1、虛擬現實技術王晨光2015-05-18概念目錄分類應用領域研究現狀特征發展史一、虛擬現實技術的發展史1929年，Edward Link設計出用于訓練飛行員的模擬器。1956年，Morton Heilig開發出多通道仿真體驗系統Sensorama 。一、虛擬現實技術的發展史1965年，Ivan Sutherland發表論文“Ultimate Display”（終極的顯示）1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器（Head Mounted Display，HMD） 一、虛擬現實技術的發展史1972年，Nolan Bushnell開發出第一個交互式電子游戲Pon

2、g ；1977年，Dan Sandin、Tom DeFanti和Rich Sayre研制出第一個數據手套Sayre Glove；1984年，NASA Ames研究中心的M. McGreevy 和J. Humphries開發出用于火星探測的虛擬環境視覺顯示器；1987年，Jim Humphries設計了雙目全方位監視器（BOOM）的最早原型； 一、虛擬現實技術的發展史1990年，在美國達拉斯召開的Siggraph會議上，明確提出VR技術研究的主要內容包括實時三維圖形生成技術、多傳感器交互技術和高分辨率顯示技術，為VR技術的發展確定了研究方向。 從20世紀90年代開始，VR技術的研究熱潮也開始向民

3、間的高科技企業轉移。著名的VPL公司開發出第一套傳感手套命名為“DataGloves”，第一套HMD命名為“EyePhones”。進入21世紀，VR技術進入軟件高速發展的時期，一些有代表性的VR軟件開發系統不斷在發展完善。如MultiGen Vega、OpenSceneGraph二、虛擬現實技術的概念 虛擬現實技術（Virtual Reality）簡稱VR技術，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。虛擬現實是20世紀末逐漸興起的一門綜合性信息技術，融合了數字圖像處理、計算機圖形學

4、、人工智能、多媒體、傳感器、網絡以及并行處理等多個信息技術分支的最新發展成果。 典型的VR系統主要由計算機軟、硬件系統（包括VR軟件和VR環境數據庫）和VR輸入、輸出設備等組成。 二、虛擬現實技術的概念 三、虛擬現實技術的特征I3VR技術三角形 交互性Interactivity沉浸感Immersion想象力Imagination3.1、VR技術的交互性指用戶對虛擬環境中對象的可操作程度和從虛擬環境中得到反饋的自然程度（包括實時性）。主要借助于各種專用設備（如頭盔顯示器、數據手套等）產生，從而使用戶以自然方式如手勢、體勢、語言等技能，如同在真實世界中一樣操作虛擬環境中的對象。3.2、VR技術的沉

5、浸感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于虛擬環境中的真實程度，是VR技術最主要的特征。影響沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三維圖像中的深度信息、畫面的視野、實現跟蹤的時間或空間響應及交互設備的約束程度等 。3.3、VR技術的想象力指用戶在虛擬世界中根據所獲取的多種信息和自身在系統中的行為，通過邏輯判斷、推理和聯想等思維過程，隨著系統的運行狀態變化而對其未來進展進行想象的能力。對適當的應用對象加上虛擬現實的創意和想象力，可以大幅度提高生產效率、減輕勞動強度、提高產品開發質量。分類四、虛擬現實系統的分類 桌面式VR系統Desktop VR 沉浸式VR系統Immersive VR 增強式VR系

6、統Augmented VR分布式VR系統Distributed VR 4.1、桌面式VR系統使用個人計算機和低級工作站來產生三維空間的交互場景。用戶會受到周圍現實環境的干擾而不能獲得完全的沉浸感，但由于其成本相對較低桌面式VR系統仍然比較普及。 4.2、沉浸式VR系統利用頭盔顯示器、洞穴式顯示設備和數據手套等交互設備把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，而使用戶真正成為VR系統內部的一個參與者，產生一種身臨其境、全心投入并沉浸其中的體驗。與桌面式VR系統相比，沉浸式VR系統的主要特點在于高度的實時性和沉浸感。4.3、增強式VR系統允許用戶對現實世界進行觀察的同時，將虛擬圖像疊加在真實物理對象之

7、上。為用戶提供與所看到的真實環境有關的、存儲在計算機中的信息，從而增強用戶對真實環境的感受，又被稱為疊加式或補充現實式VR系統。可以使用光學技術或視頻技術實現。4.4、分布式VR系統指基于網絡構建的虛擬環境，將位于不同物理位置的多個用戶或多個虛擬環境通過網絡相連接并共享信息，從而使用戶的協同工作達到一個更高的境界。主要被應用于遠程虛擬會議、虛擬醫學會診、多人網絡游戲、虛擬戰爭演習等領域。五、虛擬現實技術的應用領域 教育與訓練設計與規劃科學計算可視化商業領域藝術與娛樂VR技術被逐步應用于網上銷售、客戶服務、電傳會議及虛擬購物中心等商業領域。它可以使客戶在購買前先看到產品的外貌與內在，甚至在虛擬世

8、界中使用它，因此對產品的推廣和銷售都很有幫助。5.1、商業領域科學可視化的功能就是將大量字母、數字數據轉換成比原始數據更容易理解的各種圖像，并允許參與者借助各種虛擬現實輸入設備檢查這些“可見的”數據。它通常被用于建立分子結構、地震以及地球環境等模型。、5.2、科學計算可視化5.3、教育與訓練虛擬現實技術能使學習者能直接、自然地與虛擬對象進行交互，以各種形式參與事件的發展變化過程，并獲得最大的控制和操作整個環境的自由度。1、仿真教學與實驗2、特殊教育3、多種專業訓練4、應急演練和軍事演習 虛擬現實已被看作是設計領域中唯一的開發工具。它可以避免傳統方式在原型制造、設計和生產過程中的重復工作，有效的

9、降低成本，應用領域包括汽車制造業、城市規劃、建筑設計等。5.4、設計與規劃 VR技術所具有的身臨其境感及實時交互性還能將靜態的藝術（如油畫、雕刻等）轉化為動態的形式，使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術，包括虛擬畫廊、虛擬音樂廳、文物保護等方面。娛樂是VR系統的另一個重要應用領域，市場上已經推出了多款VR環境下的電腦游戲，帶給游戲者強烈的感官刺激。5.5、藝術與娛樂六、虛擬現實技術的研究現狀 國外的研究現狀 美國是虛擬現實技術的發源地，有美國宇航局（NASA）、麻省理工學院（MIT）媒體實驗室、華盛頓大學人機界面技術實驗室（HIT Lab）等許多知名的研究機構。美國在虛擬現實領域的基礎研究主要集中

10、在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。英國主要有四個從事VR技術研究的中心，包括Windustries公司、British Aerospace公司、Dimension International公司、Divison LTD公司等。日本主要致力于建立大規模VR知識庫和人機接口方面的研究項目上，在VR游戲方面的研究也處于領先地位。六、虛擬現實技術的研究現狀 我國從20世紀80年代起開始研究VR技術。雖然起步較晚，但近年來政府有關部門非常重視，制定了開展VR技術的研究計劃，并將其列入國家重點研究項目。國內的一些科學家和重點院校也已積極投入了對這一領域的研究。六、虛擬現實技術的研究現狀 北京航空航

11、天大學是國內最早進行VR技術研究、最有權威的單位之一。于2000年8月成立虛擬現實新技術教育部重點實驗室。清華大學對虛擬現實及其臨場感等方面進行了大量研究，比如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施及深度感實驗測試等。浙江大學的CAD&CG國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，還研制出了在虛擬環境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。西安交通大學信息工程研究所對虛擬現實中的關鍵技術立體顯示技術進行了研究，提出一種基于JPEG標準壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓縮速度。國內的研究現狀 THANKS9、靜夜四無鄰，荒居舊業貧。8月-228月

12、-22Tuesday, August 23, 202210、雨中黃葉樹，燈下白頭人。19:45:2919:45:2919:458/23/2022 7:45:29 PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。8月-2219:45:2919:45Aug-2223-Aug-2212、故人江海別，幾度隔山川。19:45:2919:45:2919:45Tuesday, August 23, 202213、乍見翻疑夢，相悲各問年。8月-228月-2219:45:2919:45:29August 23, 202214、他鄉生白發，舊國見青山。23 八月 20227:45:29 下午19:45:298月-2215、比不

13、了得就不比，得不到的就不要。八月 227:45 下午8月-2219:45August 23, 202216、行動出成果，工作出財富。2022/8/23 19:45:2919:45:2923 August 202217、做前，能夠環視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。7:45:29 下午7:45 下午19:45:298月-229、沒有失敗，只有暫時停止成功！。8月-228月-22Tuesday, August 23, 202210、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。19:45:2919:45:2919:458/23/2022 7:45:29 PM11、成功就

14、是日復一日那一點點小小努力的積累。8月-2219:45:2919:45Aug-2223-Aug-2212、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。19:45:2919:45:2919:45Tuesday, August 23, 202213、不知香積寺，數里入云峰。8月-228月-2219:45:2919:45:29August 23, 202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。23 八月 20227:45:29 下午19:45:298月-2215、楚塞三湘接，荊門九派通。八月 227:45 下午8月-2219:45August 23, 202216、少年十五二

15、十時，步行奪得胡馬騎。2022/8/23 19:45:2919:45:2923 August 202217、空山新雨后，天氣晚來秋。7:45:29 下午7:45 下午19:45:298月-229、楊柳散和風，青山澹吾慮。8月-228月-22Tuesday, August 23, 202210、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。19:45:2919:45:2919:458/23/2022 7:45:29 PM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。8月-2219:45:2919:45Aug-2223-Aug-2212、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。19:45:2919:45:2919:45Tuesday, August 23, 202213、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。8月-228月-2219:45:2919:45:29August 23, 202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。23 八月 20227:45:29 下午19:45:298月-2215、最具挑戰性的挑戰莫過于提升自我。八月 227:45 下午8月-2219:45August 23, 202216、業余生活要有意義，不要越軌。2022/8/23 19:45:2919:45:29