《數(shù)字技能基礎(chǔ)》 課件 5-2 身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

《數(shù)字技能基礎(chǔ)》TheDigitalCompetenceForOurStudents職業(yè)教育通識課程第五章數(shù)字技能之拓展模塊改變世界的人工智能技術(shù)身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)滲入生活的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)決策分析之大數(shù)據(jù)技術(shù)01知識講解02學(xué)習(xí)目標(biāo)03操作演示和體驗(yàn)04作業(yè)和預(yù)習(xí)小節(jié)目錄身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(英文名稱：VirtualReality，縮寫為VR)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用專業(yè)招生宣傳片2020身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解定義：虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，其利用高性能計(jì)算機(jī)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(shí)體行為的系統(tǒng)仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)具有浸沉感、交互性和構(gòu)想性三大特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于娛樂、教育、設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)、軍事等多個領(lǐng)域。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)：簡稱VR技術(shù)，也稱人工環(huán)境。利用電腦或其他智能計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身歷其境一般。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AugmentedReality）：簡稱AR，是一種實(shí)時地計(jì)算攝影機(jī)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(shí)世界并進(jìn)行互動。二者的區(qū)別：VR看到的場景和人物全是假的，是把你的意識帶入一個虛擬世界。AR看到的場景和人物一半是真，一半假，是把虛擬的信息帶入到現(xiàn)實(shí)世界中。一個通俗的解釋是VR夢里見鬼，AR是白天見鬼。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的3個特征是：

沉浸感（Immersion）交互性（Interaction）想象力（Imagination）沉浸感（Immersion）：又稱臨場感，沉浸感是虛擬現(xiàn)實(shí)最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，其他兩者是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)，三者之間是過程和結(jié)果的關(guān)系虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征只需像在現(xiàn)實(shí)中那樣伸出手來，就可以和游戲世界的物體互動。除了VR眼鏡外不需要額外配件，沉浸感更強(qiáng)。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解交互性(Interaction)：虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。想像力(Imagination)：由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)的四要素包括：

虛擬世界、沉浸（身體和精神沉浸）、感覺反饋和交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成：系統(tǒng)基本組成主要包括觀察者、傳感器、效果產(chǎn)生器及實(shí)景仿真器。效果產(chǎn)生器（EffectsGenerator）完成人與虛擬境界硬件交互的接口裝置，包括能產(chǎn)生沉浸感的各類輸出裝置，以及能測定視線方向和手指動作的輸入裝置。實(shí)景仿真器（VisualEmulator）是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心部分，是VR的引擎，由計(jì)算機(jī)軟件、硬件系統(tǒng)、軟件配套硬件（如圖形加速卡和聲卡等）組成，接收（發(fā)出）效果產(chǎn)生器所產(chǎn)生（接受）的信號。應(yīng)用系統(tǒng)（Application）是面向具體問題的軟件部分，用以描述仿真的具體內(nèi)容，包括仿真的動態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)及仿真對象之間和仿真對象與用戶之間的交互關(guān)系。幾何構(gòu)造系統(tǒng)（GeometricalStructuralSystem）提供了描述仿真對象的物理特性（外形、顏色、位置）的信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)主要基于以下幾種技術(shù)實(shí)現(xiàn)：（1）基本模型構(gòu)建技術(shù)。（2）空間跟蹤技術(shù)。（3）聲音跟蹤技術(shù)。（4）視覺跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)。（5）計(jì)算處理技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的核心技術(shù)主要包括以下幾個方面：（1）環(huán)境建模技術(shù)。（2）人機(jī)交互技術(shù)。（3）立體顯示和傳感器技術(shù)。（4）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。（5）系統(tǒng)集成技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同，可分成4種類型：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。1、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）具有高度的實(shí)時性。（2）高度沉浸感。（3）具有強(qiáng)大的軟硬件支持。（4）并行處理能力。（5）良好的系統(tǒng)整合性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類類型：（1）頭盔式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（2）洞穴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（3）座艙式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（4）投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（5）遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解2、增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)類型：（1）臺式圖形顯示器系統(tǒng)。（2）基于單眼顯示器系統(tǒng)。（3）基于光學(xué)透視式頭盔顯示器系統(tǒng)。（4）基于視頻透視式頭盔顯示器系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類3、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)常見技術(shù)：（1）基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)QuickTimeVR。（2）虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言（VirtualRealityModelingLanguage，VRML）等。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解4、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）共享的虛擬工作空間。（2）偽實(shí)體的行為真實(shí)感。（3）支持實(shí)時交互，共享時鐘。（4）多用戶相互通信。（5）資源共享并允許網(wǎng)絡(luò)上的用戶對環(huán)境中的對象進(jìn)行自然操作和觀察。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展歷程虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用基本上可以分為3個階段：第1階段：20世紀(jì)50年代到70年代，屬于準(zhǔn)備階段；第2階段：20世紀(jì)80年代初到80年代，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段；第3階段：從20世紀(jì)90年代初至今，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全面發(fā)展時期。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀VR技術(shù)領(lǐng)域幾乎是所有發(fā)達(dá)國家都在大力研究的前沿領(lǐng)域，它的發(fā)展速度非常迅猛?；赩R技術(shù)的研究主要有VR技術(shù)與VR應(yīng)用兩大類。在國外，VR技術(shù)研究方面發(fā)展較好的有美國、德國、英國、日本、韓國等國家；在國內(nèi)，浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等單位在VR方面的研究工作開展得比較早，成果也較多。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢縱觀VR的發(fā)展歷程，未來VR技術(shù)的研究仍將延續(xù)“低成本、高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發(fā)展方向主要?dú)w納如下：（1）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)（2）實(shí)時三維圖形生成和顯示技術(shù)（3）新型交互設(shè)備的研制（4）智能化語音虛擬現(xiàn)實(shí)建模（5）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展望（6）“屏幕”時代的終結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解由于能夠再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，并且人們可以介入其中參與交互，使得虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以在許多方面得到廣泛應(yīng)用。隨著各種技術(shù)的深度融合，相互促進(jìn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育、軍事、工業(yè)、藝術(shù)與娛樂、醫(yī)療、城市仿真、科學(xué)計(jì)算可視化等領(lǐng)域的應(yīng)用都有極大的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用1、教育領(lǐng)域讓學(xué)生學(xué)習(xí)從新回到場景，參與互動，傳統(tǒng)的教育方式，通過印在書本上的圖文與課堂上多媒體的展示來獲取知識，這樣學(xué)習(xí)一會兒就漸顯疲憊，學(xué)習(xí)效果較差，然而玩過英雄聯(lián)盟的同學(xué)都知道此游戲?yàn)槭裁慈绱宋?，本質(zhì)就是回到場景，參與其過程。例如學(xué)生學(xué)習(xí)某種機(jī)械裝置，如水輪發(fā)動機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理時，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地向?qū)W生展示出水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作時各個零件的運(yùn)行狀態(tài)，而且還可以模仿出各部件在出現(xiàn)故障時的表現(xiàn)和原因，向?qū)W生提供對虛擬事物進(jìn)行全面的考察、操縱乃至維修的模擬訓(xùn)練機(jī)會，從而教學(xué)和實(shí)驗(yàn)效果事半功倍。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用2、軍事領(lǐng)域在軍事上，虛擬現(xiàn)實(shí)的最新技術(shù)成果往往被率先應(yīng)用于航天和軍事訓(xùn)練，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬新式武器如飛機(jī)的操縱和訓(xùn)練，以取代危險的實(shí)際操作。利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)際環(huán)境，可以在虛擬的或者仿真的環(huán)境中進(jìn)行大規(guī)模的軍事實(shí)習(xí)的模擬。虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬場景如同真實(shí)戰(zhàn)場一樣，操作人員可以體驗(yàn)到可以體驗(yàn)到真實(shí)的攻擊和被攻擊的感覺。這將有利于從虛擬武器及戰(zhàn)場順利地過渡到真是武器和戰(zhàn)場環(huán)境，這對于各種軍事活動的影響將是極為深遠(yuǎn)、廣泛的軍事應(yīng)用前景。迄今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事中發(fā)揮著越來越重要的作用。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用3、工業(yè)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)已大量應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。對汽車工業(yè)而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)既是一個最新的技術(shù)開發(fā)方法，更是一個復(fù)雜的仿真工具，它旨在建立一種人工環(huán)境，人們可以在這種環(huán)境中以一種自然的方式從事駕駛、操作和設(shè)計(jì)等實(shí)時活動。也可以廣泛用于汽車設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和培訓(xùn)等方面，例如，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的三維汽車模型，可顯示汽車的懸掛、地盤、內(nèi)飾直至每個焊接點(diǎn)，設(shè)計(jì)者可確定每個部件的質(zhì)量，了解各個部件的運(yùn)行性能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑業(yè)，可以作為那些制作精良的建筑效果圖的更進(jìn)一步的拓展。它能形成與交互的三位建筑場景，人們可以在建筑物內(nèi)自由的行走，可以操作和控制建筑物內(nèi)的設(shè)備和房間裝飾。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用4、藝術(shù)與娛樂業(yè)電影院的觀眾已經(jīng)在享受3D電影了，但是有了類似OculusCinema的app，觀眾可以更加沉浸在電影體驗(yàn)里。他們可以通過VR頭顯設(shè)備投射出的巨大虛擬屏幕看電影，就好像在自己的個人影院里。在圖像和聲音效果的包圍中，他們會覺得自己身臨其境。如果你是一個體育愛好者，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺公司LiveLikeVR已經(jīng)建成了虛擬球場，你可以在你舒適的沙發(fā)上和你的朋友們體驗(yàn)比賽現(xiàn)場的激情。2018年，倫敦大英博物館推出了第一個虛擬現(xiàn)實(shí)周末，紐約的美國自然歷史博物館也推出了一些可以通過谷歌的紙板眼鏡來欣賞的館藏。任何有一部智能手機(jī)和一個紙板VR頭顯的人都可以馬上參觀該博物館。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用5、醫(yī)療行業(yè)醫(yī)療保健一直都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。一些機(jī)構(gòu)利用計(jì)算機(jī)生成的圖像來診斷病情。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬軟件公司SurgicalTheaterandConquerMobile，使用CAT掃描或者超聲波產(chǎn)生的診斷圖像來生成患者解剖結(jié)構(gòu)的3D模型。虛擬模型幫助新的和有經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生來決定最安全有效的方法定位腫瘤，決定手術(shù)切口，或者提前練習(xí)復(fù)雜的手術(shù)。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用6、城市仿真虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是集影視廣告、動畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的城市展示方式，在國內(nèi)的廣州、上海、北京等大城市，國外的加拿大、美國等經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)達(dá)的國家都非常熱門，是當(dāng)今數(shù)字化城市綜合實(shí)力的象征和標(biāo)志。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality知識講解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用7、科學(xué)計(jì)算可視化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為工程師，科技工作者以及研究人員提供數(shù)據(jù)分析解決方案，減少市場化的周期以及成本，提高工作效率，可進(jìn)行數(shù)值模擬（有限元分析）、流體動力學(xué)和流體力學(xué)計(jì)算、碰撞分析和仿真等。身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）理解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念；（2）了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用場景和未來趨勢；（3）了解虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)的流程和相關(guān)工具；身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality操作演示和體驗(yàn)1、云石別墅（MarbleHouse）簡介：云石別墅位（MarbleHouse）于美國紐波特市，是威廉·基薩姆·范德比爾特與他的妻子艾爾瓦·范德比爾特建造，建于1884年，歷時4年，于1892年建成。別墅共有50個房間，耗資1100萬美元，其中700萬美元用于50萬立方英尺的大理石，別墅建造里外用料俱為大理石，名副其實(shí)的大理石別墅。后續(xù)展示的是虛擬現(xiàn)實(shí)的第一步數(shù)字建模技術(shù)VR展示云石別墅數(shù)字化身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)VirtualReality操作演示和體驗(yàn)1、深圳市瑞云科技有限公（https://www.3dcat.live/）簡介：3DCAT是集實(shí)時渲染