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1、虚拟现实技术与应用概述,信息技术学院 葛岩,报告主要内容,（一）虚拟现实概述（二）虚拟现实系统的组成（三）具体案例分析（四）存在的问题,（一）虚拟现实概述,1.虚拟现实是什么呢？虚拟现实：Virtual Reality本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉就如真实的一样。通过计算机相关技术来逼真地模拟真实场景，在一定范围内让用户的视觉、听觉和触觉相统一。用户可借助必要的交互设备用比较自然的方式与虚拟环境中的虚拟对象进行直接交互，从而产生身临其境的感觉。,2.虚拟现实技术的分类,常见的虚拟现实系统主要有以下几种：沉浸式 VR 系统桌面式 VR 系统增强式 VR 系统分布式 VR 系
2、统,沉浸式虚拟现实系统,通常采用头盔式显示器、洞穴式立体显示等设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用空间位置跟踪定位设备、数据手套、其他手控输入设备、声音设备等使得参与者产生一种完全投入并沉浸于其中的感觉，是一种较理想的VR系统。,增强式虚拟现实系统,既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统,分布式虚拟现实系统,最典型的应用是SIMNET系统，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器运行在同一个虚拟世界中，参
3、与同一场作战演习,桌面虚拟现实系统,它是利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，利用计算机的屏幕作为观察虚拟世界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟世界的交互。,图 4 桌面虚拟现实系统,3.虚拟现实的特点,常用三个“I”表示的，即 Immersion(沉浸)、Interaction(交互)和Imagination(构想)。用这三个“I”说明虚拟现实系统的三个基本特征。,3I,沉浸性（Immersion）,想象性（Imagination）,交互性：Interactivity,3.虚拟现实的特点,（1）沉浸性指用户作为主角沉浸于计算机生成的虚
4、拟环境中和用户投入到计算机生成的虚拟场景中的能力，使用户在虚拟场景中有“身临其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境中感受的一样，是虚拟现实系统的核心。,3.虚拟现实的特点,（2）交互性当物体受到力的作用时，物体会沿着力的方向移动等。热磁轮,3.虚拟现实的特点,（3）想象性在建设一座大楼之前，传统的方法是要绘制各种图纸，而现在可以采用 VR 系统来进行设计与仿真。制作的 VR 作品反映的就是某个设计者的思想，而它的功能远比那些呆板的图纸生动强大得多 客厅漫游,4.虚拟现实应用领域,（1）军事与航天领域（2）医学领域（3）娱乐和教育（4）工业设计,1.军事与航天领域,利用
5、虚拟现实技术可轻松的模拟战场环境，来取代真实的演习，这种方式能够节约大量资金，而且更加的方便、有效。因此模拟与训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟现实技术提供了广阔的应用前景;,2.医学领域,虚拟现实技术在医学应用中有着十分重要的意义，可利用虚拟现实技术构建模型模拟人体，医生借助感觉手套、跟踪器很容易了解人体内部器官结构，比传统的解剖更加方便、生动，而且能够更加仔细的观看人体内部器官结构。另外远程遥控手术技术是现代医学研究的重点之一，借助虚拟现实技术，医生可以跟做本地手术一样的方便、顺利,3.娱乐和教育,(1)游戏产业已经从最初的二维发展到现今主流的三维游戏，其娱乐性也得到了质的
6、飞跃，三维虚拟场景技术目前也已经广泛应用在游戏中，尤其是三维虚拟技术将游戏的参与性、互动性和娱乐性向前推进了一大步。(2)为游戏用户提供了视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让游戏玩家可及时的没有限制的观察三维空间的事物。(3)虚拟现实技术使用户完全沉浸在三维虚拟场景之中，凭借它的巨大的优势在游戏发展史上具有里程碑的作用。,植物大战僵尸3D版本,虚拟现实在教育中的应用,(1)虚拟校园,(2)虚拟现实实体模型应用,基础医学课程中神经系统部分,目前正在开发中,(3)虚拟实验过程演示,将一些微观现象以虚拟的形式呈现核裂变和链式反应核裂变的过程在核电厂最为常见裂变过程的演示,(4)虚拟实验操作,大连理工大学
7、项目成果项目名称：以网络虚拟实验室为核心的全方位、多层次化学数字化教学资源建设液相色谱虚拟实验,4.工业设计,工业设计的成本在企业整体支出中的比重越来越大用数字模型代替实物模型进行开发产品，节约了实物模型的成本，以最小的投入获取最大的效益。,（二）虚拟现实系统的组成-为什么,关键在于软件与硬件的支持,硬件,软件,感知设备,生成设备,人机交互设备,Virtools,Cult3D,Flash,VRML等,视觉感知设备,1、台式立体显示系统,2、头盔式显示器,3、墙式全景立体显示装置,人机交互设备数据衣与数据手套,人机交互设备力觉反馈装置,所谓力觉反馈是指运用先进的技术手段，将虚拟物体的空间运动转变
8、成周边物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。,（五）具体案例分析,物理类海市蜃楼光电效应虚拟实验马赫波演示单缝衍射实验超导磁悬浮原理演示化学类实验室制取氧气实验,（五）具体案例分析,游戏类(1)一般游戏：Star Zoom石器时代 机械暴动游戏第一人称射击类,（五）具体案例分析,(2)教育类游戏看昆虫学游戏认识人民币记忆游戏环保游戏捡瓶子,（六）目前发展中存在的问题,1、虚拟现实硬件设备的“贵族化”首先需要昂贵的外部设备，无论是高分辨率的头盔显示器，空间定位器，还是高精度的数据手套，都是价格不菲。其次，为完成复杂场景的实时渲染，还需要高性能的图形工作站以及相应软件,（六）目前发展中存在的问题,2、繁琐的三维建模基于图形的虚拟环境首先要解决的问题便是三维造型。模型数量多，会影响渲染速度,（六）目前发展中存在的问题,3、数据量大虚拟现实要想得到很大的发展，需要与Internet结合，这恐怕已是不争的事实。目前虚拟现实技术应用的数据量仍然很大，在现有网络速度条件下，用户需要等待较长实践，这往往令人难以忍受。应该在虚拟现实系统中考虑数据压缩问题，随着技术的进步，会慢慢解决。,
