虛擬現(xiàn)實(shí)電信學(xué)院劉文進(jìn)聯(lián)系電話：0418－6892020辦公室：靜遠(yuǎn)414（5310941）1授課計(jì)劃虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真概述仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型離散事件系統(tǒng)仿真面向?qū)ο蟮姆抡?分布交互仿真*虛擬現(xiàn)實(shí)感觀基礎(chǔ)（輸入設(shè)備、輸出設(shè)備）VR的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)VR建模VRML語言及其實(shí)現(xiàn)方法虛擬現(xiàn)實(shí)仿真應(yīng)用實(shí)例*2虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真概述電信學(xué)院劉文進(jìn)3第一章虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真概述虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征虛擬現(xiàn)實(shí)分類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀4人類有許多夢(mèng)想，一些夢(mèng)想已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，而有一些夢(mèng)想也許永遠(yuǎn)都不可能實(shí)現(xiàn)。然而，有一種技術(shù)卻能使一切夢(mèng)想全部在感知中實(shí)現(xiàn)，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR）。

虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科，由于它生成的視覺環(huán)境是立體的、音效是立體的，人機(jī)交互是和諧友好的，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將一改人與計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的現(xiàn)狀，即計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的環(huán)境將人們陶醉在流連忘返的工作環(huán)境之中。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來興起的一種新型信息技術(shù)，它集多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)為一體，是當(dāng)今前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)之一。

5幾種虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬環(huán)境虛擬房間虛擬汽車虛擬人6參考書：現(xiàn)在仿真技術(shù)與應(yīng)用康鳳舉等國防工業(yè)出版社虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（第二版）【美】GrigoreC.Burdea、【法】PhilippeCoiffet著電子工業(yè)出版社虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真韋有雙等國防工業(yè)出版社7虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念一、系統(tǒng)仿真1、定義系統(tǒng)仿真是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)、仿真器和各種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究的一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)。1946年電子微分分析器的誕生，開創(chuàng)了系統(tǒng)仿真的新階段，系統(tǒng)仿真逐漸成為以相似論、系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)工程理論、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和時(shí)間序列分析等多個(gè)學(xué)科為基礎(chǔ)的新興的綜合性學(xué)科。8虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念2、仿真學(xué)科的理論體系相似理論：研究事物之間相似規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)（幾何相似、離散相似、等效、感覺相似、思維相似）；模型論：以各應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立符合仿真應(yīng)用要求、通用的、各領(lǐng)域?qū)Ｓ玫母鞣N模型的理論和方法（模型的體系結(jié)構(gòu)、建模的工具環(huán)境等）；仿真系統(tǒng)理論：研究和論述構(gòu)建符合應(yīng)用需求的仿真系統(tǒng)理論和要求（仿真系統(tǒng)的體系和構(gòu)成、設(shè)計(jì)及其公共關(guān)鍵技術(shù)、研制和運(yùn)用、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等）；仿真方法論：結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)域的不同需求，研究仿真基本思想和方法（定量仿真、定性仿真、集中式仿真、分布交互式仿真、面向?qū)ο蠓抡?、智能仿真等）；仿真的可信性理論；仿真科學(xué)和技術(shù)的應(yīng)用理論。9虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的基本概念3、仿真的工作流程系統(tǒng)系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)＋物理效應(yīng)模型＋實(shí)物系統(tǒng)建模仿真建模仿真試驗(yàn)主要工作流程：系統(tǒng)定義數(shù)學(xué)建模仿真建模裝載試驗(yàn)結(jié)果分析10虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與系統(tǒng)統(tǒng)仿真的的基本概概念仿真問題的描述特定的模型：參數(shù)模型參數(shù)值試驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)框架仿真運(yùn)行控制行為產(chǎn)生器模型行為及其處理模型行為（仿真數(shù)據(jù)）軌跡產(chǎn)生結(jié)構(gòu)行為行為處理：分析、顯示4、仿真真的基本本框架1984年Oren提提出了現(xiàn)現(xiàn)在仿真真的基本本框架：：“建?！囼?yàn)驗(yàn)——分分析”仿真研究究的基本本要素的的具體內(nèi)內(nèi)容和相相互關(guān)系系如圖所所示。11VirtualReality（（VR））(J.Lanier,1989)譯為:虛虛擬擬現(xiàn)實(shí)、、靈境、、幻真...其他：VirtualEnvironmentArtificialReality(M.W.Krueger,1970s)Cyberspace(W.Gibson,1984)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與系統(tǒng)統(tǒng)仿真的的基本概概念二、虛擬擬現(xiàn)實(shí)是一種可可以創(chuàng)建建和體驗(yàn)驗(yàn)虛擬世世界的計(jì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)。而而虛擬世世界是全全體虛擬擬環(huán)境或或給定仿仿真對(duì)象象的全體體。虛擬擬環(huán)境是是由計(jì)算算機(jī)生成成的，通通過視、、聽、觸觸覺等作作用于用用戶，使使之產(chǎn)生生身臨其其境感覺覺的交互互式視景景仿真。。利用計(jì)算算機(jī)生成成的能給給人多種種感官刺刺激的人人機(jī)交互互系統(tǒng)。。12用計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)來來生成一一個(gè)逼真真的三維維視覺、、聽覺、、觸覺或或嗅覺等等感覺世世界，讓讓用戶可可以從自自己的視視點(diǎn)出發(fā)發(fā)，利用用自然的的技能和和某些設(shè)設(shè)備對(duì)這這一生成成的虛擬擬世界客客體進(jìn)行行瀏覽和和交互考考察。①.逼真真的感覺覺視覺，聽聽覺，觸觸覺，嗅嗅覺等等②.自然然的交互互運(yùn)動(dòng)，姿姿勢(shì)，語語言，身身體跟蹤蹤等③.個(gè)人人的視點(diǎn)點(diǎn)用戶的眼眼、耳、、身所所感到的的感覺信信息④.迅速速的響應(yīng)應(yīng)感覺信息息根據(jù)視視點(diǎn)變化化和用戶戶輸入及及時(shí)更更新虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與系統(tǒng)統(tǒng)仿真的的基本概概念13虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與系統(tǒng)統(tǒng)仿真的的基本概概念虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)是一項(xiàng)項(xiàng)綜合技技術(shù)涉及：計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)、、人機(jī)接接口技術(shù)術(shù)、圖像像處理與與模式識(shí)識(shí)別、多多傳感器器技術(shù)、、語音處處理與音音響技術(shù)術(shù)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)、、并行處處理技術(shù)術(shù)、高性性能計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)、人工工智能技技術(shù)...核心：2M(MPP,MultiMedia),2O(OpenSystem,Object-oriented)需要：計(jì)計(jì)算機(jī)專專家、人人類工程程學(xué)(Ergonomics)專家家、心理理學(xué)專家家等共同同開發(fā)研研究。兩個(gè)方面面：第一是計(jì)計(jì)算機(jī)生生成的虛虛擬環(huán)境境必須是能給給人提供供多種感感覺的感感官刺激激的環(huán)境，，能讓人人有“沉沉浸”的的感覺，，現(xiàn)在的技術(shù)術(shù)水平，，虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)通常常由視覺覺、聽覺和觸觸覺構(gòu)成成。其二是虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)是是一種高高級(jí)的人機(jī)交交互系統(tǒng)統(tǒng)，因此此人機(jī)交交互是虛虛擬現(xiàn)實(shí)的的核心。。14虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的基本本特征1、沉浸浸性(Immersion):又稱臨場(chǎng)場(chǎng)感，讓讓用戶感感到作為為主角存存在于模模擬環(huán)境境中的真真實(shí)程度度，沉浸浸被通俗俗地解釋釋為“身身臨其境境”。虛擬技術(shù)三三角形視覺沉浸：：顯示象素素足夠小、、刷新頻率率足夠高、、具有雙目目視差、足足夠大的視視場(chǎng)等；聽覺沉浸：：三維聲音音；觸覺沉浸：：力反饋方方面；嗅覺沉浸身體感覺沉沉浸、味覺覺沉浸等15虛擬現(xiàn)實(shí)的的基本特征征(2)交互互性(Interaction):交互性指用用戶對(duì)模擬擬環(huán)境內(nèi)物物體的可操操作程度和和從環(huán)境得得到反饋的的自然程度度（包括實(shí)實(shí)時(shí)性）。。(3)構(gòu)想想性(Imagination):用戶沉浸在在多維信息息空間中，，依靠自己己感知和認(rèn)認(rèn)知能力全全方位地獲獲取知識(shí)，，發(fā)揮主觀觀能動(dòng)性，，尋求解答答，形成新新概念。虛擬技術(shù)三三角形特點(diǎn)：虛擬環(huán)境中中人的參與與與反饋；；人機(jī)交互的的有效性人機(jī)交互的的實(shí)時(shí)性16虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的發(fā)展展1965年，Sutherland在篇名為《《終極的顯顯示》（TheUltimateDisplay）的論文中首首次提出了了包括具有有交互圖形形顯示、力力反饋設(shè)備備以及聲音音提示的虛擬擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的基本思思想，從此此，人們正正式開始了了對(duì)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研研究探索歷歷程。1970年，出現(xiàn)了第第一個(gè)功能能較齊全的的HMD系統(tǒng)?；谟趶?0年代以來所取得的的一系列成成就，美國國的JaronLanier在80年代初正式式提出了“VirtualReality”一詞。80年代，美國宇航航局（NASA）及美國國國防部組織織了一系列列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的研究究，并取得得了令人矚矚目的研究究成果，從從而引起了了人們對(duì)虛擬擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)的廣泛關(guān)關(guān)注。1984年，NASAAmes研究中心虛虛擬行星探測(cè)測(cè)實(shí)驗(yàn)室組組織開發(fā)了了用于火星星探測(cè)的虛虛擬環(huán)境視視覺顯示器器，將火星探測(cè)測(cè)器發(fā)回的的數(shù)據(jù)輸入入計(jì)算機(jī)，，為地面研研究人員構(gòu)構(gòu)造了火星星表面面的的三三維維虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境。。17虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展90年代代，迅迅速速發(fā)發(fā)展展的的計(jì)計(jì)算算

例如1993年的11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)成功地完成了從航天飛機(jī)的運(yùn)輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作，而用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)波音777獲得成功，是近年來引起科技界矚目的又一件工作。

18虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展1994年年，美美國國SGI公公司司和和比比利利時(shí)時(shí)的的BARCO投投影影機(jī)機(jī)制制造造公公司司，，在在英英國國建建設(shè)設(shè)了了世世界界上上第第一一個(gè)個(gè)虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)。。Texaco公公司司就就把把虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)技技術(shù)術(shù)引引進(jìn)進(jìn)了了石石油油工工業(yè)業(yè)，，在在美美國國休休斯斯敦敦建建成成了了世世界界上上第第一一個(gè)個(gè)油油氣氣工工業(yè)業(yè)專專用用的的虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)中中心心。。隨隨后后，，世世界界各各地地的的虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)紛紛紛紛出出籠籠。。到2002年年底底，全全球球的的虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)系系統(tǒng)統(tǒng)已已達(dá)達(dá)500多多個(gè)個(gè)。。除除石石油油工工業(yè)業(yè)外外，，在在計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)輔輔助助制制造造、、游游戲戲娛娛樂樂業(yè)業(yè)、、航航空空航航天天、、生生物物技技術(shù)術(shù)、、軍軍事事、、培培訓(xùn)訓(xùn)等等眾眾多多領(lǐng)領(lǐng)域域均均有有廣廣泛泛的的應(yīng)應(yīng)用用。。19虛擬現(xiàn)實(shí)分類類按照系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)方方式的不同，可以以分為三種類類型：沉浸型虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供供完全沉浸的的體驗(yàn)。它利用頭盔式式顯示器或其其它設(shè)備，把把參與者的視覺、聽覺和和其它感覺封封閉起來，并并提供一個(gè)新的、虛擬的的感覺空間，，并利用位置置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其其它手控輸入入設(shè)備、聲音音等使得參與者產(chǎn)生一種種身臨其境、、全心投入和和沉浸其中的感覺。例如如，在消防仿仿真演習(xí)系統(tǒng)統(tǒng)中，消防員會(huì)沉浸于極極度真實(shí)的火火災(zāi)場(chǎng)景并做做出不同反應(yīng)。這種系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是用用戶可完全沉沉浸到虛擬世界中去，缺缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)設(shè)備尤其是硬硬件價(jià)格相對(duì)較高，難以以大規(guī)則普及及推廣。（1）沉浸型型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)（“可穿戴的””VR系統(tǒng)）20虛擬現(xiàn)實(shí)分類類（2）簡(jiǎn)易型型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)（桌面VR系統(tǒng)統(tǒng)）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)利用個(gè)人計(jì)計(jì)算機(jī)和低級(jí)級(jí)工作站進(jìn)行行仿真，將計(jì)計(jì)算機(jī)的屏幕幕作為用戶觀觀察虛擬境界界的一個(gè)窗口口。通過各種種輸入設(shè)備實(shí)實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的充充分交互，這這些外部設(shè)備備包括立體眼眼鏡、3D控控制器使監(jiān)視視器或者鼠標(biāo)標(biāo)，追蹤球，，力矩球等。。它要求參與與者使用輸入入設(shè)備，通過過計(jì)算機(jī)屏幕幕觀察360度范圍內(nèi)的的虛擬境界，，并操縱其中中的物體，但但這時(shí)參與者者缺少完全的的沉浸，因?yàn)闉樗匀粫?huì)受受到周圍現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境的干擾擾。桌面虛擬擬現(xiàn)實(shí)最大特特點(diǎn)是缺乏真真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體體驗(yàn)，但這種種系統(tǒng)的特點(diǎn)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、價(jià)格低廉廉，組成靈活活，易于普及及推廣，是一一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用用的系統(tǒng)。21虛擬現(xiàn)實(shí)分類類（3）共享型型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)，又稱為為分布式虛擬環(huán)境）洽談?dòng)懻撛O(shè)計(jì)是一種基于網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接的虛虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)，它是多個(gè)用戶戶通過計(jì)算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在在一起，同時(shí)參加一個(gè)個(gè)虛擬空間，，共同體驗(yàn)虛虛擬經(jīng)歷，把虛擬現(xiàn)實(shí)則則提升到了一一個(gè)更高的境境界，這就是分布式虛虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)。在分布式式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多多個(gè)用戶可通通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)同同一虛擬世界進(jìn)行觀察察和操作，以以達(dá)到協(xié)同工工作的目的。例如，異異地的醫(yī)科學(xué)學(xué)生，可以通通過網(wǎng)絡(luò)，對(duì)虛擬手術(shù)室室中的病人進(jìn)進(jìn)行外科手術(shù)術(shù)。又如風(fēng)靡因特網(wǎng)的的網(wǎng)絡(luò)游戲，，其實(shí)就是共共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的的有力表現(xiàn)。。眾多玩家可可以在同一個(gè)虛擬環(huán)境境中交互式的的進(jìn)行交流、、打斗、組織甚至生存存，讓虛擬的的情節(jié)持續(xù)發(fā)發(fā)展。22虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的主要技術(shù)術(shù)構(gòu)成COMPUTER計(jì)算機(jī)SOFTWARESYSTEM應(yīng)用軟件系統(tǒng)DATABASE數(shù)據(jù)庫USER用戶I/ODEVICES輸入輸出設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬世界的生生成、人與虛虛擬世界的自自然交互識(shí)別用戶各種種形式的輸入入，并實(shí)時(shí)生生成相應(yīng)的反反饋信息模型的建立、、虛擬聲音的的生成、管理理、顯示、數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立立管理整個(gè)虛擬世界界中所有物體體的各方面信信息23虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的主要技術(shù)術(shù)構(gòu)成VR引擎輸入/輸出設(shè)設(shè)備軟件和數(shù)據(jù)庫用戶任務(wù)VR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)VR系統(tǒng)的五五個(gè)典型組成成部分24虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的主要技術(shù)術(shù)構(gòu)成實(shí)時(shí)三維圖形形生成技術(shù)、、多傳感交互互技術(shù)、高分分辨率顯示技技術(shù).(1)動(dòng)態(tài)態(tài)環(huán)境境建模模動(dòng)態(tài)環(huán)環(huán)境建建模技技術(shù)的的目的的就是是獲取取實(shí)際際環(huán)境境的三三維數(shù)數(shù)據(jù)，，并根根據(jù)應(yīng)應(yīng)用的的需要要建立立相應(yīng)應(yīng)的虛擬擬環(huán)境境模型型。(2)實(shí)時(shí)時(shí)三維維圖形形生成成技術(shù)術(shù)三維圖圖形的的生成成技術(shù)術(shù)已經(jīng)經(jīng)較為為成熟熟，為為了達(dá)達(dá)到實(shí)實(shí)時(shí)的的目的的，至至少要要保證證圖形形的刷刷新頻頻率不低低于15幀幀/秒秒，最最好高高于30幀幀/秒秒。提提高刷刷新頻頻率是是該技技術(shù)的的主要要內(nèi)容容。(3)立體體顯示示和傳傳感器器技術(shù)術(shù)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的的交互互能力力依賴賴于立立體顯顯示和和傳感感器技技術(shù)的的發(fā)展展，設(shè)設(shè)備過過重、、分辨辨率低低、延遲大大、有有線、、跟蹤蹤精度度低、、視場(chǎng)場(chǎng)不夠夠?qū)?、、眼睛睛容易易疲勞勞等，，因此此有必必要開開發(fā)新新的三維維顯顯示示技技術(shù)術(shù)。。(4)應(yīng)應(yīng)用用系系統(tǒng)統(tǒng)開開發(fā)發(fā)工工具具虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)應(yīng)應(yīng)用用的的關(guān)關(guān)鍵鍵是是尋尋找找合合適適的的場(chǎng)場(chǎng)合合和和對(duì)對(duì)象象，，即即如如何何發(fā)發(fā)揮揮想想像像力力和和創(chuàng)創(chuàng)造造性性。。選選擇擇適適當(dāng)?shù)牡膽?yīng)應(yīng)用用對(duì)對(duì)象象可可以以大大幅幅度度提提高高生生產(chǎn)產(chǎn)效效率率，，減減輕輕勞勞動(dòng)動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度度，，提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量。。(5)系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成技技術(shù)術(shù)由于于VR系系統(tǒng)統(tǒng)中中包包括括大大量量的的感感知知信信息息和和模模型型，，因因此此系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成技技術(shù)術(shù)起起著著至至關(guān)關(guān)重重要要的的作作用用。。集成成技技術(shù)術(shù)包包括括信信息息的的同同步步技技術(shù)術(shù)、、模模型型的的標(biāo)標(biāo)定定技技術(shù)術(shù)、、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換技技術(shù)術(shù)、、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)管管理理模模型型、、識(shí)識(shí)別別與合合成成技技術(shù)術(shù)等等等等。。25（1））虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)生生成成設(shè)設(shè)備備：：是一臺(tái)或或多臺(tái)高高性能計(jì)計(jì)算機(jī)，，是帶有有圖形加加速器和和多條圖形形輸出流流水線的的高性能能圖形計(jì)計(jì)算機(jī)。。（2）感知設(shè)備備：感知設(shè)備備是指將將虛擬世世界各類類感知模模型轉(zhuǎn)變變?yōu)槿四苣芙邮艿亩喽嗤ǖ来檀碳ば盘?hào)號(hào)的設(shè)備備。然而而，相對(duì)對(duì)成熟的的感知信息和生生產(chǎn)和檢檢測(cè)技術(shù)術(shù)僅有視視覺、聽聽覺和力力覺三種種通道。。（3）跟蹤設(shè)備備：跟蹤設(shè)備備用于跟跟蹤并檢檢測(cè)位置置和方位位，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中中人機(jī)交交互操作作。（4）基于自然然方式的的人機(jī)交交互設(shè)備備：應(yīng)用手勢(shì)勢(shì)、體勢(shì)勢(shì)、眼神神以及自自然語言言的人機(jī)機(jī)交互設(shè)設(shè)備，常見的有有數(shù)據(jù)手手套、數(shù)數(shù)據(jù)衣服服、眼球球跟蹤器器及語音音綜合識(shí)識(shí)別裝置。。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)的的主要技技術(shù)構(gòu)成成（硬件件構(gòu)成））26虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)硬硬件配置置示意圖圖：虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)的的主要技技術(shù)構(gòu)成成27幾種常用用的虛擬擬現(xiàn)實(shí)設(shè)設(shè)備：高性能圖圖形計(jì)算算機(jī)環(huán)形屏幕幕頭盔眼鏡三維顯示示器三維鼠標(biāo)標(biāo)手套虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)的的主要技技術(shù)構(gòu)成成28虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)的的主要技技術(shù)構(gòu)成成虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)建模技技術(shù)（建模方方式）基于圖像的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)：反映的景景觀真實(shí)實(shí)感強(qiáng)，，但不易易于控制制，需要要大量?jī)?nèi)內(nèi)存；基于圖形(矢量建模模或幾何建模模)的虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)：需要大量量的計(jì)算算機(jī)矢量量建模過過程，對(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)的的速度性性能有很很高的要要求，真真實(shí)感不不強(qiáng)，但但其容易易控制，，方便實(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)機(jī)交互。。全景圖生生成技術(shù)術(shù)是基于于圖像的的方法的的關(guān)鍵技技術(shù)。球面全景圖：：允許用戶戶對(duì)場(chǎng)景景進(jìn)行經(jīng)經(jīng)緯360o全方位的的環(huán)繞瀏瀏覽。全景圖柱面全景圖：：允許用戶戶對(duì)場(chǎng)景景進(jìn)行水水平空間間360o環(huán)繞瀏覽覽。29虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)的的主要技技術(shù)構(gòu)成成全景圖生成方方法涉及基于圖像無縫縫連接技術(shù)和紋理映射技術(shù)術(shù),其原始資料料是利用照相相機(jī)的平移或或旋轉(zhuǎn)得到的的部分重疊的的序列圖像樣樣本。紋理映映射技術(shù)用于于形成封閉的的紋理映射空空間,如柱面面紋理映射空空間和球面紋紋理映射空間間。用戶可以以在柱面全景景空間中進(jìn)行行水平360o范圍內(nèi)任意視視線切換,在在球面全景空空間中進(jìn)行經(jīng)經(jīng)緯360o范圍內(nèi)任意視視線切換。近年來研究的的熱點(diǎn)是直接接用圖像來實(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境境的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)態(tài)顯示。與之之相關(guān)的技術(shù)術(shù)有圖像鑲嵌(Mosaic)技術(shù)、圖像插插值及視圖變變換技術(shù)、圖圖像拼合、圖圖像變形、圖圖像合成與裁裁減等。30虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的主要技術(shù)術(shù)構(gòu)成基于建模的方方法是以幾何何實(shí)體建立虛虛擬環(huán)境。幾幾何實(shí)體可采采用計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)技術(shù)繪繪制,也可用用建模工具如如AutoCAD、3DStudio等建立立模型,然后后以統(tǒng)一數(shù)據(jù)據(jù)格式輸出,進(jìn)行實(shí)時(shí)渲渲染。基于建模的方方法主要涉及及以下關(guān)鍵技技術(shù)：三維實(shí)體建模模技術(shù)——?jiǎng)觿?dòng)態(tài)建模。渲染的實(shí)時(shí)性性與真實(shí)感技技術(shù)——實(shí)時(shí)時(shí)渲染是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬環(huán)境真真實(shí)感的關(guān)鍵鍵技術(shù)之一。。碰撞檢測(cè)、干干涉校驗(yàn)及關(guān)關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)。物理屬性————物理屬性性包括實(shí)體表表面光滑程度度、光學(xué)效果果、軟硬程度度、密度、力力學(xué)特性等。。31虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域：（1）用于遙遙控機(jī)器人的的遙現(xiàn)技術(shù)：：遙現(xiàn)技術(shù)是指指當(dāng)實(shí)際上在在某一個(gè)地方方時(shí)，可以產(chǎn)產(chǎn)生在另一個(gè)個(gè)地方的感覺覺。例如，在宇宙宙空間站的開開發(fā)計(jì)劃中，，受各種因素素的制約，機(jī)機(jī)器人的遙控控遙現(xiàn)技術(shù)起了至關(guān)關(guān)重要的作用用。（2）仿真技技術(shù)計(jì)算機(jī)生成的的具有沉浸感感的環(huán)境，它它對(duì)參與者生生成諸如視覺覺、聽覺、觸觸覺、味覺等各種感感官信息，給給參與者一種種身臨其境的的感覺。例如如：飛行仿真真系統(tǒng)、與虛擬生物對(duì)對(duì)話、作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)統(tǒng)等。（3）對(duì)象可可視化技術(shù)：：在科學(xué)研究中中對(duì)研究數(shù)據(jù)據(jù)生成可視化化效果以便觀觀察和研究。。例如：虛擬擬風(fēng)洞。（4）虛擬實(shí)實(shí)驗(yàn)室：在研究工作和和學(xué)習(xí)過程中中，總會(huì)有許許多實(shí)驗(yàn)需反反復(fù)進(jìn)行，以以期得到不同同條件下的不同結(jié)果果，虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室能提供這這樣一個(gè)平臺(tái)臺(tái)。例如：虛虛擬物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室。（5）虛擬電電力控制室：：使用虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)研制輔輔助設(shè)計(jì)控制制室的系統(tǒng)。。使用該系統(tǒng)統(tǒng)可以自由地地改變控制室內(nèi)的配配置等室內(nèi)外外環(huán)境，以便便從不同方向向觀察研究控控制室情況。。32（6）分布式式虛擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)：分布式虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（DVR）即是是一個(gè)較為典典型的實(shí)例。。所謂DVR是指一個(gè)支支持多人實(shí)時(shí)通通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行行交互的軟件件系統(tǒng)，每個(gè)個(gè)用戶在一個(gè)個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境中，通過計(jì)算機(jī)與與其它用戶進(jìn)進(jìn)行交互，并并共享信息。。（7）擴(kuò)增實(shí)實(shí)境：擴(kuò)增實(shí)境是虛虛擬現(xiàn)實(shí)最具具實(shí)用價(jià)值的的應(yīng)用之一。。它在真實(shí)環(huán)環(huán)境的基礎(chǔ)上上把虛擬環(huán)境疊加進(jìn)去，，使二者有機(jī)機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生生虛實(shí)難辯、、亦幻亦真的的感覺。例如如：當(dāng)人進(jìn)入到一商店購購某物時(shí)，即即可在顯示設(shè)設(shè)備上顯示此此物的價(jià)格、、性能及各種種參數(shù)等。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域：33虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的具體應(yīng)應(yīng)用虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)訓(xùn)基地虛擬仿真校園虛擬遠(yuǎn)程教育34虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事領(lǐng)域的具體應(yīng)應(yīng)用虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境單兵模擬訓(xùn)練與評(píng)評(píng)判諸軍種聯(lián)合虛擬演習(xí)習(xí)進(jìn)行指揮員訓(xùn)練35虛擬現(xiàn)實(shí)在礦業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)應(yīng)用模擬礦井開采礦業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)礦井設(shè)備的虛虛擬設(shè)計(jì)和制造事故模擬與調(diào)查分析36虛擬現(xiàn)實(shí)在商業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)應(yīng)用物品外觀展示物品特性展示物品的功能參數(shù)物品的價(jià)格37虛擬現(xiàn)實(shí)在房地產(chǎn)領(lǐng)域的具體應(yīng)應(yīng)用最直觀的交流方式最快捷的審批平臺(tái)最方便的設(shè)計(jì)工具最先進(jìn)的營銷手段38幾個(gè)已實(shí)現(xiàn)的的例子：1、日本松下公公司用來招攬攬買主的“廚廚房世界”2、杭州大學(xué)學(xué)開發(fā)的虛擬擬故官游玩系系統(tǒng)3、美國佐治治亞理工學(xué)院院開發(fā)出虛擬擬動(dòng)物園的大大猩猩系統(tǒng)4、日本的一一家公司設(shè)計(jì)計(jì)制造出一個(gè)個(gè)虛擬世界中中的歌手5、賓夕法尼尼亞大學(xué)研究究制成虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)人杰克39國外虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)的研究究現(xiàn)狀（1）美國宇航局（NASA））的Ames實(shí)實(shí)驗(yàn)室完善了了HMD，并并將VPL的的數(shù)據(jù)手套工工程化，使其成成為可用性較較高的產(chǎn)品。。NASA研研究的重點(diǎn)放放在對(duì)空間站站操縱的實(shí)時(shí)時(shí)仿真上，NASA完成的的一項(xiàng)著名的的工作是對(duì)哈哈勃太空望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡的仿真。?，F(xiàn)在正致力力于一個(gè)叫“虛虛擬行星探索索（VPE））”的試驗(yàn)計(jì)計(jì)劃。（2）北卡羅來納大大學(xué)（UNC）的計(jì)算機(jī)系是是進(jìn)行VR研研究最早最著著名的大學(xué)。。他們主要研究究：分子建模模、航空駕駛駛、外科手術(shù)術(shù)仿真、建筑筑仿真等。（3）Linda大大學(xué)醫(yī)學(xué)中心心是一所經(jīng)常從從事高難度或或者有爭(zhēng)議課課題的醫(yī)學(xué)研研究單位。他們以數(shù)據(jù)據(jù)手套為工工具，將手手的運(yùn)動(dòng)實(shí)實(shí)時(shí)地在計(jì)計(jì)算機(jī)上用用圖形表示示出來；他他們還首創(chuàng)了VR兒科治療療法。（4）麻省理工大大學(xué)（MIT）是一個(gè)一直直走在最新新技術(shù)前沿沿的科學(xué)研研究機(jī)構(gòu)。。MIT建立了一個(gè)個(gè)名叫BOLIO的測(cè)試環(huán)境境，用于進(jìn)進(jìn)行不同圖圖形仿真技技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)。利用這一環(huán)境境，MIT建立了一個(gè)個(gè)虛擬環(huán)境境下的對(duì)象象運(yùn)動(dòng)跟蹤蹤系統(tǒng)。（5）SRI研究究中心建立了“視視覺感知計(jì)計(jì)劃”，研研究現(xiàn)有VR技術(shù)的的進(jìn)一步發(fā)發(fā)展。1991年后后，SRI進(jìn)行了利利用VR技技術(shù)對(duì)軍用用飛機(jī)或車車輛駕駛的的訓(xùn)練研究究。另外，，SRI還利利用遙控技技術(shù)進(jìn)行外外科手術(shù)仿仿真的研究究。40（6）華盛頓大學(xué)學(xué)華盛頓技術(shù)術(shù)中心的人人機(jī)界面技技術(shù)實(shí)驗(yàn)室室（HITLab）在新概概念的研究中起起著領(lǐng)先作作用，同時(shí)時(shí)也在進(jìn)行行感覺、知知覺、認(rèn)知知和運(yùn)動(dòng)控控制能力的的研究。HIT現(xiàn)已將VR研究引引入了教育育、設(shè)計(jì)、、娛樂和制制造領(lǐng)域。。（7）DaveSims等人研制出虛擬擬現(xiàn)實(shí)撤退退模型來觀觀看系統(tǒng)如如何運(yùn)作。。當(dāng)前，這一模型已已在維加斯斯的虛擬購購物商場(chǎng)中中得以運(yùn)用用。（8）SOFTIMAGE公司的專家們提提出了滲透透將有助于于擴(kuò)大虛擬擬現(xiàn)實(shí)的美美學(xué)感，這是VR未未來的一個(gè)個(gè)發(fā)展方向向。（9）伊利諾斯州州立大學(xué)研制出在車車輛設(shè)計(jì)中中，支持遠(yuǎn)遠(yuǎn)程協(xié)作的的分布式VR系統(tǒng)。。不同國家、、不同地區(qū)區(qū)的工程師師們可以通通過計(jì)算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)時(shí)協(xié)作進(jìn)行行設(shè)計(jì)。在在系統(tǒng)中采用了了虛擬原型型，從而減減少了設(shè)計(jì)計(jì)圖象和新新產(chǎn)品進(jìn)入入市場(chǎng)的時(shí)時(shí)間，而且且可以在新產(chǎn)品品生產(chǎn)之前前就能對(duì)其其進(jìn)行估算算和測(cè)試，，這樣就大大大地提高高了產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量。（10）喬治梅森大大學(xué)研制出一套套在動(dòng)態(tài)虛虛擬環(huán)境中中的流體實(shí)實(shí)時(shí)仿真系系統(tǒng)，在一一個(gè)分布交互互式仿真系系統(tǒng)中仿真真真實(shí)世界界復(fù)雜流體體的物理特特性。國外虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的的研究現(xiàn)狀狀41國內(nèi)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的的研究現(xiàn)狀狀（1）北京航空航航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是是國內(nèi)最早早進(jìn)行VR研究、最最有權(quán)威的的單位之一一，他們?cè)谔摂M擬現(xiàn)實(shí)中的的視覺接口口方面開發(fā)發(fā)出了部分分硬件，并并提出了有有關(guān)算法及及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了分布式式虛擬環(huán)境境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)計(jì)，建立了了網(wǎng)上虛擬擬現(xiàn)實(shí)研究究論壇。（2）浙江大學(xué)CAD&CG國家重重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室室開發(fā)出了一一套桌面型型虛擬建筑筑環(huán)境實(shí)時(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。。另外，他他們還研制制出了在虛虛擬環(huán)境中中一種新的的快速漫游游算法和一一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快快速生成算算法。（3）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)計(jì)算算機(jī)系已經(jīng)成功地地虛擬出了了人的高級(jí)級(jí)行為中特特定人臉圖圖象的的合合成成，，表表情情的的合合成成和和唇唇動(dòng)動(dòng)的的合合成成等等技技術(shù)術(shù)問問題題，，并并正正在在研研究究人人說說話話的的頭頭勢(shì)勢(shì)和和手手勢(shì)動(dòng)動(dòng)作作，，語語音音和和語語調(diào)調(diào)的的同同步步等等。。（4））清華華大大學(xué)學(xué)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)科科學(xué)學(xué)和和技技術(shù)術(shù)系系對(duì)虛虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)和和臨臨場(chǎng)場(chǎng)感感的的方方面面進(jìn)進(jìn)行行了了研研究究。。他們們還還針針對(duì)對(duì)室室內(nèi)內(nèi)環(huán)環(huán)境境水水平平特特征征豐豐富富的特特點(diǎn)點(diǎn)，，提提出出借借助助圖圖象象變變換換，，使使立立體視視覺覺圖圖象象中中對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)水水平平特特征征