數(shù)字素養(yǎng)與技能 課件 模塊九虛擬現(xiàn)實技術

主講人：時間：20XX.XX模塊九

虛擬現(xiàn)實技術CONTENTS01單元1虛擬現(xiàn)實技術概述02單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例虛擬現(xiàn)實技術概述202X單元1單元1虛擬現(xiàn)實技術概述虛擬現(xiàn)實（簡稱VR），是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面，綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網(wǎng)絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。一、基本概念單元1虛擬現(xiàn)實技術概述虛擬與現(xiàn)實兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個詞放在一起，似乎沒有意義，但是科學技術的發(fā)展卻賦予了它新的含義。按最早提出虛擬現(xiàn)實概念的學者J.Laniar的說法，虛擬現(xiàn)實，又稱假想現(xiàn)實，意味著“用電子計算機合成的人工世界”。這個領域與計算機有著不可分離的密切關系，信息科學是合成虛擬現(xiàn)實的基本前提。生成虛擬現(xiàn)實需要解決以下三個主要問題：一、基本概念即，怎樣合成對觀察者的感官器官來說與實際存在相一致的輸入信息，也就是如何可以產(chǎn)生與現(xiàn)實環(huán)境一樣的視覺、觸覺、嗅覺等。以假亂真的存在技術觀察者怎樣積極和能動地操作虛擬現(xiàn)實，以實現(xiàn)不同的視點景象和更高層次的感覺信息。實際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等。相互作用感覺者如何在不意識到自己動作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實感。在這里，觀察者、傳感器、計算機仿真系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構成了一個相互作用的閉環(huán)流程。自律性現(xiàn)實單元1虛擬現(xiàn)實技術概述1．環(huán)境建模技術即虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取實際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。2．立體聲合成和立體顯示技術在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運動的相關性，同時在復雜的場景中實時生成立體圖形。3．觸覺反饋技術在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中讓用戶能夠直接操作虛擬物體并感覺到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺。二、關鍵技術單元1虛擬現(xiàn)實技術概述4．交互技術虛擬現(xiàn)實中的人機交互遠遠超出了鍵盤和鼠標的傳統(tǒng)模式，利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復雜的傳感器設備，三維交互技術與語音識別、語音輸入技術成為重要的人機交互手段。5．系統(tǒng)集成技術由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術為重中之重，包括信息同步技術、模型標定技術、數(shù)據(jù)轉換技術、識別和合成技術等。二、關鍵技術單元1虛擬現(xiàn)實技術概述早在20世紀70年代便開始將虛擬現(xiàn)實用于培訓宇航員。由于這是一種省錢、安全、有效的培訓方法，現(xiàn)在已被推廣到各行各業(yè)的培訓中。目前，虛擬現(xiàn)實已被推廣到不同領域中，得到廣泛應用。三、應用領域商業(yè)上，虛擬現(xiàn)實常被用于推銷。例如建筑工程投標時，把設計的方案用虛擬現(xiàn)實技術表現(xiàn)出來，便可把業(yè)主帶入未來的建筑物里參觀，如門的高度、窗戶朝向、采光多少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。它同樣可用于旅游景點以及功能眾多、用途多樣的商品推銷。因為用虛擬現(xiàn)實技術展現(xiàn)這類商品的魅力，比單用文字或圖片宣傳更加有吸引力。醫(yī)療上，虛擬現(xiàn)實應用大致上有兩類。一類是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的人體模型醫(yī)生更容易了解人體的構造和功能。另一類是虛擬手術系統(tǒng)，可用于指導手術的進行。軍事上，利用虛擬現(xiàn)實技術模擬戰(zhàn)爭過程已成為最先進的多快好省的研究戰(zhàn)爭、培訓指揮員的方法。也是由于虛擬現(xiàn)實技術達到很高水平，所以盡管不進行核試驗，也能不斷改進核武器。戰(zhàn)爭實驗室在檢驗預定方案用于實戰(zhàn)方面也能起巨大作用。娛樂上，應用是虛擬現(xiàn)實最廣闊的用途。英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上戴著頭盔顯示器，手腳上都裝著傳感器。虛擬現(xiàn)實技術應用案例202X單元2單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例VR給人一種沉浸感，具有傳統(tǒng)娛樂方式不可比擬的優(yōu)勢。理想的VR讓人分不清現(xiàn)實和虛擬，VR領路人相信VR能夠改變?nèi)藗兊纳罘绞?。過去的時間，那些VR領域的佼佼者們有兩件事做得非常好：一是尋找VR立竿見影的市場應用，二是投入百分之百的精力來獲得用戶的共鳴。這些VR領路人之所以花費如此巨大的人力物力財力來推廣VR，是因為他們相信VR能夠像曾經(jīng)的電視機、個人計算機、智能手機一樣徹底改變?nèi)藗兊纳睿琕R被認為是下一代娛樂事業(yè)的終端形式，具有傳統(tǒng)娛樂方式不可比擬的優(yōu)勢：沉浸感。理想的VR能夠讓人分不清何為現(xiàn)實何為虛擬。事實上，許多行業(yè)已經(jīng)從VR身上嘗到了甜頭受益匪淺。文化旅游領域方面，由上海博物館牽頭，聯(lián)合同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司申報的“AR輔助文物修復應用”以及視辰信息科技（上海）有限公司的“山海奇豫上海豫園AR燈會”2個案例入選。醫(yī)療健康領域方面，上海拾衷信息科技有限公司的“面向骨科手術的VR培訓平臺應用”案例入選。安全應急應用領域方面，上海曼恒數(shù)字技術股份有限公司的“消防應急救援指揮視覺模擬系統(tǒng)應用”案例入選。二、關鍵技術單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例1．“AR輔助文物修復應用”——上海博物館聯(lián)合同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司上海博物館結合增強現(xiàn)實（AugmentedReality）技術和文物修復技術，通過對附土挖掘文物的CT掃描數(shù)據(jù)進行基于體素的數(shù)據(jù)聚類分析處理，得到其內(nèi)部的珍貴文物埋藏信息。建立增強現(xiàn)實（AR）文物修復輔助系統(tǒng)，通過技藝工藝智慧展示和三維引擎實時渲染，將文物掃描數(shù)據(jù)和修復流程結合統(tǒng)一，實現(xiàn)原本不可見的包裹體文物“透視”的效果，從而為修復方案提供依據(jù)，提高修復的準確性、可靠性和修復效率。單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例2．“山海奇豫上海豫園AR燈會”——視辰信息科技（上海）有限公司EasyARMega空間計算平臺攜手聯(lián)通5G網(wǎng)絡技術，虛實結合、以虛促實，共同打造了豫園“元宇宙”燈會。通過“云游山海奇豫記”小程序，游客可以進行游園AR導覽、燈謎大會、暢游燈會、山海圖鑒、AR互動、AR慢直播等。燈會線下體驗人數(shù)近百萬，線上AR慢直播觀看量達1.4億，為全國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)起到了引領示范作用。單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例3．面向骨科手術的VR培訓平臺應用”——上海拾衷信息科技有限公司拾衷骨科VR手術培訓平臺，根據(jù)真實骨科手術流程與器械開發(fā)，面向關節(jié)外科、脊柱外科提供專業(yè)化的VR手術培訓解決方案，創(chuàng)新性地研發(fā)了VR虛擬手物交互算法等技術，使手術模擬更真實、更完整，如圖9-2-3所示。相比傳統(tǒng)基于假骨的培訓方式，平均節(jié)約70%的培訓成本。目前該平臺已在強生醫(yī)療等單位得到應用，助力我國平均臨床手術水平提升。單元2虛擬現(xiàn)實技術應用案例4．“消防應急救援指揮視覺模擬系統(tǒng)應用”——上海曼恒數(shù)字技術股份有限公司該系統(tǒng)結合了地理信息系統(tǒng)（GIS）和虛擬現(xiàn)實技術，旨在為消防人員提供一個真實感強烈的三維情景仿真訓練平臺，如圖9