1、虛擬現實VR.1961年，美國科學家海里戈提出了構建虛擬布魯克林城的想象，他希望觀眾可以經過他設計的系統體驗散步在布魯克林城市街道上的感受。是最早看到虛擬現實技術前景的人。一、虛擬現實技術的產生與開展 .虛擬現實的概念來自薩瑟蘭的“終極顯示。1965年，薩瑟蘭在一篇論文中提出了“終極顯示的概念：以為可以把計算機顯示器作為通往虛擬世界的窗口。對于這個概念，他是這樣描畫的：“經過這個窗口，人們可以看到一個虛擬的世界，富有挑戰性的任務是怎樣使那個虛擬世界看起來更加真實，在其中行動真實，聽起來真實，覺得就像真實世界一樣。薩瑟蘭的想象是計算機構建一個虛擬的物理世界，觀眾可以與其進展交互。.后來到哈佛大學

2、繼續進展虛擬顯示技術研討。1966年，他和他的學生鮑勃.斯普勞爾為波奇公司開發了世界上第一臺數據頭盔顯示器。在這中雙目并用的頭盔上，圖片被直接安裝在眼睛前面的顯示器上，當觀眾從這個頭盔顯示器中看到從樓頂上拍攝的地面照片時，顯示了恐懼和驚慌。這個實驗證明了僅利用雙眼就可以實現沉浸的效應。不久，薩瑟蘭用計算機圖像取代了照片，雖然只是一個虛擬的虛擬空間，但它的效果已遠遠地超越了照片。.20世紀80年代以后，虛擬顯示技術得到了長足的開展，加州大學伯克利分校的麥克.利威在薩瑟蘭發明的3D虛擬空間的根底上繼續創新，利用精巧的液晶顯示器取代了笨重的陰極射線管顯示器，同時它還發明了準確的頭部定位安裝。.更加重

3、要的發明出如今1984年，美國國家航空航天局艾米斯研討中心的科學家們利用晶體管集成電路系統設計了可攜帶的小型立體眼鏡，“艾米斯虛擬任務站方案將這一新發明的立體眼鏡銜接在高性能的計算機上，這樣觀眾就可以經過它進入虛擬世界。.同時，斯坦福醫學院的學生湯姆.奇摩爾曼發明了一種可以準確跟蹤并反響手部動作的“數據手套，他在手套的關節處放上了小型的感應器，當挪動手指時，計算機便可以獲取手指動作的信息。和數據頭盔相比，數據手套顯示了較高的準確性和靈敏性。.20世紀80年代，美國VPL公司創建人亞倫.拉尼爾提出。虛擬現實技術通常是指利用計算機建模技術、空間、聲音、視覺跟蹤技術等綜合技術生成的集視、聽、觸覺為一

4、體的交互式虛擬環境。在這樣的虛擬空間中，參與者可借助數據頭盔顯示器、數據手套、數據衣等設備與計算機進展交互，得到和真實世界極其相近的體驗。.1虛擬世界生成設備 虛擬世界生成設備無疑可以是一臺或多臺高性能計算機。通常又可分為基于高性能個人計算機、基于高性能圖形任務站和基于分布式異構計算機的虛擬現實系統三大類。 后兩類用于沉浸式虛擬現實系統，而基于PC機的虛擬現實系統通常為非沉浸式系統。 虛擬現實所用的計算機是帶有圖形加速器和多條圖形輸出流水線的所謂高性能圖形計算機。這是由于三維高真實感場景的生成與顯示在虛擬現實系統中具有頭等重要的位置。二、虛擬現實系統的構成.虛擬世界生成設備的主要功能包括： 視

5、覺通道信號生成與顯示三維高真實感圖形建模與實時繪制。 聽覺通道信號生成與顯示三維真實感聲音生成與播放。所謂三維真實感聲音是具有動態方位感、間隔感和三維空間效應的聲音。 觸覺與力覺通訊信號與顯示皮膚感知的觸摸，溫度、壓力、紋理信號以及肌肉、失節、腱等感知的力信號的建模與反響。 支持實時人機交互操作的功能三維空間定位、碰撞檢測、語音識別以及人機實時對話功能。.2感知設備 感知設備是指將虛擬世界各類感知模型轉變為人能接受的多通道刺激信號的設備。感知包括視、聽、觸力、嗅、味覺等多種通道。然而，成熟和相對成熟的感知信息產生和檢測的技術，僅有視覺、聽覺和力覺三種通道。 視覺感知設備立體寬視場圖形顯示器。立

6、體寬視場圖形顯示器可分為沉浸式和非沉浸式兩大類。 聽覺感知設備三維真實感聲音的播放設備。常用的有耳機式、雙揚聲器組和多揚聲器組三種。通常由公用聲卡將單通道聲源信號處置成具有雙耳效應的真實感聲音。 觸覺力覺感知設備觸覺力覺反響安裝。觸覺和力覺實踐是兩種不同的感知。觸覺包含的感知內容更豐富一些，例如應包含普通的接觸感類似于“摸到了一個面的覺得，進一步應包含感知資料的質感布料、海綿、橡膠、木材、金屬、石料等等，紋理感平滑、粗糙程度等以及溫度感等。力覺感知設備要求能反響力的大小和方向，與觸覺反響安裝相比，力反響安裝相對較成熟一些。.3跟蹤設備 跟蹤設備是跟蹤并檢測位置和方位的安裝，用于虛擬現實系統中基

7、于自然方式的人機交互操作。目前，先進的跟蹤定位系統可用于動態記錄人體運動。 最常用的跟蹤設備有基于機械臂原理、磁傳感器原理、超聲傳感器原理和光傳感器原理四種。 除機械臂式定位跟蹤器以外，其它三種跟蹤器都由一個或多個信號發射器以及數個接納器組成，發射器安裝在虛擬現實系統中某個固定位置，接納器安裝在被跟蹤的部位。如安裝在頭部，通常用來跟蹤視野方向；如安裝在手部，通常用來跟蹤交互設備數據手套的位置及其朝向；假設將多個接納器安裝在貼身衣服的各個關節部位上，那么實時記錄人體各個活動關節的位置，經過軟件處置可實時跟蹤顯示人的動作。.4人機交互設備 運用手勢、體勢、眼神以及自然言語的人機交互設備，常見的有數

8、據手套、數據衣服帶傳感器的衣服、眼球跟蹤器以及語音綜合和識別安裝。.三、虛擬現實系統的硬件和軟件 1虛擬現實系統的硬件 虛擬現實系統的硬件包括虛擬現實發生器以及輸入輸出設備。1虛擬現實發生器 虛擬現實發生器用來處置和產生虛擬境界，是任何虛擬系統的中心。它普通由計算機加圖形生成器或加速卡組成。計算機可以是個人計算機、任務站或者小型計算機。虛擬現實系統中的計算機主要完成三項義務：數據處置、數據輸出、虛擬境界的管理和生成。系統中的計算機必需具有足夠高的處置才干，以確保參與者與虛擬境界的交互能實時進展。.2虛擬現實輸入設備 有兩類跟蹤系統，分別是有源跟蹤系統和無源系統。有源跟蹤系統運用兩路信號處置輸入

9、數據，這種系統經過發射器和傳感器跟蹤參與者的位置和取向。無源跟蹤系統運用一路信號處置輸入數據，只需一個傳感器用來跟蹤位置和方向。3虛擬現實輸出設備 虛擬現實系統的輸出設備用于將電子信號轉變成各種人體感宮可以覺得到的刺激。常用的虛擬現實系統輸出設備有頭戴式顯示器和聲音發生器。.2虛擬現實系統的軟件 虛擬現實系統的軟件用來進展境界構造，包括建模和繪制對象，給這些對象指定行為，提供交互性和編程。虛擬現實軟件可分為工具包和創作工具。 工具包即程序庫，普通用C或C等編制，利用它所提供的函數集合，熟練的程序員可以生成詳細的虛擬現實系統運用。VRML就是這樣一個程序庫。創作工具是帶有圖形用戶界面的完好軟件，

10、經過創作工具只需簡單編程就可生成虛擬境界。程序庫普通比創作工具更靈敏，繪制速度更快，但需求豐富的編程閱歷。 由于軟件的方法對硬件的依賴性不高，相對來說容易實現，而且其適用的范圍很廣，因此目前開展很快，很多公司紛紛推出軟件開發包，以及其它一些工具。. VRP軟件簡介 VRP是一款由中視典數字科技獨立開發的具有完全自主知識產權的直接面向三維美工的一款虛擬現實軟件，是目前中國虛擬現實領域，市場占有率最高的一款虛擬現實軟件。 VRP適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化、所見即所得。 VRP一切的操作都是以美工可以了解的方式進展，不需求程序員參與。 .1菜單欄 2 工具欄 3 Flash窗口 4功能

11、分類面板 5主功能區面板6視圖區 7屬性面板 8信息欄 9形狀欄.1用戶首先激活頭盔，手套和話筒等輸 入設備，為計算機提供輸入信號；2VR軟件收到由跟蹤器和傳感器送來 的輸入信號加以處置； 3對虛擬環境數據庫做必要的更新，調整當前的虛擬環境場景，并將這一新視點下的三維視覺圖像以及其他如聲音、觸覺、力反響等信息立刻傳送給相應的輸出設備頭盔顯示器、耳機、數據手套等，以便用戶及時獲得感官上的虛擬效果，這一過程必需每秒鐘發生多次才干運用戶感遭到實時延續的效果。 典型的VR系統構造四、用戶與虛擬世界交互的過程. 進入20 世紀90 年代后，基于大型數據集合的聲音和圖像的實時動畫制形成為能夠，人機交互系統

12、的設計不斷創新，新穎、適用的輸入輸出設備不斷地涌入市場，這些都為虛擬現實系統的開展打下了良好的根底。.五、虛擬現實技術的運用自然、文化遺產的維護和弘揚虛擬人機工程學軍事與航天制造工業教育與訓練醫學領域商業領域影視文娛規劃與設計.六、虛擬現實技術的特征 沉浸性 VR技術最主要的技術特征是讓用戶覺得本人是計算機系統所創建的虛擬世界中的一部分，運用戶由察看者變成參與者，沉浸其中并參與虛擬世界的活動。 交互性 交互性Interactivity的產生，主要借助于VR系統中的特殊硬件設備如數據手套、力反響安裝等，運用戶能經過自然的方式，產生同在真實世界中一樣的覺得。 想像性 想像性Imagination指

13、虛擬的環境是人想像出來的，同時這種想像表達出設計者相應的思想，因此可以用來實現一定的目的。 .七、虛擬現實系統的關鍵技術 1動態環境建模技術 虛擬環境的建立是虛擬現實技術的中心內容。動態環境建模技術的目的是獲取實踐環境的三維數據，并根據運用的需求，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。三維數據的獲取可以采用CAD技術有規那么的環境，而更多的環境那么需求采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數據獲取的效率。.2實時三維圖形生成技術 三維圖形的生成技術曾經較為成熟，其關鍵是如何實現“實時生成。為了到達實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15幀秒，最好是高于30幀秒。在不降

14、低圖形的質量和復雜度的前提下，提高刷新頻率。這里，圖形生成的硬件體系構造以及在虛擬現實的真實感圖形生成中用于加速的各種有效技術是關鍵所在。.3立體顯示和傳感器技術 虛擬現實依賴于立體顯示和傳感器技術的開展，立體顯示技術涉及到人眼的生理原理以及在計算機上如何產生深度線索的技術。現有的硬件系統如頭盔顯示器、單目鏡及可挪動視覺顯示器有待進一步研討，光學顯示還存在許多局限性；傳感器技術中需處理設備的可靠性、可反復性、準確性及平安性等問題，各種類型傳感器的性能急需提高。.4運用系統開發工具 虛擬現實運用的關鍵是尋覓適宜的場所和對象，即如何發揚想象力和發明力。選擇適當的運用對象可以大幅度地提高消費效率、減

15、輕勞動強度、提高產品開發質量。為了到達這一目的，必需研討虛擬現實的開發工具。5系統集成技術 由子虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等。.八、虛擬現實作品據構成虛擬現實系統的技術設備以及帶給觀眾的不同體驗，可以將虛擬現實的藝術作品分為桌面級、沉浸級、加強現實級和分布式四個層次。結合藝術家的作品，不同層次的虛擬顯示系統可分為：桌面式虛擬現實；沉浸式虛擬現實；加強現實式虛擬顯示；分布式虛擬現實。.1桌面式VR系統Desktop VR 桌面式VR系統僅運用個人計算機和低級任務站

16、來產生三維空間的交互場景。它把計算機的屏幕作為用戶察看虛擬環境的一個窗口，參與者需求運用手拿輸入設備或位置跟蹤器來駕馭虛擬環境和支配虛擬場景中的各種物體。 在桌面VR系統中，參與者雖然坐在監視器前面，但可以經過計算機屏幕察看360范圍內的虛擬環境；可以經過交互操作，使虛擬環境的物體平移和旋轉，以便從各個方向觀看物體，也可以利用“through walk進入功能在虛擬環境中閱讀。但參與者并沒有完全沉浸，他依然會遭到周圍現實環境的干擾。 桌面VR系統雖然缺乏完全的沉浸感，但它依然比較普及，這主要是出于其本錢相對來說較低。在桌面VR系統中，用戶借助三維眼鏡或安裝在計算機屏幕上方的立體察看器、液晶顯示

17、光學眼鏡等一些廉價的設備，就可以產生一種三維空間的幻覺來添加沉浸的覺得；而它采用的規范CRT顯示器和立體圖像顯示技術，又使得系統分辨率較高，價錢也比較廉價；另外，聲卡和內部信號處置電路也可以經過廉價的硬件產生真實性很強的聲音效果。桌面VR系統通常用于工程CAD、建筑設計、培訓、教育及某些醫療運用。 .2沉浸式VR系統Immersive VR 沉浸式VR系統利用頭盔顯示器和數據手套等各種交互設備把用戶的視覺、聽覺和其他覺得封鎖起來，而運用戶真正成為VR系統內部的一個參與者，并能利用這些交互設備操作和駕馭虛擬環境，產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的覺得，普通用于文娛、或驗證某一猜測假設、訓練、

18、模擬、預演、檢驗、體驗等。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統等。 與桌面式VR系統相比，沉浸式VR系統的主要特點在于：1具有高度的實時性能。2具有高度的沉浸感。3能支持多種I/O交互設備并行。.3加強式VR系統 加強式VR系統允許用戶對現實世界進展察看的同時，經過穿透型頭戴式顯示器將計算機虛擬圖像疊加在現實世界之上，為操作員提供與他所看到的現實環境有關的、存儲在計算機中的信息，從而加強操作員對真實環境的感受因此又被稱為補充現實系統。 與其他各類VR系統相比，補充現實式的虛擬現實不僅是利用VR技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來加強參與者對真

19、實環境的感受，也就是加強現實中無法感知或不方便的感受。人們可以按日常的任務方式對周圍的物體進展操作或研討，但同時又可以從計算機生成的環境中得到同步的、有關活動的指點信息。目前，這樣的任務方式曾經有了一些實驗性的例子，如計算機指點的復印機修繕；在菱形空間框架中安裝鋁構件；電線束在安裝到飛機上之前的捆綁等。其中一個典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器，它能將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，使飛行員不用低頭讀座艙中儀表的數據，從而集中精神盯著敵人的飛機或導航偏向。它的任務原理是：在這種頭戴式顯示器中，光源產生的圖像被光學系統引導到組合器，組合器是一種公用屏幕，它對于從真實環

20、境進來的光線呈現透明特性，但對準它的光線卻被頭戴式顯示器的光學系統反射掉，這樣就使得操作員可以明晰地看到計算機圖形與其即時環境重合在起的現實效果。.4分布式VR系統Distributed VR，DVR 分布式VR系統是指基于網絡的虛擬環境。它在沉浸式VR系統的根底上，將位于不同物理位置的多個用戶或多個虛擬環境經過網絡相銜接，并共享信息，從而運用戶的協同任務到達一個更高的境界。VR系統之所以運轉在分布式環境，一方面是它可以充分利用分布式計算機系統提供的強大計算才干，另一方面是由于有些運用本身具有分布特性。例如，許多VR運用要求假設干人能同時參與同一個虛擬環境，即協同任務的VR。這些人既能夠在同一

21、個地方，也能夠在世界上各個不同的地方，彼此間只經過遠間隔網絡聯絡在一同。前面所述的那些VR技術雖然可以使動態的虛擬環境栩栩如生，但它們都無法處理資源共享的問題，運用DVR系統就可以滿足這類需求。 分布式VR系統最重要的特性是它們對于多用戶協作模擬的協調順應才干，即操作系統必需能在不同計算機上處置不類似的虛擬世界，因此分布式VR系統需求運用公用的操作系統分布式操作系統。另外，DVR系統在設計和實現時，還必需思索很多網絡通訊要素，如網絡帶寬、分布機制、網絡延遲以及通訊可靠性等。分布式虛擬現實技術在產品異地設計、遠程醫療、大規模軍事訓練、多用戶游戲等方面具有廣泛的運用前景。.杰弗里.肖是一位著名的澳

22、大利亞交互藝術家，后來移居德國，任德國ZMK影像研討所主任。1989年曼哈頓城市的信息被轉換成一些數據，觀眾經過自行車的車把和腳踏板來控制本人在虛擬世界的方向和速度，遨游虛擬的曼哈頓。以后，又制造了荷蘭的阿姆斯特丹和德國的卡爾斯魯厄兩個城市的虛擬遨游版本。.1998世界上獨一無二的利用木頭人作為界面與虛擬世界進展交互的安裝藝術作品。在一個洞窟狀的環境中，當他拿起木頭人的時候，它即開場驅動計算機和投影系統將圖像投向周圍的墻壁，他可以翻開木頭人的眼睛，高舉它的手臂、擺動大腿等，隨意利用它來控制影像世界，投在六個方向的屏幕上的圖像隨著木頭人的動作而發生千變萬化的組合，營造了一個具有高度沉浸感的影像世

23、界。.2000提供了一個體驗此地域被毀壞的煤礦、建筑、礦渣場等場景的虛擬空間。一個在甲烷爆炸中喪生的94名礦工的公墓、一個世界上最大的煉焦廠等。虛擬空間中的這些歷史痕跡，留給人們深化的印象，讓人們在這些虛擬的煤礦和廢墟中遨游，認識到世界上許多愉快的地方正在因工業化開展而遭到破壞。.2000加州的曼扎納爾是第二次世界大戰中收容日裔美國人的集中營，荒涼卻非常美麗。日裔美國藝術家塔米克.蒂爾和伊朗作家、舞臺美術家扎拉.胡什曼德協作利用二戰中的真實照片和3D技術再現了第二次世界大戰時曼扎納爾集中營的情景，按照真實歷史資料復原的真人大小圖像被投影在屏幕上，觀眾可以利用操作桿在夢境的空間中挪動。.EVE：瓦爾基里平臺：Oculus Rift，Project Morpheus作為最萬眾矚目的VR 游戲，將成為一款減少PC玩家和VR玩家差距的游戲。能在更多的設備上運轉，甚至還將登陸PS4，為游戲機玩家提供恢宏的宇宙體驗。能夠促進VR的普及，同時游戲分別登陸兩款VR頭顯時，還將促進頭顯改良。.羅賓遜：旅