強現(xiàn)實頭盔的重生〔2021-今〕20:49S.57虛擬現(xiàn)實概念的進一步總結有很深的哲學淵源是一種理念新的運用方式不斷產生，運用熱點在不斷發(fā)生變化是多學科的交融20:49S.58虛擬現(xiàn)實及其相關學科虛擬現(xiàn)實計算機圖形學自動化控制計算機視覺方式識別科學計算可視化數(shù)字圖像處置人機交互……生理學、心思學等輸入/輸出設備人工智能計算機網絡20:49S.59虛擬現(xiàn)實概念的變化科學意義上的純粹的概念：虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該可以以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的覺得應意圖義上的概念利用計算機及各種傳感設備構造一種信息環(huán)境，人可以高效、自然地對此信息環(huán)境進展感知、交互，產生沉浸感或到達某種信息傳達的目的。20:49S.60虛擬現(xiàn)實概念的分析應意圖義上的概念利用計算機及各種傳感設備構造一種信息環(huán)境，人可以高效、自然地對此信息環(huán)境進展感知、交互，產生沉浸感或到達某種信息傳達的目的。虛擬現(xiàn)實〔VirtualReality〕虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實虛擬與現(xiàn)實20:49S.61第一章虛擬現(xiàn)實概念與分析什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的三個特點虛擬現(xiàn)實的終極目的為什么需求虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的概念辨析虛擬現(xiàn)實運用目的的變化虛擬現(xiàn)實的開展歷史與演化虛擬現(xiàn)實概念的進一步總結虛擬現(xiàn)實概念性系統(tǒng)的組成20:49S.62虛擬現(xiàn)實概念系統(tǒng)的組成20:49S.63虛擬現(xiàn)實概念系統(tǒng)的組成介入者〔人〕虛擬世界生成設備---VR的計算機系統(tǒng)VR的人機接口感知設備：給介入者提供感知信號跟蹤設備：探測〔接受〕介入者的反響動作虛擬世界介入者〔人〕感知設備跟蹤設備人機接口感官刺激信號反響動作20:49S.64虛擬世界生成設備硬件計算機軟件操作系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實引擎；建模軟件……網絡分布式交互仿真曾經成為現(xiàn)代仿真技術，特別是軍事仿真的潮流。通訊網絡可以把VE轉換成共享的分布式計算環(huán)境。20:49S.65虛擬現(xiàn)實概念系統(tǒng)的組成虛擬世界介入者〔人〕感知設備跟蹤設備人機接口感官刺激信號反響動作20:49S.66VR的人機接口VR的人機接口有兩個作用：給人提供環(huán)境感知信息----感知設備機器人跟蹤、探測人的動作和呼應----跟蹤設備人機器眼、耳、鼻、舌、身、意根據(jù)實驗心思學家統(tǒng)計，人類獲取的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，這兩個加起來有94%。還有3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺20:49S.67感知設備視覺感知設備種類繁多20:49S.68視覺感知設備CAVEBOOMHMD20:49S.69180度環(huán)狀屏幕20:49S.70球面投影顯示系統(tǒng)20:49