虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電子詳解演示文稿第一頁，共12頁。（優(yōu)選）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電子第二頁，共12頁。（3）自然技能

是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢或其他人體行為動作，由計算機(jī)來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入(手勢、口頭命令等)作出實時響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官，使用戶有身臨其境的感覺，并成為該模擬環(huán)境中的一內(nèi)部參與者，還可以和在該環(huán)境中的其他參與者打交道。

（4）傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。常用的有立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣等穿戴于用戶身上的裝置和設(shè)置于現(xiàn)實環(huán)境中的傳感裝置，如攝像機(jī)、地板壓力傳感器等。

VR并不是真實的世界，也不是現(xiàn)實，而是一種可交替更迭的環(huán)境。從技術(shù)上看，VR與各相關(guān)技術(shù)有著或多或少的相似之處(計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能等)，但在思想方法上，VR已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。VR是一門系統(tǒng)性技術(shù)，它需要將所有組成部分作為一個整體去追求系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)。脫離不同的應(yīng)用背景看，VR技術(shù)是把抽象、復(fù)雜的計算機(jī)數(shù)據(jù)空間表示為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術(shù)實質(zhì)在于提供了一種高級的人與計算機(jī)交互的接口。上一頁

下一頁第三頁，共12頁。（二）虛擬現(xiàn)實的特征

從本質(zhì)上來說，虛擬現(xiàn)實就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，最大限度地方便用戶操作。該技術(shù)的主要特征有以下幾方面：

1、多感知性(Multi-Sensation)

是指不僅包括視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動感知，而且還應(yīng)該包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。

2、沉浸感(Immension)

又稱存在感，是指操作者存在于虛擬環(huán)境中的真實程度，理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該達(dá)到使操作者感覺和真實環(huán)境一樣的程度。

3、交互性(Interaction)

有兩個方面：一是指操作者對虛擬環(huán)境中物體的可操作程度；另一個是指操作者從虛擬環(huán)境中得到實時反饋的自然程度。

4、自主性(Autonomy)

是指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運(yùn)動定律動作的程度。

5、思想性（或構(gòu)想性，Imagination）可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(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。上一頁

下一頁第四頁，共12頁。（三）基本硬件

1、圖像生成器圖像生成是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中最耗費時間的一項任務(wù)。

2、3D鼠標(biāo)與虛擬世界交互的關(guān)鍵之一是跟蹤真實物體的位置。

3、數(shù)據(jù)手套(DataGlove)

這種手套的手指裝有傳感器，整個手套裝有位置/方向跟蹤器。

4、頭盔是和虛擬現(xiàn)實聯(lián)系極其密切的一種硬件裝置，看起來象頭盔或風(fēng)鏡。頭盔在使用者眼睛的前面裝有小型視頻顯示器，利用特殊的光學(xué)系統(tǒng)聚焦和拓展使用者視野。

5、聲音發(fā)生器：虛擬境界中要求的聲音系統(tǒng)為三維聲音，即真實境界中的聽覺方式。上一頁

下一頁第五頁，共12頁。（四）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、效果產(chǎn)生器、應(yīng)用系統(tǒng)和幾何造型系統(tǒng)等。

1、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器虛擬環(huán)境產(chǎn)生器是VR系統(tǒng)的核心部件，它由計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，軟件開發(fā)工具及配套硬件組成。它實質(zhì)是一個包括數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)生立體圖像的高性能計算機(jī)系統(tǒng)，其主要功能有：對虛擬環(huán)境中物體對象及其運(yùn)動、行為、碰撞作用等特性進(jìn)行描述；生成左、右眼視圖合成三維立體圖像；為聲音系統(tǒng)實時地提供參與者頭部的位置和方向信號；處理輸入、輸出數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)融合在虛擬環(huán)境中。

2、效果產(chǎn)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括能產(chǎn)生沉浸感的各類輸出裝置，例如頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)等。

3、應(yīng)用系統(tǒng)是面向具體問題的軟件部分，描述仿真的具體內(nèi)容，包括仿真的動態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)以及仿真對象之間和仿真對象與用戶之間的交互關(guān)系，它的內(nèi)容直接取決于VR系統(tǒng)的應(yīng)用目的。上一頁

下一頁第六頁，共12頁。（五）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展

1、概念的提出

1965年，Sutherland在篇名為<<終極的顯示>>的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想。

1966年，美國MIT的林肯實驗室正式開始了頭盔式顯示器的研制工作。樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個系統(tǒng)中。

1970年，出現(xiàn)了第一個功能較齊全的系統(tǒng)。在80年代初，美國正式提出了“VirtualReality”一詞。

2、80年代和90年代實際進(jìn)展

1984年，NASAAmes研究中心虛擬行星探測實驗室組織開發(fā)了用于火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器，將火星探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬環(huán)境。

90年代，迅速發(fā)展的計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實時動畫制作成為可能。例如1993年的11月，宇航員利用虛擬現(xiàn)實系統(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，波音777涉及獲得成功，等等。上一頁

下一頁第七頁，共12頁。3、未來發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。它的研究內(nèi)容涉及到人工智能、計算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計算機(jī)圖形學(xué)、智能控制、心理學(xué)等，應(yīng)用前景很廣闊，但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所取得的成就，絕大部分還僅僅限于擴(kuò)展了計算機(jī)的接口能力，僅僅是剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)與計算機(jī)的結(jié)合作用問題，還根本未涉及“人在實踐中得到的感覺信息是怎樣在人的大腦中存儲和加工處理成為人對客觀世界的認(rèn)識”這一重要過程。只有當(dāng)真正開始涉及并找到對這些問題的技術(shù)實現(xiàn)途徑時，人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底的克服了。（六）虛擬現(xiàn)實建模語言

VRML（VirtualRealityModelingLanguage）是“虛擬現(xiàn)實建模語言”的首字母縮寫，是一種用于描述三維造型與交互環(huán)境的簡單的文本語言。上一頁下一頁第八頁，共12頁。（七）虛擬現(xiàn)實在Internet上的應(yīng)用

1、遠(yuǎn)程醫(yī)療

2、商業(yè)應(yīng)用

3、娛樂

4、其他應(yīng)用（1）軍事（2）文物展示、復(fù)員和保護(hù)（3）過程應(yīng)用上一頁

返回第九頁，共12頁。二、虛擬現(xiàn)實涉及的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、語音輸入輸出技術(shù)等。

1、實時三維計算機(jī)圖形技術(shù)利用計算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不太難。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時間，就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實時。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當(dāng)重要，同時對圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當(dāng)困難。

2、廣角（寬視野）的立體顯示

用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的視差就產(chǎn)生了立體感。用戶（頭、眼）的跟蹤：看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。跟蹤頭部運(yùn)動的虛擬現(xiàn)實頭套：利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來。用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識環(huán)境，而且可以通過頭部的運(yùn)動去觀察環(huán)境。返回下一頁第十頁，共12頁。

3、立體聲

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達(dá)兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感?，F(xiàn)實生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動無關(guān)。

4、觸覺與力覺反饋在一個VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)