1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用,河南師范大學教育技術(shù)系 高義棟,開發(fā)工具與開發(fā)流程,虛擬現(xiàn)實技術(shù),概念與特征,需求與應(yīng)用,系統(tǒng)組成,本節(jié)大綱,一、什么是虛擬現(xiàn)實？,“虛擬現(xiàn)實”（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，是指利用計算機和高速多媒體系統(tǒng)產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供給用戶視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，使用戶有身臨其境的感覺，用戶可以從自己的視點出發(fā)實時觀察虛擬空間的事物，并與之發(fā)生交互。 國內(nèi)也有人譯為“靈境”、“幻真”等，國外同類的術(shù)語還有“虛擬環(huán)境”、“人工現(xiàn)實”及“電腦空間”等。,虛擬現(xiàn)實的技術(shù)支撐,虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合了計算機圖形學、圖像處理與模式識別、智能技

2、術(shù)、傳感技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門科學，將計算機處理的數(shù)化信息變?yōu)槿藗兯芨惺艿木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息，并通過視、聽、觸覺等感官作用于參與者，使其產(chǎn)生一種與現(xiàn)實一樣的感覺。 它是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新的方式，與傳統(tǒng)的人機界面及流行的視窗操作相比，在技術(shù)和思想上都有了質(zhì)的飛躍。,虛擬現(xiàn)實有哪些類型？,提供完全沉浸的體驗，用戶被虛擬環(huán)境所包圍，有一種完全置身其中的感覺。,二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用,危險環(huán)境中作業(yè),科學研究的可視化,醫(yī)療實驗與教學,可以使用VR技術(shù)在有放射、有毒的危險環(huán)境中，或者在宇宙空間進行監(jiān)控和遙控作業(yè)，處理危險的材料，而不會有任何

3、危險。,給研究者的計算過程提供及時的圖形化的反饋，可以讓他們觀察到方案的整個過程；比如，在美國國家航空和宇航局，地質(zhì)學家應(yīng)用VR技術(shù)遠程分析火星表面的質(zhì)地構(gòu)造。,直至目前，醫(yī)學研究和教學還主要依賴實體解剖和塑料模型，由計算機生產(chǎn)的3D人體模型是進行醫(yī)學研究和教學的新的方法。,比如，谷歌公司在近期推出了人體瀏覽器，可以全方位地觀察人體皮膚、肌肉、骨骼直至內(nèi)臟和神經(jīng)。在谷歌Chrome瀏覽器里輸入,二、虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用-教育應(yīng)用,教育與培訓方面的應(yīng)用：最普遍的實例是戰(zhàn)爭模擬，可以凸顯出訓練環(huán)境的優(yōu)勢，還可以進行現(xiàn)實中無法開展的危險戰(zhàn)爭的模擬。此種模擬訓練比真實的訓練更安全，代價更低。 VR在教育中的

4、應(yīng)用，依據(jù)教育環(huán)境不同，劃分為：虛擬校園、虛擬教室、虛擬實驗室、虛擬圖書館,擴展閱讀： 虛擬現(xiàn)實教育應(yīng)用探析 桌面式虛擬現(xiàn)實教學課件的快速制作 交互性虛擬教室的設(shè)計與實現(xiàn) 基于3dmax和VRP-Builder平臺的數(shù)字校園虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),教育培訓中的應(yīng)用,用于汽車組裝培訓的增強型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用虛擬技能實訓,虛擬技能培訓包括： 虛擬軍事作戰(zhàn)技能； 虛擬醫(yī)療操作技能； 虛擬體育競賽技能； 虛擬導(dǎo)游實訓技能； 仿真數(shù)控機床操作技能； 虛擬飛行駕駛培訓； 虛擬汽車駕駛技能； 果樹虛擬栽培技能； 電器仿真維修技能等。 成功應(yīng)用： 虛擬飛機駕駛訓練系統(tǒng)：學員可以反復(fù)

5、操作控制設(shè)備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復(fù)訓練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。,二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用行業(yè)應(yīng)用實例,VR主題網(wǎng)站 虛擬現(xiàn)實軟件官方網(wǎng)站 Q 虛擬現(xiàn)實制作公司網(wǎng)站 不得不提的虛擬社區(qū)Second Life 國內(nèi)的虛擬社區(qū) HipiHi世界： 由我世界 實例欣賞,了解行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)秀案例， 推薦經(jīng)常關(guān)注如下網(wǎng)站,可以到高老師博客，直接訪問這些網(wǎng)站： http：/,虛擬現(xiàn)實主體網(wǎng)站,三、虛擬現(xiàn)實的基本特征,多感知性（Multi-sensory）：用戶除了視覺感知外，還可以有聽覺、力覺、觸覺、運動的感知，甚至包括味覺、嗅覺等人類所具有的其他感知功能。 浸沒感（Imm

6、ersion）：讓用戶有一種臨場的感覺，真實的感覺，如同現(xiàn)實世界中一樣。 交互性（Interactivity）：用戶可以對虛擬環(huán)境中的物體進行操作并可以得到及時的反饋，比如抓東西的過程，又比如剛剛開始流行的體感游戲。 構(gòu)想性（imagination）：讓用戶有廣闊的可想象空間，拓展人類認知范圍，不僅可以再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想出不存在的環(huán)境。,四、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成,【虛擬現(xiàn)實環(huán)境】 【高性能的計算機】 以頭盔、顯示器為核心的【視覺系統(tǒng)】 以語音識別、聲音合成與定位為核心的【聽覺系統(tǒng)】 以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服為主體的身體方位和姿勢【跟蹤設(shè)備】 味覺、嗅覺、觸覺與力覺【反饋系

7、統(tǒng)】,虛擬現(xiàn)實設(shè)備,三維空間跟蹤定位器,三維空間交互球,數(shù)據(jù)手套,頭盔顯示器,立體顯示器,多通道立體投影系統(tǒng),華北水利水電大學虛擬現(xiàn)實三通道立體投影系統(tǒng),國家農(nóng)業(yè)信息中心雙通道立體系統(tǒng),三通道立體環(huán)幕投影系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備介紹,必備硬件設(shè)備： 1.工程投影機 2.專業(yè)金屬投影屏幕 3.高端三維圖形處理集群 4.三通道高清媒體播放機 5.六通道立體數(shù)字圖像融合機 6.5.1聲道立體音響 7.偏振立體眼鏡和立體鏡片 8.千兆交換機、矩陣切換器 9.操控臺、UPS和KVM,前置立體聲音箱,120度柱面金屬幕,系統(tǒng)操作臺,工作站機柜,6臺投影機，被動式立體投影,觀眾席,后置立體聲音箱,后置立體聲音箱,整體布

8、局 3通道組成一個120度的環(huán)幕畫面，環(huán)幕弧長9-12米，幕布高度為2.5- 3.0米，整個展示環(huán)境為一個大畫面無縫拼接投影系統(tǒng)。 投影亮度指標： 考慮到偏振式立體投影方式，透光率在50%以上，單臺亮度不低于6000流明，對比度不低于1000:1。 立體模式指標：采用偏振被動式立體模式，景深和立體程度可調(diào)。 噪音指標：整機工作時，觀眾位置的投影機噪音不超過30分貝。 主機系統(tǒng)指標： 高性能圖形工作站，可運行海量數(shù)據(jù)的仿真系統(tǒng)軟件，運行500萬面的場景，畫面刷新率超過30 FPS。 網(wǎng)絡(luò)運算指標： 同步運算時，不同主機間的同步延時不超過0.02秒，畫面連續(xù)性好，無抖動或丟幀現(xiàn)象。,配套軟件 虛擬

9、現(xiàn)實播放器 虛擬現(xiàn)實編輯器 立體投影模塊 SDK二次開發(fā)工具包 平面設(shè)計軟件 三維建模軟件 其他軟件,配套設(shè)備 數(shù)據(jù)手套 位置跟蹤器 數(shù)據(jù)頭盔 眼動儀 力反饋系統(tǒng) 立體快速成型機 三維掃描儀 裸眼立體電視 其他設(shè)備,洞穴式虛擬環(huán)境,VR6系列眼動儀,ASL可以將微型眼動光學模塊擊沉到虛擬現(xiàn)實頭帶顯示器（HMD）里面，集成光學模塊是虛擬現(xiàn)實頭盔最理想的應(yīng)用產(chǎn)品，他可以輕易的裝進任何合適的設(shè)備里。,頭盔顯示器也叫數(shù)據(jù)頭盔、頭戴式顯示器。顧名思義，頭盔顯示器是一種頭戴式的圖形顯示與觀察設(shè)備，它的原理是將小型2維顯示器所產(chǎn)生的影像藉由光學系統(tǒng)放大。,頭盔顯示器（HMD）,6自由度位置跟蹤器,位置跟蹤器

10、是用于空間跟蹤與定位的裝置，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用，如：數(shù)據(jù)頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等。,增強現(xiàn)實,增強現(xiàn)實（AR），也被稱之為混合現(xiàn)實。它通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。,它是一種3D體感攝影機 (開發(fā)代號“Project Natal”)， 同時，它導(dǎo)入了即時動態(tài)捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能。,伴隨Kinect名稱的正式發(fā)布，Kinect還推出了多款配套游戲，包括Lucasarts出品的星球大戰(zhàn)、MTV推出的跳舞游戲、寵物游戲、運動游戲Kinect Sports、冒險游戲Kinect Adve

11、nture、賽車游戲Joyride等,唐馬特里克還說：“先前，有種障礙把電動游戲玩家和所有人都分隔了開，”“現(xiàn)在，有了Natal，大家都能加入游戲，使用發(fā)明史上最棒的遙控器你。,五、虛擬現(xiàn)實軟件,Quset3D,VRP,目前國內(nèi)比較流行的虛擬現(xiàn)實軟件 WebMax：最大特點在于它的壓縮比，號稱可以達到150：1，因此成品的文件量較小，網(wǎng)絡(luò)發(fā)布上有天生的優(yōu)勢，畫面方面也比較細膩，互動方面需要配合一些代碼編寫能力，擴展性也較強，而且對客戶端機器的配置要求很低，憑借軟件永久免費的理念，WebMax在國內(nèi)有著大批的粉絲。 VRPIE：人性化程度好，軟件成熟度高，上手快，一些簡單的互動不需要編程即可完成

12、，軟件也提供編程接口。 Converse3D：最晚出現(xiàn)，一起步就提升到了Dx9的API圖形接口上，免費版僅有模型面數(shù)的限制，連惱人的官方logo都消失了，率先提出了“一個場景，一個社區(qū)”的概念,領(lǐng)先業(yè)界開發(fā)出了Web3D在線多人互動交流功能。,六、虛擬現(xiàn)實項目開發(fā)流程,1、制作低模 2、展UV并繪制貼圖 3、燈光渲染烘焙貼圖 4、vr軟件中交互設(shè)置,創(chuàng)建燈光系統(tǒng)，設(shè)置全局照明，為場景設(shè)定照明效果； 測試渲染并不斷調(diào)整燈光參數(shù)，達到滿意的渲染效果； 烘焙貼圖，PS中對烘焙出的貼圖做進一步的修改調(diào)整； 將烘焙好貼圖的模型導(dǎo)入VR軟件進行下一階段的制作。,模型導(dǎo)入VRP并進行檢查和調(diào)整； VRP中進

13、行材質(zhì)與貼圖的后期編輯， 主要對鏤空貼圖、水面、玻璃和金屬等材質(zhì)屬性進行設(shè)置； VRP中制作天空、陽光系統(tǒng)及其其他視覺特效； 創(chuàng)建角色動畫； 制作景區(qū)場景交互； 創(chuàng)建行走相機并制作攝相機路徑動畫； VRP中制作系統(tǒng)的運行界面，包括背景界面元素、交互按鈕和背景音樂的制作； 加入視頻、和flash等媒體，并與模型、按鈕進行交互的鏈接；,前期系統(tǒng)設(shè)計與準備工作,展UV，主要用到Unwrap UVW修改器； Photoshop軟件中合成模型的固有色貼圖； 3dsmax中賦予材質(zhì)和貼圖并調(diào)整貼圖位置。,古建筑房屋閣樓低模； 地形、地面、池塘等； 樹木和植被和雕塑等面片模型； 人物、動物等角色的低模的制作。,1、與項目投資單位溝