虚拟现实技术概述(PPT 65页)42051.pptx

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1、虚拟现实技术虚拟现实技术(Virtual Reality)徐雷徐雷徐雷徐雷12 April 201112 April 2011主要内容主要内容虚拟现实技术概述虚拟现实技术概述虚拟现实体系结构虚拟现实体系结构虚拟环境的建立虚拟环境的建立产品的虚拟原型产品的虚拟原型在虚拟环境中制造在虚拟环境中制造虚拟现实技术概述虚拟现实技术概述定义和特征定义和特征虚拟现实的发展历程虚拟现实的发展历程虚拟现实的国内外研究现状虚拟现实的国内外研究现状虚拟现实的主要应用领域虚拟现实的主要应用领域定义和特征定义和特征概念概念概念概念虚拟现实虚拟现实虚拟现实虚拟现实(Virtual RealityVirtual Reali

2、tyVirtual RealityVirtual Reality，简称简称简称简称VR)VR)VR)VR)是一是一是一是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给就是一种先进的计算机用户接口，它通过给就是一种先进的计算机用户接口，它通过给就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知

3、交互手段，最大限直观而又自然的实时感知交互手段，最大限直观而又自然的实时感知交互手段，最大限直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。提高整个系统的工作效率。提高整个系统的工作效率。提高整个系统的工作效率。定义和特征定义和特征类似概念类似概念类似概念类似概念人工现实人工现实人工现实人工现实(Artificial RealityArtificial RealityArtificial RealityArtificial Rea

4、lity，简称简称简称简称AR)AR)AR)AR)：与：与：与：与VRVRVRVR相类相类相类相类似的一个概念似的一个概念似的一个概念似的一个概念，它是可以更方便地与用可视化技术建它是可以更方便地与用可视化技术建它是可以更方便地与用可视化技术建它是可以更方便地与用可视化技术建立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是立的三维空间中的物体进行交互的技术。这个空间是人造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中人造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中人造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中人

5、造的，但是物体的控制方法就像物体在现实空间中一样，所以就称为人工现实。例如，可用一样，所以就称为人工现实。例如，可用一样，所以就称为人工现实。例如，可用一样，所以就称为人工现实。例如，可用ARARARAR技术来漫技术来漫技术来漫技术来漫游用可视化技术建立的大脑结构。游用可视化技术建立的大脑结构。游用可视化技术建立的大脑结构。游用可视化技术建立的大脑结构。遥现技术遥现技术遥现技术遥现技术(Telepresence)Telepresence)Telepresence)Telepresence)，它是一种基于它是一种基于它是一种基于它是一种基于VRVRVRVR的遥控制、的遥控制、的遥控制、的遥控制、

6、遥操作或遥显示技术。遥操作或遥显示技术。遥操作或遥显示技术。遥操作或遥显示技术。定义和特征定义和特征虚拟现实的四个重要特征虚拟现实的四个重要特征虚拟现实的四个重要特征虚拟现实的四个重要特征多感知性多感知性多感知性多感知性(Multi-SensoryMulti-Sensory)。存在感存在感存在感存在感(PresencePresence)又称为临场感又称为临场感又称为临场感又称为临场感(ImmersionImmersion)交互性交互性交互性交互性(InteractionInteraction)自主性（自主性（自主性（自主性（AutonomyAutonomy）虚拟现实的发展历程虚拟现实的发展历程

7、发展历程发展历程发展历程发展历程 19651965年年SutherlandSutherland提出提出19661966年年开始开始HDMHDM的研究的研究19681968年年研制出第一台研制出第一台HMDHMD19751975年年Myron KruegerMyron Krueger提提出出ARAR的思想的思想19851985年年研制出数据手套研制出数据手套19861986年年VIEWVIEW系统研制成功系统研制成功19901990年年SiggraphSiggraph会议确定会议确定VRVR技术的发展方向技术的发展方向2020世纪世纪9090年代以来年代以来VRVR应用到众多领域应用到众多领域虚

8、拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状国外虚拟现实技术的研究现状国外虚拟现实技术的研究现状美国宇航局美国宇航局美国宇航局美国宇航局(NASA)NASA)NASA)NASA)美美美美国国国国宇宇宇宇航航航航局局局局(NASA)NASA)NASA)NASA)的的的的AmesAmesAmesAmes实实实实验验验验室室室室完完完完善善善善了了了了HMDHMDHMDHMD，并并并并将将将将VPLVPLVPLVPL的的的的数数数数据据据据手手手手套套套套工工工工程程程程化化化化，使使使使其其其其成成成成为为为为可可可可用用用用性性性性较较较较高高高高的产品。的产品。的产品。的产品。NASANASANASAN

9、ASA完完完完成成成成的的的的一一一一项项项项著著著著名名名名的的的的工工工工作作作作是是是是对对对对哈哈哈哈勃勃勃勃太太太太空空空空望望望望远远远远镜的仿真。镜的仿真。镜的仿真。镜的仿真。现现现现在在在在NASANASANASANASA已已已已经经经经建建建建立立立立了了了了航航航航空空空空、卫卫卫卫星星星星维维维维护护护护VRVRVRVR训训训训练练练练系系系系统统统统、空空空空间间间间站站站站VRVRVRVR训训训训练练练练系系系系统统统统，并并并并且且且且已已已已经经经经建建建建立立立立了了了了可可可可供供供供全全全全国国国国使使使使用的用的用的用的VRVRVRVR教育系统。教育系统。

10、教育系统。教育系统。虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状北卡罗来纳大学北卡罗来纳大学北卡罗来纳大学北卡罗来纳大学(UNC)UNC)UNC)UNC)的计算机系是进行的计算机系是进行的计算机系是进行的计算机系是进行VRVRVRVR研究最早研究最早研究最早研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。外科手术仿真、建筑仿真等。外科手术仿真、建筑仿真等。外科手术仿真、建筑仿真等。麻省理工学院麻省理工学院麻省理工学院麻省理工学院(MI

11、T)MIT)MIT)MIT)是一个一直走在最新技术前沿的是一个一直走在最新技术前沿的是一个一直走在最新技术前沿的是一个一直走在最新技术前沿的科学研究机构。科学研究机构。科学研究机构。科学研究机构。1985198519851985年年年年M1TM1TM1TM1T成立了媒体实验室，进行成立了媒体实验室，进行成立了媒体实验室，进行成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。虚拟环境的正规研究。虚拟环境的正规研究。虚拟环境的正规研究。SRISRISRISRI研研研研究究究究中中中中心心心心建建建建立立立立了了了了“视视视视觉觉觉觉感感感感知知知知计计计计划划划划”，研研研研究究究究现现现现有有有有VRV

12、RVRVR技技技技术术术术的的的的进进进进一一一一步步步步发发发发展展展展。1991199119911991年年年年后后后后，SRISRISRISRI进进进进行行行行了了了了利利利利用用用用VRVRVRVR技技技技术术术术对对对对军军军军用用用用飞飞飞飞机机机机或或或或车车车车辆辆辆辆驾驾驾驾驶驶驶驶的的的的训训训训练练练练研研研研究究究究，试试试试图图图图通通通通过过过过仿仿仿仿真真真真来来来来减减减减少少少少飞飞飞飞行行行行事事事事故故故故。此此此此外外外外，SRISRISRISRI还还还还利利利利用用用用遥遥遥遥控控控控技技技技术术术术进进进进行行行行外科手术仿真的研究外科手术仿真的研究

13、外科手术仿真的研究外科手术仿真的研究。虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状华华华华盛盛盛盛顿顿顿顿大大大大学学学学华华华华盛盛盛盛顿顿顿顿技技技技术术术术中中中中心心心心的的的的人人人人机机机机界界界界面面面面技技技技术术术术实实实实验验验验室室室室(HIT HIT HIT HIT Lab)Lab)Lab)Lab)在在在在新新新新概概概概念念念念的的的的研研研研究究究究中中中中起起起起着着着着领领领领先先先先作作作作用用用用，同同同同时时时时也也也也在在在在进进进进行行行行感感感感知知知知、知知知知觉觉觉觉、认认认认知知知知和和和和运运运运动动动动控控控控制制制制能能能能力力力力的的的的研研研

14、研究究究究。HITHITHITHIT将将将将VRVRVRVR研研研研究究究究引引引引人人人人了了了了教教教教育育育育、设设设设计计计计、娱娱娱娱乐乐乐乐和和和和制制制制造造造造领领领领域域域域。例例例例如如如如，波波波波音音音音公公公公司司司司的的的的V22V22V22V22运运运运输输输输机机机机就就就就是是是是先先先先在在在在实实实实验验验验室室室室中中中中造造造造出出出出虚拟机后再投人生产的。虚拟机后再投人生产的。虚拟机后再投人生产的。虚拟机后再投人生产的。虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状WindustriesWindustriesWindustriesWindustries位于位于

15、位于位于LeicesterLeicesterLeicesterLeicester，是国际是国际是国际是国际VRVRVRVR界的界的界的界的著名开发机构，正在开发一系列著名开发机构，正在开发一系列著名开发机构，正在开发一系列著名开发机构，正在开发一系列 VRVRVRVR产品，产品，产品，产品，主要是娱乐业方面的。正在计划推出新型轻主要是娱乐业方面的。正在计划推出新型轻主要是娱乐业方面的。正在计划推出新型轻主要是娱乐业方面的。正在计划推出新型轻量显示头盔和功能强大的图形引擎量显示头盔和功能强大的图形引擎量显示头盔和功能强大的图形引擎量显示头盔和功能强大的图形引擎(Graphics Engine)G

16、raphics Engine)Graphics Engine)Graphics Engine)。British Aerospace(BAE)British Aerospace(BAE)British Aerospace(BAE)British Aerospace(BAE)的许多部门参与了的许多部门参与了的许多部门参与了的许多部门参与了VRVRVRVR，利用利用利用利用VRVRVRVR技术设计高级战斗机座舱，技术设计高级战斗机座舱，技术设计高级战斗机座舱，技术设计高级战斗机座舱，虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状Dimension Dimension Dimension Dimension I

17、nternationalInternationalInternationalInternational是是是是桌桌桌桌面面面面VRVRVRVR的的的的先先先先驱驱驱驱，尽尽尽尽管管管管桌桌桌桌面面面面VRVRVRVR是是是是非非非非沉沉沉沉浸浸浸浸式式式式的的的的，但但但但是是是是与与与与那那那那些些些些可可可可视视视视效效效效果果果果和和和和动动动动态态态态质质质质量量量量差差差差的的的的沉沉沉沉浸浸浸浸式式式式(Immersive)Immersive)Immersive)Immersive)系系系系统相比，具有优质图像和实时交互特性。统相比，具有优质图像和实时交互特性。统相比，具有优质图像

18、和实时交互特性。统相比，具有优质图像和实时交互特性。英英英英国国国国的的的的高高高高级级级级机机机机器器器器人人人人研研研研究究究究有有有有限限限限公公公公司司司司(ARRL)ARRL)ARRL)ARRL)关关关关于于于于远远远远程程程程呈呈呈呈现现现现的的的的实实实实验验验验研研研研究究究究主主主主要要要要包包包包括括括括VRVRVRVR技技技技术术术术重重重重构构构构问问问问题题题题。头头头头控控控控立立立立体体体体摄摄摄摄像像像像系系系系统统统统、在在在在手手手手套套套套和和和和3 3 3 3D D D D6D6D6D6D鼠鼠鼠鼠标上使用了触觉反馈等。标上使用了触觉反馈等。标上使用了触觉

19、反馈等。标上使用了触觉反馈等。虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状在德国有大约在德国有大约在德国有大约在德国有大约50505050个研究所，研究开发工作集个研究所，研究开发工作集个研究所，研究开发工作集个研究所，研究开发工作集中在计算机图形学有关的领域，如中在计算机图形学有关的领域，如中在计算机图形学有关的领域，如中在计算机图形学有关的领域，如可视模可视模可视模可视模拟、可视化、图像处理和拟、可视化、图像处理和拟、可视化、图像处理和拟、可视化、图像处理和VRVRVRVR等等等等，并对那些，并对那些，并对那些，并对那些需要复杂底层结构、技术支持和专业性的需要复杂底层结构、技术支持和专业性的需要复

20、杂底层结构、技术支持和专业性的需要复杂底层结构、技术支持和专业性的中长期项目实现承包管理方法。中长期项目实现承包管理方法。中长期项目实现承包管理方法。中长期项目实现承包管理方法。虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状 国内虚拟现实技术的研究现状国内虚拟现实技术的研究现状国内虚拟现实技术的研究现状国内虚拟现实技术的研究现状：北京航天航空大学计算机系是国内最早进行北京航天航空大学计算机系是国内最早进行北京航天航空大学计算机系是国内最早进行北京航天航空大学计算机系是国内最早进行VRVRVRVR研研研研究的单位之一，他们首先进行了一些基础研究，究的单位之一，他们首先进行了一些基础研究，究的单位之一，他们

21、首先进行了一些基础研究，究的单位之一，他们首先进行了一些基础研究，并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示与处并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示与处并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示与处并着重研究虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发了部分硬理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发了部分硬理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发了部分硬理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；分布式虚拟件，并提出了有关算法及实现方法；分布式虚拟件，并提出了有关算法及实现方法；分布式虚拟件，并提出了有关算法及实现方法；分布式虚拟环境环境环境环境DVENET

22、DVENET DVENET DVENET 虚拟现实的研究现状虚拟现实的研究现状浙浙浙浙江江江江大大大大学学学学CAD&CGCAD&CGCAD&CGCAD&CG国国国国家家家家重重重重点点点点实实实实验验验验室室室室在在在在基基基基于于于于图图图图像像像像的的的的虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实、分分分分布布布布式式式式虚虚虚虚拟拟拟拟环环环环境境境境的的的的建建建建立立立立、多多多多细细细细节节节节层层层层次次次次模模模模型型型型、真真真真实实实实感感感感三三三三维维维维重重重重建建建建、基基基基于于于于几几几几何何何何和和和和图图图图像像像像的的的的混混混混合合合合式式式式图图图图形形形形实

23、实实实时时时时绘绘绘绘制制制制算算算算法法法法等等等等领领领领域域域域开开开开展展展展了深入的研究，在国内外产生了广泛的影响。了深入的研究，在国内外产生了广泛的影响。了深入的研究，在国内外产生了广泛的影响。了深入的研究，在国内外产生了广泛的影响。清清清清华华华华大大大大学学学学计计计计算算算算机机机机科科科科学学学学和和和和技技技技术术术术系系系系对对对对虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实和和和和临临临临场场场场感感感感的的的的方方方方面面面面进进进进行行行行了了了了研研研研究究究究，例例例例如如如如球球球球面面面面屏屏屏屏幕幕幕幕显显显显示示示示和和和和图图图图像像像像随随随随动动动动、克克克

24、克服服服服立立立立体体体体图图图图闪闪闪闪烁烁烁烁的的的的措措措措施施施施和和和和深深深深度感试验等方面都有不少独特的方法。度感试验等方面都有不少独特的方法。度感试验等方面都有不少独特的方法。度感试验等方面都有不少独特的方法。虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域 工程应用工程应用工程应用工程应用虚拟现实技术在制造业的广泛应用。虚拟现实技术在制造业的广泛应用。虚拟现实技术在制造业的广泛应用。虚拟现实技术在制造业的广泛应用。德国的汽车制造企业，将德国的汽车制造企业，将德国的汽车制造企业，将德国的汽车制造企业，将vrvrvrvr应用到零部件设计、应用到零部件设计、应用到零部件设计、应

25、用到零部件设计、内部设计、空气动力学实验和模拟撞车安全测试。内部设计、空气动力学实验和模拟撞车安全测试。内部设计、空气动力学实验和模拟撞车安全测试。内部设计、空气动力学实验和模拟撞车安全测试。福特公司的虚拟工厂福特公司的虚拟工厂福特公司的虚拟工厂福特公司的虚拟工厂 英国航空实验室的虚拟轿车客舱英国航空实验室的虚拟轿车客舱英国航空实验室的虚拟轿车客舱英国航空实验室的虚拟轿车客舱 雷诺汽车公司的雷诺汽车公司的雷诺汽车公司的雷诺汽车公司的“city Fleet”city Fleet”city Fleet”city Fleet”虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域工程应用工程应用工程应

26、用工程应用虚拟现实技术在飞行仿真领域的应用虚拟现实技术在飞行仿真领域的应用虚拟现实技术在飞行仿真领域的应用虚拟现实技术在飞行仿真领域的应用 飞行员的操纵舱系统飞行员的操纵舱系统飞行员的操纵舱系统飞行员的操纵舱系统 显示外部图像的显示外部图像的显示外部图像的显示外部图像的视觉系统视觉系统视觉系统视觉系统 产生运动感的产生运动感的产生运动感的产生运动感的运动系统运动系统运动系统运动系统 计算和控制飞行运动的计算机系统计算和控制飞行运动的计算机系统计算和控制飞行运动的计算机系统计算和控制飞行运动的计算机系统。虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域工程应用工程应用虚拟现实技术在虚拟实验的

27、应用虚拟现实技术在虚拟实验的应用虚拟风洞虚拟风洞虚拟风洞虚拟风洞 虚拟物理实验室虚拟物理实验室虚拟物理实验室虚拟物理实验室 虚拟电力控制室虚拟电力控制室虚拟电力控制室虚拟电力控制室 虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域医学领域的应用医学领域的应用医学领域的应用医学领域的应用“虚拟现实虚拟现实虚拟现实虚拟现实”装置装置装置装置 虚拟现实技术分析神经系统虚拟现实技术分析神经系统虚拟现实技术分析神经系统虚拟现实技术分析神经系统分子造型分子造型分子造型分子造型虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域教育培训领域的应用教育培训领域的应用教育培训领域的应用教育培训领域的应用建筑

28、工程学建筑工程学建筑工程学建筑工程学考古学考古学考古学考古学医学教育医学教育医学教育医学教育导游培训导游培训导游培训导游培训生物教育生物教育生物教育生物教育历史教育历史教育历史教育历史教育化学和物理教育化学和物理教育化学和物理教育化学和物理教育社会科学社会科学社会科学社会科学虚拟现实技术的主要应用领域虚拟现实技术的主要应用领域军事应用军事应用步兵训练系统步兵训练系统步兵训练系统步兵训练系统作战仿真系统作战仿真系统作战仿真系统作战仿真系统虚拟现实技术体系结构虚拟现实技术体系结构 虚拟现实的硬件系统结构虚拟现实的硬件系统结构虚拟现实的硬件系统结构虚拟现实的硬件系统结构虚拟现实技术体系结构虚拟现实技

29、术体系结构 虚拟现实系统的组成模块虚拟现实系统的组成模块虚拟现实系统的组成模块虚拟现实系统的组成模块输输输输入入入入模模模模块块块块：是是是是虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实系系系系统统统统的的的的输输输输入入入入接接接接口口口口，其其其其功功功功能能能能是是是是检检检检测测测测用用用用户户户户的输入信号，并通过传感器模块作用于虚拟环境。的输入信号，并通过传感器模块作用于虚拟环境。的输入信号，并通过传感器模块作用于虚拟环境。的输入信号，并通过传感器模块作用于虚拟环境。传传传传感感感感器器器器模模模模块块块块：是是是是虚虚虚虚拟拟拟拟现现现现实实实实系系系系统统统统中中中中操操操操作作作作者者者

30、者和和和和虚虚虚虚拟拟拟拟环环环环境境境境之之之之间间间间的的的的桥桥桥桥梁。梁。梁。梁。响应模块：是虚拟现实系统的控制中心。响应模块：是虚拟现实系统的控制中心。响应模块：是虚拟现实系统的控制中心。响应模块：是虚拟现实系统的控制中心。反馈模块：是虚拟现实系统的输出接口。反馈模块：是虚拟现实系统的输出接口。反馈模块：是虚拟现实系统的输出接口。反馈模块：是虚拟现实系统的输出接口。用户用户传感传感器模器模块块输入模块输入模块用户界面用户界面反馈模块反馈模块相应模块相应模块虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类沉浸式：用封闭的视景和

31、音响系统将用户的视听觉沉浸式：用封闭的视景和音响系统将用户的视听觉沉浸式：用封闭的视景和音响系统将用户的视听觉沉浸式：用封闭的视景和音响系统将用户的视听觉与外界隔离，使用户完全置于计算机生成的环境之与外界隔离，使用户完全置于计算机生成的环境之与外界隔离，使用户完全置于计算机生成的环境之与外界隔离，使用户完全置于计算机生成的环境之中，计算机通过用户戴的数据手套和跟踪器可以测中，计算机通过用户戴的数据手套和跟踪器可以测中，计算机通过用户戴的数据手套和跟踪器可以测中，计算机通过用户戴的数据手套和跟踪器可以测试用户的运动和姿态，并将测得的数据反馈到生成试用户的运动和姿态，并将测得的数据反馈到生成试用户

32、的运动和姿态，并将测得的数据反馈到生成试用户的运动和姿态，并将测得的数据反馈到生成的视景中，产生人在其中的效果。的视景中，产生人在其中的效果。的视景中，产生人在其中的效果。的视景中，产生人在其中的效果。虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类非沉浸式：非沉浸式非沉浸式：非沉浸式非沉浸式：非沉浸式非沉浸式：非沉浸式VRVRVRVR系统又称为桌面系统又称为桌面系统又称为桌面系统又称为桌面VRVRVRVR系系系系统或非配带型统或非配带型统或非配带型统或非配带型VRVRVRVR系统，其视景是通过计算系统，其视景是通过计算系统，其视景是通过计算系统，其视景是通过计算机屏幕

33、、或投影屏幕、或室内的实际景物机屏幕、或投影屏幕、或室内的实际景物机屏幕、或投影屏幕、或室内的实际景物机屏幕、或投影屏幕、或室内的实际景物加上部分计算机生成的环境来提供给用户加上部分计算机生成的环境来提供给用户加上部分计算机生成的环境来提供给用户加上部分计算机生成的环境来提供给用户的；音响是由安放在桌面上的或室内音响的；音响是由安放在桌面上的或室内音响的；音响是由安放在桌面上的或室内音响的；音响是由安放在桌面上的或室内音响系统提供的。这种系统有时称为系统提供的。这种系统有时称为系统提供的。这种系统有时称为系统提供的。这种系统有时称为“窗口虚窗口虚窗口虚窗口虚拟现实系统拟现实系统拟现实系统拟现实

34、系统(through-the-Windows VR through-the-Windows VR through-the-Windows VR through-the-Windows VR system)”system)”system)”system)”或者或者或者或者“桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统(Desk-Desk-Desk-Desk-top VR System)”top VR System)”top VR System)”top VR System)”。图8.5 沉浸式VR系统虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟

35、现实系统的分类虚拟现实系统的分类叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世叠加式：叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点界进行观察的同时，虚拟图像叠加在被观察点(即即即即现实世界现实世界现实世界现实世界)之上。叠加式虚拟现实系统又称为之上。叠加式虚拟现实系统又称为之上。叠加式虚拟现实系统又称为之上。叠加式虚拟现实系统又称为“补补补补充现实系统充现实系统充现实系统充现实系统”或者或者或者或者“扩大的

36、现实系统扩大的现实系统扩大的现实系统扩大的现实系统”(”(”(”(Augmented RealityAugmented RealityAugmented RealityAugmented Reality，A11)A11)A11)A11)。虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类虚拟现实系统的分类 分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统(DVRDVR)是一种基于网络的虚是一种基于网络的虚是一种基于网络的虚是一种基于网络的虚拟现实系统，它可使一组虚拟环境连成网络，使拟现实系统，它可使一组虚拟环境连成网络，使拟现实系

37、统，它可使一组虚拟环境连成网络，使拟现实系统，它可使一组虚拟环境连成网络，使其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到其能在虚拟域内交互，同时在交互过程中意识到彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身彼此的存在，每个用户是虚拟环境中的一个化身(Avatar)Avatar)。它的基础是网络技术、实时图像压缩。它的基础是网络技术、实时图像压缩。它的基础是网络技术、实时图像压缩。它的基础是网络技术、实时图像压缩技术等，它的关键是分布

38、交互仿真协议，必须保技术等，它的关键是分布交互仿真协议，必须保技术等，它的关键是分布交互仿真协议，必须保技术等，它的关键是分布交互仿真协议，必须保证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，证各个用户在任意时刻的虚拟环境视图是一致的，而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用而且协议还必须支持用户规模的可伸缩性，常用的分布式协议是的分布式协议是的分布式协议是的分布式协议是DISDIS和和和和HLAHLA。分布式分布式分布式分

39、布式VRVR技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医技术主要运用于远程虚拟会议，虚拟医院，虚拟战场等。院，虚拟战场等。院，虚拟战场等。院，虚拟战场等。虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器头盔式显示器(HeadHead一一一一Mounted Mounted Display,HMDDisplay,HMD)：最常见的使用最常见的使用最常见的使用最常见的使用户产生沉浸感的户产生沉浸感的户产生沉浸感的户产生沉浸感的装置是头盔显示装置是头盔显示装置是头盔显示装置是头盔显示器器器器，它可提供视它可提供视它可提供视它

40、可提供视觉显示、立体声觉显示、立体声觉显示、立体声觉显示、立体声音输出以及头部音输出以及头部音输出以及头部音输出以及头部位置跟踪的功能，位置跟踪的功能，位置跟踪的功能，位置跟踪的功能，是进入虚拟环境是进入虚拟环境是进入虚拟环境是进入虚拟环境首选的装置。首选的装置。首选的装置。首选的装置。虚拟环境的视觉通道虚拟环境的视觉通道 图8.10 头盔显示器(HMD)虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础原原原原理理理理：计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统针针针针对对对对左左左左右右右右眼眼眼眼的的的的两两两两个个个个RGBRGBRGBRGB信信信信号号号号，通通通通过过过过双双双双路路路路立立立立体体体

41、体显显显显示示示示系系系系统统统统发发发发送送送送给给给给HMDHMDHMDHMD的的的的控控控控制制制制单单单单元元元元，用用用用于于于于立立立立体体体体观观观观察察察察。控控控控制制制制单单单单元元元元同同同同时时时时接接接接收立体声，发送给收立体声，发送给收立体声，发送给收立体声，发送给HMDHMDHMDHMD的立体耳机。的立体耳机。的立体耳机。的立体耳机。位置跟踪器位置跟踪器位置跟踪器位置跟踪器头盔的缺点是使人感到不习惯和不舒适，头盔的缺点是使人感到不习惯和不舒适，头盔的缺点是使人感到不习惯和不舒适，头盔的缺点是使人感到不习惯和不舒适，加上分辨率低和视野范围不够会引起信息加上分辨率低和

42、视野范围不够会引起信息加上分辨率低和视野范围不够会引起信息加上分辨率低和视野范围不够会引起信息丢失。丢失。丢失。丢失。虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础立体投影显示立体投影显示立体投影显示立体投影显示CAVECAVECAVECAVE握由美国握由美国握由美国握由美国IllinoisIllinoisIllinoisIllinois大学大学大学大学EVLEVLEVLEVL实验室为克服实验室为克服实验室为克服实验室为克服HMDHMDHMDHMD存存存存在的问题而研制的一个系统，完成于在的问题而研制的一个系统，完成于在的问题而研制的一个系统，完成于在的问题而研制的一个系统，完成于20202020世纪世纪世

43、纪世纪90909090年代年代年代年代初。它由一个初。它由一个初。它由一个初。它由一个10101010ftlOft9ftftlOft9ftftlOft9ftftlOft9ft大小的房间组成，大小的房间组成，大小的房间组成，大小的房间组成，房间的每一面墙与地板均由大屏幕背投影机投上房间的每一面墙与地板均由大屏幕背投影机投上房间的每一面墙与地板均由大屏幕背投影机投上房间的每一面墙与地板均由大屏幕背投影机投上1024768102476810247681024768分辨率的立体图像。可允许多人走进分辨率的立体图像。可允许多人走进分辨率的立体图像。可允许多人走进分辨率的立体图像。可允许多人走进CAVEC

44、AVECAVECAVE中，用户戴上立体眼镜便能从空间中任一方向中，用户戴上立体眼镜便能从空间中任一方向中，用户戴上立体眼镜便能从空间中任一方向中，用户戴上立体眼镜便能从空间中任一方向看到立体的图像。看到立体的图像。看到立体的图像。看到立体的图像。CAVICAVICAVICAVI实现了大视角、全景、立体、实现了大视角、全景、立体、实现了大视角、全景、立体、实现了大视角、全景、立体、且支持且支持且支持且支持5 5 5 5lOlOlOlO人共享的一个虚拟环境。人共享的一个虚拟环境。人共享的一个虚拟环境。人共享的一个虚拟环境。虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础CAVECAVECAVECAVE的优点的优点

45、的优点的优点 它它它它可可可可提提提提供供供供180180180180度度度度的的的的宽宽宽宽视视视视域域域域和和和和2000200020002000 x2000 x2000 x2000 x2000以以以以上上上上的的的的高高高高分分分分辨辨辨辨率。率。率。率。它它它它允允允允许许许许用用用用户户户户在在在在虚虚虚虚拟拟拟拟空空空空间间间间中中中中走走走走动动动动，而而而而不不不不用用用用佩佩佩佩戴戴戴戴笨笨笨笨重重重重设设设设备。备。备。备。它它它它允允允允许许许许在在在在同同同同一一一一个个个个环环环环境境境境中中中中存存存存在在在在多多多多个个个个用用用用户户户户，而而而而且且且且用用用

46、用户户户户之之之之间可以自然地交互。间可以自然地交互。间可以自然地交互。间可以自然地交互。一一一一次次次次能能能能显显显显示示示示大大大大型型型型模模模模型型型型，如如如如汽汽汽汽车车车车、房房房房屋屋屋屋等等等等，而而而而用用用用HMDHMDHMDHMD则需要头部运动刁能看到完整的模型。则需要头部运动刁能看到完整的模型。则需要头部运动刁能看到完整的模型。则需要头部运动刁能看到完整的模型。虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础CAVE的不足的不足价格昂贵价格昂贵价格昂贵价格昂贵要求更大的空间和更多的硬件要求更大的空间和更多的硬件要求更大的空间和更多的硬件要求更大的空间和更多的硬件还没有产品化和标准化

47、等。还没有产品化和标准化等。还没有产品化和标准化等。还没有产品化和标准化等。改进改进ImmersaDeskImmersaDeskInfinity Wall Infinity Wall SGI Reality Center SGI Reality Center 虚拟视网膜显示器虚拟视网膜显示器虚拟视网膜显示器虚拟视网膜显示器(Virtual Retinal Virtual Retinal DisplayDisplay，简称简称简称简称VRDVRD)虚拟现实硬件基础虚拟现实硬件基础立体眼镜立体眼镜立体眼镜立体眼镜 被动式（被动式（被动式（被动式（PassivePassive），这两幅图像可以并排放

48、置，），这两幅图像可以并排放置，），这两幅图像可以并排放置，），这两幅图像可以并排放置，重叠在一起，图像能够通过放于眼前的不同的重叠在一起，图像能够通过放于眼前的不同的重叠在一起，图像能够通过放于眼前的不同的重叠在一起，图像能够通过放于眼前的不同的滤波器投影到眼睛，立体图像使用偏正光眼镜滤波器投影到眼睛，立体图像使用偏正光眼镜滤波器投影到眼睛，立体图像使用偏正光眼镜滤波器投影到眼睛，立体图像使用偏正光眼镜或红或红或红或红/蓝玻璃眼镜，以提供天然的（无色彩）立蓝玻璃眼镜，以提供天然的（无色彩）立蓝玻璃眼镜，以提供天然的（无色彩）立蓝玻璃眼镜，以提供天然的（无色彩）立体视觉，这类眼镜造价便宜，电影

49、等娱乐业大体视觉，这类眼镜造价便宜，电影等娱乐业大体视觉，这类眼镜造价便宜，电影等娱乐业大体视觉，这类眼镜造价便宜，电影等娱乐业大量采用该类型。量采用该类型。量采用该类型。量采用该类型。主动式（主动式（主动式（主动式（ActiveActive），计算机交替产生左、右眼），计算机交替产生左、右眼），计算机交替产生左、右眼），计算机交替产生左、右眼图像，使用液晶显示眼镜与显示器上的立体图图像，使用液晶显示眼镜与显示器上的立体图图像，使用液晶显示眼镜与显示器上的立体图图像，使用液晶显示眼镜与显示器上的立体图像对，同步开关，遮挡左像对，同步开关，遮挡左像对，同步开关，遮挡左像对，同步开关，遮挡左/右眼

50、，使大脑很快收右眼，使大脑很快收右眼，使大脑很快收右眼，使大脑很快收到交替图像，并融合图像为单一的场景和景深。到交替图像，并融合图像为单一的场景和景深。到交替图像，并融合图像为单一的场景和景深。到交替图像，并融合图像为单一的场景和景深。所以需要高速的场频（最小为所以需要高速的场频（最小为所以需要高速的场频（最小为所以需要高速的场频（最小为60Hz60Hz）来避免闪）来避免闪）来避免闪）来避免闪烁，否则用户佩戴后会感到头昏。这类眼镜较烁，否则用户佩戴后会感到头昏。这类眼镜较烁，否则用户佩戴后会感到头昏。这类眼镜较烁，否则用户佩戴后会感到头昏。这类眼镜较昂贵，主要有昂贵，主要有昂贵，主要有昂贵，主