人机交互技术第一章(序)虚拟现实的现状和发展VR61.pptx

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1、下一代人机界面的展望 虚拟现实及其应用郭建林基于智能体的虚拟现实化多通道因特网界面1、因特网2、多通道3、虚拟现实化4、基于智能体下一代人机界面的展望1.以WIMP(窗口、图符、菜单、鼠标)为代表的图形用户界面还将继续使用，尤其是在办公室中广泛应用。下一代人机界面的展望2.最普遍的将是以因特网为中心的多种多样人机界面。我我们们不不仅仅拥拥有有现现在在以以浏浏览览器器、搜搜索索引引擎擎为为代代表表的的桌桌面面网网络络用用户户界界面面，而而且且还还将将有有一一批批适适应应不不同同带带宽宽（从从高高速速视视频频点点播播,到到低低速速移移动动电电话话）、不不同同尺尺寸寸（从从手手表表掌掌上上电电脑脑，

2、到到墙墙壁壁大大小小）的的多多种种多多样样界界面面。因因特特网网将将进进入入我我们们的的家家庭庭和和生生活活，界界面面也也将将嵌嵌入入在在各各种种电电器器以以至至汽汽车车导导航航中中，普普通通百百姓姓可可通通过过语语音音、手手写写等等易易用用、方方便便的的界界面面，实实现现网网上上购购物物等等日日常用途。常用途。下一代人机界面的展望3.多通道、多媒体的自然、高效、智能化用户界面将快速发展和应用。以以虚虚拟拟现现实实为为代代表表的的计计算算机机系系统统的的拟拟人人化化和和以以掌掌上上电电脑脑为为代代表表的的计计算算机机的的微微型型化化和和随随身身化化，是是当当前前计计算算机机的的两两个个重重要要

3、的的应应用用趋趋势势。目目前前以以鼠鼠标标和和键键盘盘为为代代表表的的图图形形用用户户界界面面技技术术是是影影响响它它们们发发展展的的瓶瓶颈颈。利利用用人人的的多多种种感感觉觉通通道道和和动动作作通通道道（如如语语音音、手手写写、表表情情、姿姿势势、视视线线、笔笔等等输输入入），以以并并行行、非非精精确确方方式式与与计计算算机机系系统统进进行行交互，可以提高人机交互的自然性和高效性。交互，可以提高人机交互的自然性和高效性。下一代人机界面的展望3.多通道、多媒体的自然、高效、智能化用户界面将快速发展和应用。以以三三维维、沉沉浸浸感感的的逼逼真真输输出出为为标标志志的的虚虚拟拟现现实实技技术术是是

4、多多媒媒体体、多多通通道道界界面面的的重重要要应应用用目目标标。目目前前，语语音音和和手手写写输输入入在在实实用用化化方方面面已已有有很很大大进进展展。预预计计，随随着着模模式式识识别别、全全息息图图象象、自自然然语语言言理理解解和和新新的的传传感感技技术术的的发发展展，人人机机界界面面技技术术将将进进一一步步朝朝着着计计算算机机主主动动感感受受、理理解解人人的的意意图图方方向向发发展展。新新的的多多通通道道、多多媒媒体体人人机机界界面面是是重重要要发发展展趋势。趋势。下一代人机界面的展望4.无障碍的人机界面将进一步受到重视。如果强迫人类去适应计算机，坐在桌旁操作鼠标和键盘，肯定会限制计算机的

5、应用。如果用白光全息技术代替立体显示器或立体眼镜，用摄像跟踪技术及自然语言理解技术来代替“手套”或“键盘”，那么人们会有更充分的活动自由，可以在现实环境中享受虚拟的乐趣！下一代人机界面的展望传传传传统统统统界界界界面面面面依依依依然然然然会会会会有有有有生生生生机机机机。因因因因特特特特网网网网无无无无处处处处不不不不在在在在。各各各各式式式式各各各各样样样样的的的的全全全全新新新新界界界界面面面面被被被被嵌嵌嵌嵌入入入入到到到到我我我我们们们们生生生生活活活活的的的的各各各各种种种种设设设设备备备备中中中中。以以以以用用用用户户户户为为为为中中中中心心心心、新新新新的的的的自自自自然然然然人

6、人人人机机机机界界界界面面面面正正正正将将将将我我我我们们们们带带带带离离离离桌桌桌桌面面面面，去去去去探探探探索索索索更更更更广广广广阔阔阔阔的的的的物物物物理理理理的的的的、生生生生活活活活的的的的、和数字的世界！新世纪将更加美好！和数字的世界！新世纪将更加美好！和数字的世界！新世纪将更加美好！和数字的世界！新世纪将更加美好！1。什么是虚拟现实？关于术语Virtual Reality（VR）(J.Lanier,1989)J.Lanier,1989)译为译为:虚拟现实、灵境、幻真虚拟现实、灵境、幻真.其他：其他：Virtual EnvironmentVirtual Environment A

7、rtificial Reality Artificial Reality (M.W.Krueger,1970s)(M.W.Krueger,1970s)Cyberspace Cyberspace (W.Gibson,1984)W.Gibson,1984)1。什么是虚拟现实？是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。而虚拟世界是全体虚拟环境或给定仿真对象的全体。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听用计算机技术来生成一个逼真

8、的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。1。什么是虚拟现实？1.逼真的感觉 视觉，听觉，触觉，嗅觉视觉，听觉，触觉，嗅觉 等等2.自然的交

9、互 运动，姿势，语言，身体跟踪运动，姿势，语言，身体跟踪 等等3.个人的视点 用户的眼、耳、身用户的眼、耳、身 所感到的所感到的感觉信息感觉信息4.迅速的响应 感觉信息根据视点变化和用户感觉信息根据视点变化和用户输入及时更新输入及时更新1。什么是虚拟现实？一项综合技术涉及涉及计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感器技术、语音处理与音响技术、网识别、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术、高性能计算机系统、人络技术、并行处理技术、高性能计算机系统、人工智能技术工智能技术.核心：核心：2 2M(MPP,MultiMedia

10、),2O(Open M(MPP,MultiMedia),2O(Open System,Object-oriented)System,Object-oriented)需要需要计算机专家、人类工程学计算机专家、人类工程学(ErgonomicsErgonomics)专家专家、心理学专家等共同开发研究。心理学专家等共同开发研究。bb虚拟现实应有的特征（3I)沉浸感（沉浸感（ImmersionImmersion）:能给人们以真实世界能给人们以真实世界能给人们以真实世界能给人们以真实世界的感觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的的感觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的的感觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的

11、的感觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的世界中。世界中。世界中。世界中。交互性（交互性（InteractionInteraction）:虚拟现实与通常虚拟现实与通常虚拟现实与通常虚拟现实与通常CADCADCADCAD系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而是可以对使用者的输入作出反应。态的世界，而是可以对使用者的输入作出反应。态的世界，而是可以对使用者的输入作出反应。态的世界，而是可以对使用者的输入作出反应。虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或虚拟现实环境可以

12、通过控制与监视装置影响或虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。被使用者影响。被使用者影响。被使用者影响。想象想象 （ImaginationImagination）:它的应用能解决在它的应用能解决在它的应用能解决在它的应用能解决在工程、医学、军事等方面的一些问题工程、医学、军事等方面的一些问题工程、医学、军事等方面的一些问题工程、医学、军事等方面的一些问题,这些应这些应这些应这些应用是与设计者并行操作用是与设计者并行操作用是与设计者并行操作用是与设计者并行操作,为发挥它们的创为发挥它们的创为发挥它们的创为发挥它们的创造性而设计的造性而设计的

13、造性而设计的造性而设计的,这极大地依赖于人类的想象力。这极大地依赖于人类的想象力。这极大地依赖于人类的想象力。这极大地依赖于人类的想象力。bb分布式虚拟环境分布式虚拟环境（Distributed Virtual Distributed Virtual Environment)Environment)利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地利用计算机构造的一个真实世界的模拟，地理上分布的用户可以通过网络共享该环境，理上分布的用户可以通过网络共享该环境，理上分布的用户可以通过网络共享该环境，理上分布的用户可以通过网络共享该环

14、境，并与周围的环境以及在相互之间进行交互。并与周围的环境以及在相互之间进行交互。并与周围的环境以及在相互之间进行交互。并与周围的环境以及在相互之间进行交互。共享虚共享虚共享虚共享虚拟环拟环拟环拟环境涉及到虚境涉及到虚境涉及到虚境涉及到虚拟现实拟现实拟现实拟现实、分布、分布、分布、分布对对对对象、象、象、象、网网网网络络络络、人机交互、智能代理等、人机交互、智能代理等、人机交互、智能代理等、人机交互、智能代理等领域。其他同领域。其他同领域。其他同领域。其他同义词包括义词包括义词包括义词包括:Networked VE(VR),Shared Networked VE(VR),Shared Netwo

15、rked VE(VR),Shared Networked VE(VR),Shared VE(VR),Multi-User VE,etc.VE(VR),Multi-User VE,etc.VE(VR),Multi-User VE,etc.VE(VR),Multi-User VE,etc.其实质是一种其实质是一种其实质是一种其实质是一种人机交互界面人机交互界面人机交互界面人机交互界面 bb分布式虚拟环境的应用军事训练军事训练 SIMNET&DISSIMNET&DIS 教育与培训教育与培训 pedagogical agent Stevepedagogical agent Steve;JackMOOJ

16、ackMOO网络会议与远程协作网络会议与远程协作 SonySony公司基于公司基于DIVEDIVE的一个的一个系统系统娱乐和虚拟社区娱乐和虚拟社区 Cybertown(Cybertown(使用使用BlaxxunBlaxxun）电子商务电子商务 VR commerce of IBM VR commerce of IBM bb分布式虚拟环境发展的原动力分布式虚拟环境发展的原动力 因特网技术的广泛使用因特网技术的广泛使用因特网技术的广泛使用因特网技术的广泛使用:InternetInternet已经成为娱乐、已经成为娱乐、已经成为娱乐、已经成为娱乐、商业等的重要媒体商业等的重要媒体商业等的重要媒体商业

17、等的重要媒体 硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及），硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及），硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及），硬件基础：网络带宽的提高（宽带网的逐渐普及），个人计算机图形处理能力的增强个人计算机图形处理能力的增强个人计算机图形处理能力的增强个人计算机图形处理能力的增强 软件基础：软件基础：软件基础：软件基础：虚拟现实技术和网络技术的结合虚拟现实技术和网络技术的结合虚拟现实技术和网络技术的结合虚拟现实技术和网络技术的结合 日益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人日益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人日益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人日

18、益复杂的数据使得原来的界面不能满足需要，人们希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式们希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式们希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式们希望更加直观的表达信息，使用更加自然的方式进行人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、进行人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、进行人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、进行人机交互以及通过网络实现人与人之间实时、形象的交流形象的交流形象的交流形象的交流2。历史回顾虚拟现实和其他技术一样，也是在前人大量工作的基础上发展起来的。1。立体电影，立体声技术2。飞行模拟器 最早实际使用的仿真技术；最早实际使用的仿真技术；3。

19、“星际旅行”“宇宙飞船”的演示4。机械手、机器人 危险场合进行各类危险场合进行各类“遥控操作遥控操作”；5。游戏 驾驶汽车、潜艇航行驾驶汽车、潜艇航行2。历史回顾重 要 事 件bbHMD HMD Head-Mounted DisplayHead-Mounted Display 19681968年年Sutherland Sutherland 三维头盔显示器三维头盔显示器 ；bbVideoplaceVideoplace 19851985年年KruegerKrueger正式发表无障碍的人工现实；正式发表无障碍的人工现实；bbVIEWVIEW项目项目 Virtual Environment Works

20、tationVirtual Environment Workstation美国宇航局美国宇航局AmesAmes研究中心的虚拟环境工作站；研究中心的虚拟环境工作站；bbData GloveData Glove VPLVPL公司采用定位装置公司采用定位装置PolhemusPolhemus的数据手套；的数据手套；VPL公司采用三维定位装置Polhemus的数据手套示意图三维定位装置Polhemus原理重 要 事 件bbBOOBOOMMBinocular Omni-Oriented MonitorBinocular Omni-Oriented Monitor 美国宇航局美国宇航局Fakespace L

21、abFakespace Lab的双筒全方位监视器；的双筒全方位监视器；bbCAVECAVEAudio-Visual Experience Automatic Audio-Visual Experience Automatic Virtual EnvironmentVirtual Environment 1992 1992年年Cruz-NeiraCruz-Neira的墙式显示屏自动声象虚拟环境；的墙式显示屏自动声象虚拟环境；bbVRMLVRML Virtual Reality Modeling LanguageVirtual Reality Modeling Language 因特网上因特网上

22、1.01.0及及2.02.0版本的虚拟现实建模语言版本的虚拟现实建模语言CAVE 墙式显示屏自动声象虚拟环境Audio-Visual Experience Automatic Virtual EnvironmentAudio-Visual Experience Automatic Virtual Environment3。应用应用和需求是技术发展的推动力应用和需求是技术发展的推动力1）军事美国国防部和军方认为：虚拟现实将在美国国防部和军方认为：虚拟现实将在武器系统性武器系统性武器系统性武器系统性能评价能评价能评价能评价、武器操纵训练武器操纵训练武器操纵训练武器操纵训练及及指挥大规模军事演习指挥

23、大规模军事演习指挥大规模军事演习指挥大规模军事演习三方面发三方面发挥重大作用。挥重大作用。他们制定了他们制定了战争综合演示厅计划战争综合演示厅计划战争综合演示厅计划战争综合演示厅计划、防务仿真交互网络计划防务仿真交互网络计划防务仿真交互网络计划防务仿真交互网络计划、综合战役桥计划综合战役桥计划综合战役桥计划综合战役桥计划、及、及虚拟座舱虚拟座舱虚拟座舱虚拟座舱、卫星塑造者卫星塑造者卫星塑造者卫星塑造者等应用环境，并在核武器试验及许多局部战等应用环境，并在核武器试验及许多局部战争中进行了应用，不仅节省了大量的军事费用，更重要争中进行了应用，不仅节省了大量的军事费用，更重要的是提高了现代化作战指挥

24、方面能力。的是提高了现代化作战指挥方面能力。3。应用2）航天航空美美国国宇宇航航局局是是虚虚拟拟现现实实最最早早研研究究的的单单位位和和应应用用者者。宇宇宇宇宙宙宙宙飞飞飞飞船船船船及及及及各各各各类类类类航航航航空空空空器器器器是是需需耗耗费费巨巨资资的的现现代代化化工工具具，而而进进入入宇宇宙宙有有大大量量未未知知、危危险险的的因因素素，因因而而模模模模拟拟拟拟各各种种航航空空器器可可能能遇遇到到的的环环境境，不不仅仅可可节节省省大大量量费费用用，而而且且是是十十分分必必要要的的。虚虚虚虚拟风洞拟风洞拟风洞拟风洞就是一例。就是一例。3。应用3）计算机辅助设计 虚拟样机虚拟样机、虚拟建筑物虚

25、拟建筑物 工业产品均需要反复构思和设计，但用户往往仍不工业产品均需要反复构思和设计，但用户往往仍不满意。可否在设计早期就给用户一个逼真的产品样机？满意。可否在设计早期就给用户一个逼真的产品样机？美美国国波波音音公公司司ButlerButler设设计计了了一一个个称称为为VS-XVS-X的的的的虚虚虚虚拟拟拟拟飞飞飞飞机机机机，它它可可使使设设计计人人员员有有身身临临其其境境观观察察飞飞机机外外形形、内内部部结构及布局的效果；结构及布局的效果；建建筑筑设设计计师师可可在在盖盖楼楼前前通通过过虚虚虚虚拟拟拟拟建建建建筑筑筑筑物物物物，让让用用户户自自己来观察外形和内部房间部位，也便于设计师修改设计

26、。己来观察外形和内部房间部位，也便于设计师修改设计。3。应用4）外科手术和人体器官的模拟外科医生的培训是一项投资大、时间外科医生的培训是一项投资大、时间长的工作，这是因为不能随便让实习医生在病长的工作，这是因为不能随便让实习医生在病人身上动手术。可是不亲自动手，又如何学会人身上动手术。可是不亲自动手，又如何学会手术呢？手术呢？虚拟手术台虚拟手术台虚拟手术台虚拟手术台已能部分模仿外科医生的已能部分模仿外科医生的现场。同样，提供现场。同样，提供模拟的人体器官模拟的人体器官模拟的人体器官模拟的人体器官，可让学生，可让学生逼真地观察器官内部的构造和病灶，具有极高逼真地观察器官内部的构造和病灶，具有极高

27、的实验价值。的实验价值。3。应用5）科学研究和计算的可视化 各各种种分分分分子子子子结结结结构构构构模模模模型型型型、大大大大坝坝坝坝应应应应力力力力计计计计算算算算的的结结果果、地地地地震震震震石石石石油油油油勘勘勘勘探探探探数数数数据据据据处处处处理理理理等等，均均十十分分需需要要三三维维（甚甚至至多多维维）图图形形可可视视化化的的显显示示和和交交互互浏浏览览，虚虚拟拟现现实实技技术术为为科科学学研研究究探探索索微微微微观观观观形形形形态态态态等等提供了形象直观的工具。提供了形象直观的工具。3。应用6）远程控制虚拟现实可采用遥控手段，通过机械手、机器人对危险或有毒环境进行操作。3。应用7）

28、教育、游戏与其他这是向人们、尤其是青少年提供生动的课堂和娱乐手段的好机遇，它具有三维声象效果、能进行交互操作的功能，因而已为商家们看好，纷纷开发低档虚拟现实产品。如虚拟博物馆，网上景点浏览。虚拟房间积木世界虚拟现实的适用特点1。需要高成本制造的设备，如航天器，军用设备。2。对人有危险的环境，如核试验、飞行训练。3。目前尚未出现的环境，如建筑物、天体物理4。关键技术(系统框图)1992年Bryson主计算机数据手套（传感器）（信号源）BOOM双筒全方位监视器4。关键技术1.大规模数据的场景建模技术；2.动态实时的立体视觉、听觉等生成技术;3.三维定位、方向跟踪、触觉反馈等传感技术和设备；4.符合

29、人类认知心理的三维自然交互技术;5.三维交互软件及系统集成技术4。关键技术影响（沉浸感）立体 视觉因素宽视野（）宽视野（）立体显示立体显示彩色彩色高分辨率高分辨率头部跟踪头部跟踪4。关键技术视觉设备红蓝滤色眼镜液晶开关的体视眼镜三维头盔显示器（HMD）双筒全方位监视器（BOOM）墙式显示屏自动声象虚拟环境（CAVE）类型：类型：透明透明/不透明；佩戴不透明；佩戴/不佩戴；液晶不佩戴；液晶/CRT/LED/CRT/LED/投投影影4。关键技术双眼立体视图的生成三维场景上任一点三维场景上任一点P(x,y,z)P(x,y,z)，对于对于左右眼视点左右眼视点L L、R R，在投影平面在投影平面z=0z

30、=0上的成象点上的成象点PlPl(xl,yl)(xl,yl)、Pr(xr,yr)Pr(xr,yr)计算计算如下：如下：xl=(x*k -z*d/2)/(k+z)xl=(x*k -z*d/2)/(k+z)xr=(x*k +z*d/2)/(k+z)xr=(x*k +z*d/2)/(k+z)yl=yr=y*k/(k+z)yl=yr=y*k/(k+z)可推导得：可推导得：xl=(x+d/2)/(1+z/k)-d/2xl=(x+d/2)/(1+z/k)-d/2xr=(x-d/2)/(1+z/k)+d/2xr=(x-d/2)/(1+z/k)+d/2可用硬件实现可用硬件实现4。关键技术听觉：3D&Stere

31、o声源定位：强度（高频）和时差（低频）声源定位：强度（高频）和时差（低频）问题：声音从头里发出，随强度差而偏左或偏右问题：声音从头里发出，随强度差而偏左或偏右原因：与耳朵形状有关原因：与耳朵形状有关解决：解决：Convolvotron($15,000)Convolvotron($15,000)耳内录音耳内录音 +计算计算4。关键技术触觉（Haptic)Haptic:Haptic:机械感受器（压力与纹理）与本体感受器机械感受器（压力与纹理）与本体感受器(proprioceptor)(proprioceptor)（重量、形状、大小）（重量、形状、大小）机械臂，空气囊，记忆金属，小马达，小探针。机械

32、臂，空气囊，记忆金属，小马达，小探针。Sandpaper(Minsky,1990)Sandpaper(Minsky,1990)将小马达连到游戏杆；搅动将小马达连到游戏杆；搅动三维操纵棍,力反馈原理图4。关键技术适当的（简单的）触觉和/或听觉提示与反馈能极大地改善人机交互质量两个基本的性能指标:帧 频 10fps，响应时间 0.1s4。关键技术身体跟踪：位置的跟踪（位置位置的跟踪（位置+方向）方向）及角度的度量（指关节、光纤）；及角度的度量（指关节、光纤）；眼动跟踪眼动跟踪位置跟踪技术：位置跟踪技术：bb正交电磁场正交电磁场 Polhemus trackersPolhemus trackersb

33、b超声波信号超声波信号 Logitec.Mattel Power GloveLogitec.Mattel Power Glovebb机械连接机械连接 Fake Space LabsFake Space Labsbb视频信号处理视频信号处理 Myron KruegerMyron KruegerbbLEDLED视频传感视频传感UNC at Chapel HillUNC at Chapel Hillbb惯性跟踪（加速度）惯性跟踪（加速度）SpaceballSpaceballDHM手势传感装置原理图PowerGlove示意图三维鼠标器示意图4。关键技术市场上已有的产品：（硬件）液晶开关的体视眼镜液晶开

34、关的体视眼镜SEGA LCD Glasses,SEGA LCD Glasses,StereoGraphics CrystalEyesStereoGraphics CrystalEyes,Toshiba 3D Scope LCD GlassesToshiba 3D Scope LCD Glasses三维头盔显示器（三维头盔显示器（HMDHMD）LEEPLEEP Systems Cyberface 2/3 Systems Cyberface 2/3PolhemusPolhemus Laboratories Looking Glass Laboratories Looking GlassRPI HM

35、SI(Head-Mounted Sensory Interface)RPI HMSI(Head-Mounted Sensory Interface)Virtual Reality Group HMDVirtual Reality Group HMDVirtual Research Flight HelmetVirtual Research Flight Helmet4。关键技术市场上已有的产品：（硬件）控制和接口设备控制和接口设备:VPL Data GloveVPL Data Glove（数据手套）数据手套）Mattel Power GloveMattel Power GloveGlobal

36、3D controller(Global 3D controller(三维定位器）三维定位器）LogitechLogitech 3D Mouse and Head Tracker 3D Mouse and Head Tracker（三维鼠标、头部跟踪器）三维鼠标、头部跟踪器）PolhemusPolhemus Isotrak/Fastrak Isotrak/FastrakISCAN Head-Mounted Eye Imaging System ISCAN Head-Mounted Eye Imaging System（视线跟踪器）视线跟踪器）SENSSENSible Technologies

37、PHANToMible Technologies PHANToM（触觉反馈设备）触觉反馈设备）头盔系统跟踪系统三维触觉系统交战技能训练者4。关键技术市场上已有的产品：（系统）SGISGI公司公司虚拟现实中心虚拟现实中心 (Reality Center)Reality Center)CAVECAVE仿真工作室仿真工作室 (Reality Studio)(Reality Studio)Onyx2(8 CPU)Onyx2(8 CPU)仿真工作站仿真工作站 (Reality StationReality Station)Onyx2Onyx2桌上型桌上型 仿真工作站仿真工作站(Reality Deskt

38、op)(Reality Desktop)Octane 320 NT Octane 320 NT 工作站工作站SGI SGI IRIS PerformerIRIS Performer 仿真开发环境仿真开发环境SGI OpenGL Optimizer(SGI OpenGL Optimizer(Open InventorOpen Inventor)仿真开发环境仿真开发环境(中、低档）中、低档）SGI Fahrenheit(SGI Fahrenheit(沸点）三维图形接口库沸点）三维图形接口库(for Windows NT)for Windows NT)MultiGen MultiGen,Paradi

39、gm/Vega ,Paradigm/Vega 三维应用建模软件三维应用建模软件4。关键技术市场上已有的产品：（软件）MultiGenMultiGen,Paradigm/Vega ,Paradigm/Vega 三维应用建模软件三维应用建模软件Dimension Superscape Virtual RealitiesDimension Superscape Virtual RealitiesSense 8 Sense 8 WorldToolKit(WTK)WorldToolKit(WTK)Virtus WalkThroughVirtus WalkThroughVREAMVREAMDivision

40、Division PROVISION 100VRX PROVISION 100VRXStrayLight PhotoVRStrayLight PhotoVRThe Vivid Group-MandalaThe Vivid Group-MandalaW Industries VirtualityW Industries Virtuality原型原型5。最新进展与分类最新进展1 1）使使用用基基基基于于于于图图图图像像像像的的的的绘绘绘绘制制制制技技技技术术术术（或或与与图图形形绘绘制制相相结结合合），以以提提高高图图形形生生成成的的速速度度；如如 苹苹果果公公司开发的司开发的QuickTime

41、VRQuickTime VR。2 2）各各种种新新新新的的的的交交交交互互互互设设设设备备备备:双双手手输输入入技技术术；三三维维力力反反馈设备等；馈设备等；5。最新进展与分类3 3）增增增增强强强强现现现现实实实实 (Augmented Augmented Reality)Reality)也也称称混混合合现现实实。它它是是将将真真实实环环境境和和虚虚拟拟现现实实的的景景象象结结合合起起来来的的一一种种技技术术，既既可可减减少少生生成成复复杂杂环环境境的的开开销销，又又便便于于对对实实际际物物体的操作；体的操作；4 4）分分分分 布布布布 式式式式 虚虚虚虚 拟拟拟拟 现现现现 实实实实 环环

42、环环 境境境境。在在 因因 特特 网网（包包 括括 高高 速速InternetInternet）环环境境下下，充充分分利利用用各各地地资资源源的的优优势势，协协同同开开发发虚虚拟拟现现实实的的应应用用，如如美美国国大大型型军军用用交交互互仿仿真真系系统统NPSNETNPSNET及因特网上多人游戏及因特网上多人游戏MUDMUD等；等；5 5）多多多多通通通通道道道道人人人人机机机机交交交交互互互互技技技技术术术术。即即采采用用人人体体多多种种自自然然交交互互手手段段，向系统输入，如手势、语音、头部或身体动作等。向系统输入，如手势、语音、头部或身体动作等。分类实际应用的虚拟现实系统大体可分为四类：

43、实际应用的虚拟现实系统大体可分为四类：1 1）桌桌桌桌面面面面虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实系系系系统统统统，也也称称窗窗口口中中的的VRVR，成成本本低低，主主要要用于用于CAD/CAMCAD/CAM、建筑设计等领域；建筑设计等领域；2 2）沉沉沉沉浸浸浸浸虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实系系系系统统统统，使使用用头头盔盔显显示示器器把把用用户户的的视视觉觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉；听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉；3 3）分分分分布布布布式式式式虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实系系系系统统统统，它它建建立立在在沉沉浸浸虚虚拟拟现现实实系系统统和和分分

44、布布式式交交互互仿仿真真(DIS-Distributed DIS-Distributed Interaction Interaction Simulation)Simulation)的基础上；的基础上；4 4）增强现实增强现实增强现实增强现实 (Augmented Reality)Augmented Reality)也称混合现实。也称混合现实。也有采用其他的分类方法，在此不再赘述。也有采用其他的分类方法，在此不再赘述。虚拟现实和多媒体、多通道人机界面的关系多通道与虚拟现实的主要区别两者研究的目的不同虚拟现实依靠三维立体视觉、头盔式显示虚拟现实依靠三维立体视觉、头盔式显示器、身体跟踪和立体音响等

45、技术来模拟现实世器、身体跟踪和立体音响等技术来模拟现实世界，界，旨在使用户获得一种沉浸式的多种感知通旨在使用户获得一种沉浸式的多种感知通旨在使用户获得一种沉浸式的多种感知通旨在使用户获得一种沉浸式的多种感知通道的灵境体验。道的灵境体验。道的灵境体验。道的灵境体验。VRVR中计算机生成的视听幻想中计算机生成的视听幻想（Audio-Visual IllusionAudio-Visual Illusion）涉足人脑固有的感觉涉足人脑固有的感觉-效应通道的协调机制。效应通道的协调机制。多通道与虚拟现实的主要区别多通道研究则力求详尽地探索人体感知和多通道研究则力求详尽地探索人体感知和控制行为中的各种并行和协作特性，控制行为中的各种并行和协作特性，它允许它允许用户利用多个交互通道以并行、非精确方式与用户利用多个交互通道以并行、非精确方式与计算机系统进行交互，旨在提高人机交互的自计算机系统进行交互，旨在提高人机交互的自然性和高效性然性和高效性 。从交互行为的研究上来说，从交互行为的研究上来说，VRVR的研究与多的研究与多通道研究之间存在交集，但它更侧重于应用系通道研究之间存在交集，但它更侧重于应用系统。统。