虛擬現(xiàn)實(shí).ppt

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),主講：萬 、婁、 嚴(yán),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡介,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟硬件,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實(shí)的定義 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡介,該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

2、概括地說，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。,虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段 第一階段，20世紀(jì)50年代至70年代，為虛擬現(xiàn)實(shí)的探索階段，虛擬現(xiàn)實(shí)

3、技術(shù)基本沒有形成完整的概念。1965年，美 國人Morton Heilrg開發(fā)了一個(gè)稱做Sensorama的摩托車仿真器，不僅具有三維視頻及立體聲效果，還能產(chǎn)生風(fēng)吹的效 果。1968年，Lvan Sutherland在哈佛大學(xué)組織開發(fā)了第一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形驅(qū)動(dòng)的頭盔顯示器HMD及頭盔位置跟蹤系統(tǒng)。用戶不僅可以看到三維物體的線框圖，還可以確定三維物體在空間的位置，這項(xiàng)工作成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。,虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展,第二階段，20世紀(jì)80年代初至80年代中期，開始形成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念，開始由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入試驗(yàn)階段。這一時(shí)期的典型工作包括VIDEOPLA

4、CE系統(tǒng)、VIEW系統(tǒng)、VCASS飛行系統(tǒng)仿真器、Data Glove數(shù)據(jù)手套及支撐軟件等。VIEW系統(tǒng)是美國NASA Ames實(shí)驗(yàn)中心研制的第一個(gè)進(jìn)入世紀(jì)應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，目前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)大都由VIEW系統(tǒng)發(fā)展而來，它在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠給人提供“真實(shí)”的體驗(yàn)，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用潛力，因而越來越多的人被吸引到該領(lǐng)域中來，在VIEW的帶動(dòng)下，從1989年起全世界掀起了研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的熱潮，并在硬件技術(shù)、軟件體系結(jié)構(gòu)及軟件工具等方面取得了很大的進(jìn)展,第三階段，在20世紀(jì)80年代末至今，為虛擬現(xiàn)實(shí)全面發(fā)展階段和全面應(yīng)用階段，這個(gè)時(shí)

5、期，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從研究到應(yīng)用都進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。Dialogue和Super Vision是這個(gè)時(shí)期的兩個(gè)典型系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始在設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)、教育等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Dialogue系統(tǒng)提出了一種利用基于事件驅(qū)動(dòng)的中樞用戶接口管理系統(tǒng)進(jìn)行多進(jìn)程通信的軟件體系結(jié)構(gòu)，解決了虛擬現(xiàn)實(shí)的動(dòng)態(tài)靈活性問題，對(duì)交互技術(shù)的限制非常少。為了滿足虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜的近乎無限的要求，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必須提供足夠強(qiáng)的靈活性及可擴(kuò)充性。Super Vision系統(tǒng)提出了一種并行計(jì)算的基本模型體系，并開發(fā)了相關(guān)的并進(jìn)行處理器件，從硬件角度解決了虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算復(fù)雜性問題。,多感知性(Multi-Sensory)所謂

6、多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。,虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征,浸沒感(Immersion)又稱臨場感或存在感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感

7、覺一樣。,交互性(Interactivity)指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)，例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。,構(gòu)想性(Imagination)又稱為自主性，強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。,以假亂真的存在技術(shù)。即怎樣合成對(duì)觀察者的感官器官來說與實(shí)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(shí)環(huán)境一樣的視覺，觸覺，嗅覺等； 相互作用。觀察者

8、怎樣積極和能動(dòng)地操作虛擬現(xiàn)實(shí)，以實(shí)現(xiàn)不同的視點(diǎn)景象和更高層次的感覺信息。實(shí)際上也就是怎么可以看得更像，聽得更真等等； 自律性現(xiàn)實(shí)。感覺者如何在不意識(shí)到自己動(dòng)作、行為的條件下得到栩栩如生的現(xiàn)實(shí)感。在這里，觀察者、傳感器、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)相互作用的閉環(huán)流程。,虛擬現(xiàn)實(shí)面臨的問題,桌面級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí) 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)的屏幕用來作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭虛擬境界，并且有助于操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個(gè)手控輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)，追蹤球等，坐在監(jiān)視器前，

9、通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時(shí)參與者并沒有完全投入，因?yàn)樗匀粫?huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對(duì)低一些，因而，應(yīng)用面比較廣。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分類,基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：這種技術(shù)不采用傳統(tǒng)的利用計(jì)算機(jī)生成圖像的方式，而采用連續(xù)拍攝的的圖像和視頻，在計(jì)算機(jī)中拼接以建立的實(shí)景化虛擬空間，這使得高度復(fù)雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計(jì)算代價(jià)得到，從而使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可能在PC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。,VRML(虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言)：它是一種在Internet網(wǎng)上應(yīng)用極具前景的技術(shù)，它采用描述性的文本語言描述基本的三維物

10、體的造型，通過一定的控制，將這些基本的三維造型組合成虛擬場景，當(dāng)瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時(shí)，在本地進(jìn)行解釋執(zhí)行，生成虛擬的三維場景。VRML的最大特點(diǎn)在于利用文本描述三維空間，大大減少了在Internet網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而使得需要大量數(shù)據(jù)的虛擬現(xiàn)實(shí)得以在Internet網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)。,桌面CAD系統(tǒng)：利用Open GL、DirectDraw等桌面三維圖形繪制技術(shù)對(duì)虛擬世界進(jìn)行建模，通過計(jì)算機(jī)的顯示器進(jìn)行觀察，并有能自由地控制的視點(diǎn)和視角。這種技術(shù)在某種意義上來說也是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)計(jì)算來生成三維模型，模型的復(fù)雜度和真實(shí)感受桌面計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的限制。,投入的虛擬現(xiàn)實(shí) 高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)

11、系統(tǒng)提供完全投入的功能，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。,基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，參與虛擬體驗(yàn)者要戴上一個(gè)頭盔式顯示器，視聽覺與外界隔絕，根據(jù)應(yīng)用的不同，系統(tǒng)將提供能隨頭部轉(zhuǎn)動(dòng)而隨之產(chǎn)生的立體視覺、三維空間。通過語音識(shí)別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實(shí)世界一樣。這是目前沉浸度最高的一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。,投

12、影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：它可以讓參與者從一個(gè)屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象，參與者站在某一純色(通常為蘭色)背景下，架在參與者前面的攝像機(jī)捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數(shù)據(jù)傳送給后臺(tái)處理的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將參與者的形象與純色背景分開，換成一個(gè)虛擬空間，與計(jì)算機(jī)相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一起投射到參與者觀看的屏幕上，這樣，參與者就可以看到他自己在虛擬空間中的活動(dòng)情況。,遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)：遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)是一種虛擬現(xiàn)實(shí)與機(jī)器人控制技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，當(dāng)某處的參與者操縱一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)，其結(jié)果卻在另一個(gè)地方發(fā)生，參與者通過立體顯示器獲得深度感，顯示器與遠(yuǎn)地的攝像機(jī)相連；通過運(yùn)動(dòng)跟蹤與

13、反饋裝置跟蹤操作員的運(yùn)動(dòng)，反饋遠(yuǎn)地的運(yùn)動(dòng)過程(如阻尼、碰撞等)，并把動(dòng)作傳送到遠(yuǎn)地完成。,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便感知感受。這種類型虛擬現(xiàn)實(shí)典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)和導(dǎo)航偏差。,分布式虛擬現(xiàn)實(shí) 如果多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界

14、，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)和SIMNET。作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(DefenSIMNET）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一樣運(yùn)行在同一個(gè)虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習(xí)。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡介,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟硬件,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要軟、硬件的支持，硬件方面主要有： （1）高性能計(jì)算機(jī) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必須有運(yùn)算速度高、圖形能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件支持，以實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的圖像并縮短參與者的視覺延遲。例如，SGI公司的InfiniteRealityTM系統(tǒng)的紋

15、理填充可達(dá)到每秒20.6G象素，紋理下載速度是336Mbyte/秒，每秒可以處理244M、55的RGBA圖像。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟硬件,SGI（Silicon Graphics ）美國硅圖公司是一個(gè)生產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的跨國公司，總部設(shè)在美國加州舊金山硅谷 MOUNTAIN VIEW的SGI公司是業(yè)界高性能計(jì)算系統(tǒng)、復(fù)雜數(shù)據(jù)管理及可視化產(chǎn)品的重要提供商. 它提供世界上最優(yōu)秀的服務(wù)器系列以及具有超級(jí)計(jì)算能力的可視化工作站.,(2)頭盔顯示器。 頭盔顯示器提供一種觀察虛擬世界的手段，通常支持兩個(gè)顯示源及一組光學(xué)器件。這組光學(xué)器件將圖像以預(yù)先確定的距離投影到參與者面前，并將圖形放大以加寬視域。,(4)

16、立體聲音響和三維空間定位裝置系統(tǒng)。借助立體聲音響可以加強(qiáng)人們對(duì)虛擬世界的實(shí)際體驗(yàn)。聲音裝置采集或合成自然聲音信號(hào)，并利用特殊處理技術(shù)使這些信號(hào)在360球體中空間化，使參與者即使頭部在運(yùn)動(dòng)也能感覺到聲音保持在原處不變。,三維空間跟蹤定位器,(5）力反饋裝置，力反饋裝置則可以提供虛擬物體對(duì)人體的作用力，或虛擬物體之間的吸引力和排斥力的信號(hào)。,(6)觸覺反饋裝置（如數(shù)據(jù)手套）使參與者除了接受虛擬世界物體的視覺和聽覺信號(hào)外，同時(shí)還能接受其觸覺刺激，如紋理、質(zhì)地感；觀察者還可借助數(shù)據(jù)手套來操縱虛擬場景中的對(duì)象，數(shù)據(jù)手套中裝有許多光纖傳感器，能夠感知手指關(guān)節(jié)的彎曲狀態(tài)，觀察者通過手指的活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)與虛擬場景

17、互作用，數(shù)據(jù)手套是一種多模式的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件，通過軟件編程，可進(jìn)行虛擬場景中物體的抓取、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場景漫游的工具。,（7）多通道環(huán)幕（立體）投影系統(tǒng)。是指采用多臺(tái)投影機(jī)組合而成的多通道大屏幕展示系統(tǒng)，它比普通的標(biāo)準(zhǔn)投影系統(tǒng)具備更大的顯示尺寸、更寬的視野、更多的顯示內(nèi)容、更高的顯示分辨率，以及更具沖擊力和沉浸感的視覺效果。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于教學(xué)、視頻播放、電影播放（現(xiàn)在好多影視院采用這種方式）等。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的軟件 Converse3D Converse3D 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)是北京中天灝景網(wǎng)絡(luò)科技有限公司研發(fā)的一款應(yīng)用于三維游戲行業(yè)和虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)的專業(yè)軟件

18、系統(tǒng)?？蓮V泛的應(yīng)用于視景仿真、城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、娛樂、藝術(shù)與教育等行業(yè)。該軟件適用性強(qiáng)、操作簡單、功能強(qiáng)大、Converse3D虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的問世給中國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域注入了新的生命力。,該平臺(tái)的主要特色： 1、高質(zhì)量的三維畫面。全三維實(shí)時(shí)渲染，可獲得效果圖級(jí)的畫質(zhì)。 2、強(qiáng)大的腳本系統(tǒng)。使用腳本配置粒子系統(tǒng)、GUI 以及交互功能，為程序提供了強(qiáng)大的可擴(kuò)充性，方便美術(shù)人員配置各項(xiàng)參數(shù)。,3、支持程序自動(dòng)生成LOD 地形。 4、支持多種渲染方式，對(duì)市面流行的建模軟件的良好支持， 5、支持各種粒子特效?？梢阅M霧、雨、云、電火花、山崩地裂等特殊效果。 6、強(qiáng)大的二次開發(fā)接口

19、,VRPIE：2007中視典數(shù)字科技公司在原有VRP三維互動(dòng)軟件產(chǎn)品線的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)了新一代面向網(wǎng)絡(luò)的全三維互動(dòng)軟件平臺(tái)VRPIE,其人性化程度好，軟件成熟度高，上手快，一些簡單的互動(dòng)不需要編程即可完成，軟件也提供編程接口。,中視典數(shù)字科技是專注于虛擬現(xiàn)實(shí)與三維互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的軟硬件研發(fā)與推廣的專業(yè)機(jī)構(gòu)，是國際領(lǐng)先的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解決方案供應(yīng)商和相關(guān)服務(wù)提供商。,主要產(chǎn)品體系,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡介,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟硬件,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技開發(fā)中的應(yīng)用 虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)不是直接建立智能化的思維模型，而是將動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)與擬實(shí)環(huán)境相結(jié)合，使開發(fā)人員能通過視覺和思維來感知

20、及判斷擬實(shí)環(huán)境中的產(chǎn)品運(yùn)行情況，兩者可交互互動(dòng)，因而能比較完善地把人與計(jì)算機(jī)結(jié)合成一體，使人的智慧得到充分的發(fā)揮和應(yīng)用，而不僅僅是計(jì)算機(jī)的被動(dòng)伙伴，由此引發(fā)了產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)新的突破。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。用它來設(shè)計(jì)新材料，可以預(yù)先了解改變成分對(duì)材料性能的影響。在材料還沒有制造出來之前便知道用這種材料制造出來的零件在不同受力情況下是如何損壞的。,卡耐基梅隆大學(xué)“IrYdium”項(xiàng)目虛擬實(shí)驗(yàn)場景截圖,基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的科技產(chǎn)品的開發(fā)是借助建模與仿真技術(shù)及時(shí)地、并行地模擬出產(chǎn)品未來制造過程乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品

21、設(shè)計(jì)的影響、預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等。從而更加有效地、經(jīng)濟(jì)地、柔性地組織生產(chǎn),增強(qiáng)決策與控制水平,有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來的回溯更改,達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。,按功能及所處理的不同模型可將虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)劃分為三類： 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) 產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù) 虛擬制造系統(tǒng) 下面分別以下三個(gè)角度來說明其三者的不同：,面向?qū)ο蟛煌?產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的對(duì)象是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、模擬、它的對(duì)象是產(chǎn)品本身。 產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)則是對(duì)向產(chǎn)品制造過程的模擬、檢驗(yàn)和優(yōu)化，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可制造性、加工方法和工藝的合理性，從

22、而保證產(chǎn)品的制造質(zhì)量，以縮短制造周期和達(dá)到最低的制造成本為目標(biāo)。它的對(duì)象是產(chǎn)品的制造。 虛擬制造系統(tǒng)則著重于生產(chǎn)過程的規(guī)劃、組織管理、資源調(diào)度、物流、信息流等的建模、仿真與優(yōu)化。它的對(duì)象是整個(gè)工廠和企業(yè),在企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程中應(yīng)用階段不同 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)是考慮產(chǎn)品的功能、設(shè)計(jì)的可行性、能否滿足顧客的要求等； 產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)著重考慮實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的可行性、可控性、經(jīng)濟(jì)性； 虛擬制造系統(tǒng)則將兩者有機(jī)結(jié)合起來：既是產(chǎn)品的可行性輸出又是過程設(shè)計(jì)的輸入。,所要求的軟件平臺(tái)不同 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)要求計(jì)算機(jī)提供便捷和多樣的造型能力，穩(wěn)定和高精度的圖形顯示能力以及相應(yīng)的測(cè)量和分析能力 產(chǎn)品的虛擬制造

23、技術(shù)需要處理的對(duì)象不僅是虛擬樣機(jī)，還有設(shè)備、環(huán)境、操作人員等虛擬模型，在數(shù)據(jù)的容量和類型上較前者要復(fù)雜得多，此時(shí)需要計(jì)算機(jī)更多著重于圖形顯示和數(shù)據(jù)處理速度 虛擬制造系統(tǒng)著眼整個(gè)制造系統(tǒng)性能分析，要處理的數(shù)據(jù)規(guī)模相比更大，此外還要求軟件能提供管理層需要的各種工藝報(bào)表和圖表等。,雖然將虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)分為三種類型，但它們都是圍繞著產(chǎn)品而活動(dòng)，是一個(gè)彼此相互聯(lián)系有機(jī)整體。虛擬模型大致關(guān)系可表示如下：,虛擬制造技術(shù),虛擬設(shè)計(jì)技術(shù),虛擬制造系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用大致上有兩類。一是虛擬人體，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(gòu)造和功能，數(shù)字人是生命科學(xué)與信息科學(xué)的結(jié)合的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，即通

24、過信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，將人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化，經(jīng)過三維重建和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的處理，得到可以看的見的、能夠調(diào)控的虛擬仿真人體模型。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,另一類是虛擬手術(shù)，虛擬手術(shù)的概念最早提出于1989年，即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬、指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過程，在時(shí)間段上包括了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后；在實(shí)現(xiàn)目的上有手術(shù)計(jì)劃制定，手術(shù)排練演習(xí)，手術(shù)教學(xué)，手術(shù)技能訓(xùn)練，術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)、遠(yuǎn)程手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等。,虛擬手術(shù)系統(tǒng)可協(xié)助建立手術(shù)方案，幫助醫(yī)生合理、定量地定制手術(shù)方案，輔助選擇最佳手術(shù)途徑、減少手術(shù)損傷、減少對(duì)組織損害、提高病灶定位精度，以便執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率等；可以預(yù)演手術(shù)的整個(gè)過

25、程以便事先發(fā)現(xiàn)手術(shù)中可能出現(xiàn)的問題，使醫(yī)生能夠依靠術(shù)前獲得的醫(yī)學(xué)影像信息，建立三維模型，在計(jì)算機(jī)建立的虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)手術(shù)過程、切口部位、角度，提高手術(shù)的成功率。,手術(shù)是都需要麻醉藥的作用下來減少病人的痛苦，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品也能達(dá)到同樣的效果。病人戴上特定的裝置，然后選擇虛擬的場景，病人就可以在虛擬世界里跋山涉水，遨游太空，已達(dá)到緩解痛苦的作用。,虛擬現(xiàn)實(shí)暴露療法是行為療法的轉(zhuǎn)化形式，治療過程中，在治療師的監(jiān)控下，患者按照指導(dǎo)逐步使自己沉浸于引起焦慮的虛擬環(huán)境中，在憂慮減少后，被鼓勵(lì)采取繼續(xù)引起更強(qiáng)的憂慮，以此，患者得到漸進(jìn)和最佳的暴露療法。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在旅游業(yè)的應(yīng)用,虛擬旅游可以讓大眾坐在家里身

26、臨其境的游歷各地的古今名勝景點(diǎn)，可以在三維場景下便捷、直觀查詢酒店、菜館、交通、旅行社、導(dǎo)游、購物、休閑娛樂等各種以多媒體方式展示的旅游信息，安排自己的行程。網(wǎng)上旅游顯然已成為現(xiàn)代人在家放松身心進(jìn)行“旅行”的新形式，親身感受各旅游景點(diǎn)逼真的3D勝景圖。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在娛樂上的應(yīng)用 娛樂是虛擬現(xiàn)實(shí)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、頭上載著頭盔顯示器，手腳上都裝著傳感器。雖然在斗室里，只要做著各種各樣的滑雪動(dòng)作，便可通過頭盔式顯示器，看到堆滿皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁，一一從身邊掠過，其情景就和在滑雪場里進(jìn)行真的滑雪所感覺的一樣。,三維游戲既是虛

27、擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重要的應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展起了巨大的需求牽引作用。三維游戲幾乎可以涵蓋虛擬現(xiàn)實(shí)的全部技術(shù)。比如說世界上玩家最多的游戲-魔獸世界。,上百個(gè)場景，豪華的大場面制作，寫實(shí)風(fēng)格的地形地貌，貫穿整個(gè)大陸板塊。在森林、沙漠、雪山和其他奇山異水中探索廣闊的世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用使這款游戲更具有吸引力，它把相關(guān)的歷史背景，離子特效，十二個(gè)種族，飛行等現(xiàn)實(shí)特征融入其中。高級(jí)玩家甚至也能通過宏定義來改善自己的裝備。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在商業(yè)中的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)常被用于推銷。例如建筑工程投標(biāo)時(shí)，把設(shè)計(jì)的方案用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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

28、少、屋內(nèi)裝飾等，都可以感同身受。,虛擬現(xiàn)實(shí)在城市的詳細(xì)規(guī)劃,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育上的應(yīng)用,虛擬校園,香港中文大學(xué)虛擬校園,虛擬校園是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域最早的具體應(yīng)用，雖然大多數(shù)虛擬校園僅僅實(shí)現(xiàn)校園場景的瀏覽功能，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的活的瀏覽方式，全新的媒體表現(xiàn)形式都具有非常鮮明的特點(diǎn)。天津大學(xué)早在 1996 年，在 SGI 硬件平臺(tái)上，基于VR ML國際標(biāo)準(zhǔn)，最早開發(fā)了虛擬校園，使沒有去過天津大學(xué)的人，可以領(lǐng)略近代史上久富盛名的大學(xué)。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨，網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展，尤其是在寬帶技術(shù)將大規(guī)模應(yīng)用的今天，國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始逐步推廣、使用虛擬校園模式。,天津大學(xué)的虛擬校園,隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來

29、臨，網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展，尤其是寬帶技術(shù)將大規(guī)模應(yīng)用的今天。國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始逐步推廣、使用虛擬校園模式。先后有浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、西南交通大學(xué)等著名高校，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)了虛擬校園。從其它一些途徑，我們也看到了像北京四中、杭州工業(yè)大學(xué)都采用了相同的構(gòu)想去營造虛擬校園。 整個(gè)虛擬校園系統(tǒng)（以寧夏大學(xué)虛擬校園系統(tǒng)為例）的主要設(shè)計(jì)工作包括實(shí)體模型的設(shè)計(jì),實(shí)體表面紋理的采集、處理與添加,三維場景的渲染與生成,信息數(shù)據(jù)庫的建立以及系統(tǒng)在線瀏覽與分析功能的實(shí)現(xiàn)等,工作流程見下圖：,軟硬件配置,制作實(shí)體模型,規(guī)則實(shí)體,不規(guī)則實(shí)體,生成三維場景,建立信息數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)設(shè)計(jì),虛擬校園的設(shè)計(jì)流程圖

30、,軟硬件配置,硬件配置 高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)、大幅面掃描儀以及高分辨率數(shù)碼照相機(jī)。 軟件配置 Windows XP Professional操作系統(tǒng)、3DS MAX三維模型設(shè)計(jì)軟件、PhotoShop圖像處理軟件、ArcGIS地理信息系統(tǒng)平臺(tái)軟件、SuperMap地理信息系統(tǒng)平臺(tái)軟件、MicroSoft SQL Server2005數(shù)據(jù)庫管理軟件以及Microsoft Visual S2005編譯環(huán)境。,軟硬件配置,制作實(shí)體模型,規(guī)則實(shí)體,不規(guī)則實(shí)體,生成三維場景,建立信息數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)設(shè)計(jì),虛擬校園的設(shè)計(jì)流程圖,制作實(shí)體模型,實(shí)體模型的制作包括規(guī)則實(shí)體和不規(guī)則實(shí)體兩類。規(guī)則實(shí)體直接建立其三維模型并

31、在模型表面添加紋理貼圖生成,紋理貼圖由數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍攝采集并經(jīng)過變形糾正得到。不規(guī)則實(shí)體則是在模型建立后采用添加高仿真紋理與光照渲染的方法產(chǎn)生高度真實(shí)感。,軟硬件配置,制作實(shí)體模型,規(guī)則實(shí)體,不規(guī)則實(shí)體,生成三維場景,建立信息數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)設(shè)計(jì),虛擬校園的設(shè)計(jì)流程圖,生成三維場景 在建立了所有的實(shí)體模型之后,將模型文件導(dǎo)入ArcGIS生成三維場景文件。 建立信息數(shù)據(jù)庫 在SuperMap Deskpro環(huán)境下,按照要素類的不同建立相應(yīng)的圖層并添加屬性從而建立校園信息數(shù)據(jù)庫。,軟硬件配置,制作實(shí)體模型,規(guī)則實(shí)體,不規(guī)則實(shí)體,生成三維場景,建立信息數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)設(shè)計(jì),虛擬校園的設(shè)計(jì)流程圖,系統(tǒng)設(shè)計(jì),系

32、統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足在線用戶對(duì)校園信息進(jìn)行準(zhǔn)確、快速地查詢的要求,并提供交通指引等分析功能。 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 虛擬校園系統(tǒng)擬采用B/S架構(gòu)。服務(wù)器端(Server)使用Asp.NET技術(shù)開發(fā)Web應(yīng)用程序,借助SuperMap IS.NET平臺(tái)將寧夏大學(xué)虛擬校園系統(tǒng)在線發(fā)布。瀏覽器端(Browser)只需使用Web瀏覽器如Internet Explorer訪問該站點(diǎn)。 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能主要包括場景地圖的顯示與操作、數(shù)據(jù)的查詢與檢索、交通分析、虛擬現(xiàn)實(shí)等。,虛擬教學(xué),在虛擬教學(xué)方面，可以應(yīng)用教學(xué)模擬進(jìn)行演示、探索、游戲教學(xué)。利用簡易型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表現(xiàn)某些系統(tǒng)（自然的、物理的、社會(huì)的）的結(jié)構(gòu)和

33、動(dòng)態(tài)，為學(xué)生提供一種可供他們體驗(yàn)和觀測(cè)的環(huán)境。建立教學(xué)模擬的關(guān)鍵工作是創(chuàng)建被模擬對(duì)象（真實(shí)世界）的模型，然后用計(jì)算機(jī)描述此模型，通過運(yùn)算產(chǎn)生輸出。這些輸出能夠在一定程度上反映真實(shí)世界的行為。教學(xué)模擬是一種十分有價(jià)值的 CAI 模式，在教學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。例如中國地質(zhì)大學(xué)開發(fā)的地質(zhì)晶體學(xué)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演示它們的結(jié)構(gòu)特征，直觀明了。,巴基球的分子圖,虛擬教學(xué)視頻展示,虛擬培訓(xùn),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)在虛擬培訓(xùn)方面表現(xiàn)得比較突出。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入學(xué)習(xí)，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。利用沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練

34、，對(duì)高職技能性教學(xué)有著無比強(qiáng)大的推動(dòng)作用。,西南交通大學(xué)開發(fā)的 TDS- JD 機(jī)車駕駛模擬裝置可摸擬列車起動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速及停車全過程，可向司機(jī)反饋列車運(yùn)行過程中的重要信息。如每節(jié)車輛的車鉤力或加速度、列車管壓力波傳遞過程等，進(jìn)行特殊運(yùn)行情況下的事故處理，有完善的訓(xùn)練結(jié)果評(píng)價(jià)及合理的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。它在國內(nèi)首先采用計(jì)算機(jī)成像及 Windows 界面，是國內(nèi)市場占有率最高的模擬裝置，可任意進(jìn)行列車編組，可選擇任意線路斷面，可在有場景條件下模擬操縱，也可在無場景情況下。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用,工業(yè)仿真、安全生產(chǎn)應(yīng)急演練、三維工廠設(shè)備管理、虛擬培訓(xùn)等都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用。下面針對(duì)幾個(gè)比較

35、典型的實(shí)例來表述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)方面的應(yīng)用情況。,三維海上油田,三維電力協(xié)同作業(yè),石油行業(yè),石油行業(yè)三維數(shù)字化系統(tǒng)是近幾年來隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,石油需求的急劇增加和經(jīng)濟(jì)信息全球化的逐步加深而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。它在能源行業(yè)的信息交流和管理決策中發(fā)揮著越來越重要的作用。,石油平臺(tái)仿真視頻,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建能源安全作業(yè)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，提供多人在線交互式訓(xùn)練功能。推行封閉式演示、指南式向?qū)Р僮骱烷_放式自由操作的培訓(xùn)模式，開發(fā)能源安全作業(yè)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，能有效地解決了能源安全作業(yè)培訓(xùn)的成本、安全和效果問題。構(gòu)建一個(gè)全面的三維仿真信息化系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行設(shè)備管理、管線管理、安全應(yīng)急演練等，

36、構(gòu)建作業(yè)區(qū)三維環(huán)境，附加作業(yè)區(qū)周圍方圓百公里GIS數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像圖及DEM高程數(shù)據(jù)等。再此基礎(chǔ)上創(chuàng)建設(shè)備及管線數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備及管線的信息查詢、測(cè)量分析、飛行控制等操作。,石化企業(yè)三維應(yīng)急演練系統(tǒng)的建立,基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)火災(zāi)煙氣和泄漏擴(kuò)散的三維場景進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。即:將火災(zāi)煙氣流動(dòng)和泄漏擴(kuò)散的計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成仿真結(jié)果，在三維虛擬建筑環(huán)境中動(dòng)態(tài)展現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生的現(xiàn)象、煙霧的蔓延、氣體泄漏擴(kuò)散過程以及環(huán)境。,三維場景的建立,三維系統(tǒng)的建立,災(zāi)難模型庫的建立,計(jì)算結(jié)果三維可視化,應(yīng)急演練系統(tǒng)的建立,虛擬應(yīng)急演練的建立方法,石化裝置三維場景的建立,以某石化企業(yè)典型裝置為應(yīng)用實(shí)例，使用建模平臺(tái)Mi-croStation以及紋理加工軟件Photoshop實(shí)現(xiàn)三維建模，建立了某石化企業(yè)裝置、設(shè)備的三維模型。,2.三維系統(tǒng)平臺(tái),三維系統(tǒng)平臺(tái)采用比利時(shí)的Walkinside工業(yè)流程仿真軟件為顯示引擎，二次開發(fā)基于VCNET和OpenGL，也是系統(tǒng)建立的核心部分。它以全三維的視角，表現(xiàn)渲染演練系統(tǒng)中的各種場景，實(shí)現(xiàn)三維演練的各種功能，提供演練系統(tǒng)二次開發(fā)的各種接口與工具。 此處的三維系