三D虚拟现实技术简介-.pptx

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1、3D3D虚拟现实技术介绍虚拟现实技术介绍 大连理工大学创新试验学院大连理工大学创新试验学院1三D虚拟现实技术简介 第1页虚拟现实技术虚拟现实技术v概况概况 虚拟现实（简称虚拟现实（简称VR），又称灵境技），又称灵境技术，是以沉醉性、交互性和构想性为基本术，是以沉醉性、交互性和构想性为基本特征计算机高级人机界面。他综合利用了特征计算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人视觉、听理技术和多传感器技术，模拟人视觉、听觉、触觉等感觉器官功效，

2、使人能够沉醉觉、触觉等感觉器官功效，使人能够沉醉在计算机生成虚拟境界中，并能够经过语在计算机生成虚拟境界中，并能够经过语言、手势等自然方式与之进行实时交互，言、手势等自然方式与之进行实时交互，创建了一个适人化多维信息空间。使用者创建了一个适人化多维信息空间。使用者不但能够经过虚拟现实系统感受到在客观不但能够经过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历物理世界中所经历“身临其境身临其境”逼真性，逼真性，而且能够突破空间、时间以及其它客观限而且能够突破空间、时间以及其它客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历体验。制，感受到真实世界中无法亲身经历体验。三D虚拟现实技术简介 第2页虚拟现实技术虚拟现实

3、技术v虚拟现实是在计算机中结构出一个形象逼真模型。人与该模型能够进虚拟现实是在计算机中结构出一个形象逼真模型。人与该模型能够进行交互，并产生与真实世界中相同反馈信息，使人们取得和真实世界行交互，并产生与真实世界中相同反馈信息，使人们取得和真实世界中一样感受。中一样感受。v当人们需要结构当前不存在环境（合理虚拟现）、人类不可能到达环当人们需要结构当前不存在环境（合理虚拟现）、人类不可能到达环境（夸大虚拟现实）或结构纯粹虚构环境（虚幻虚拟现实）以取代需境（夸大虚拟现实）或结构纯粹虚构环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大真实环境时，就能够利用虚拟现实技术。要耗资巨大真实环境时，就能够利用虚拟现实技

4、术。v虚拟现实技术应用前景十分辽阔。它始于军事和航空航天领域需求，虚拟现实技术应用前景十分辽阔。它始于军事和航空航天领域需求，但近年来，虚拟现实技术应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、但近年来，虚拟现实技术应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们生活。文化娱乐等方面。它正在改变着我们生活。三D虚拟现实技术简介 第3页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v图像显示设备是用于产生立体视觉效图像显示设备是用于产生立体视觉效果关键外设，当前常见产品包含光阀果关键外设，当前常见产品包含光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档头盔

5、显示器在屏蔽现实其中高档头盔显示器在屏蔽现实世界同时，提供高分辨率、大视场角世界同时，提供高分辨率、大视场角虚拟场景，并带有立体声耳机，能够虚拟场景，并带有立体声耳机，能够使人产生强烈浸没感。使人产生强烈浸没感。v其它外设主要用于实现与虚拟现实交其它外设主要用于实现与虚拟现实交互功效，包含数据手套、三维鼠标、互功效，包含数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。与合成系统等等。三D虚拟现实技术简介 第4页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v数据手套数据手套 虚拟现实应用主要交互设备，它作为一只虚拟虚拟现实应用主要交互设备，它作为一

6、只虚拟手或控件用于手或控件用于3DVR场景模拟交互，可进行物体抓取、移场景模拟交互，可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制，有有线和无线、左手和右手之分，动、装配、操纵、控制，有有线和无线、左手和右手之分，可用于可用于WTK、Vega等等3D VR或视景仿真软件环境中。或视景仿真软件环境中。三D虚拟现实技术简介 第5页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v三维空间交互球三维空间交互球 虚拟现实应用中另一主要交互设备，用于六个虚拟现实应用中另一主要交互设备，用于六个自由度自由度VR场景模拟交互，可从不一样角度和方位对三维场景模拟交互，可从不一样角度和方位对三维物体观察、浏览、操纵；也可作为物

7、体观察、浏览、操纵；也可作为3D Mouse来使用；来使用；并可与数据手套或立体眼镜结合使用，作为跟踪定位器。并可与数据手套或立体眼镜结合使用，作为跟踪定位器。也可单独用于也可单独用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。三D虚拟现实技术简介 第6页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v运动跟踪器运动跟踪器 三维空间跟踪定位器是三维空间跟踪定位器是VR系统中用于空间跟系统中用于空间跟踪定位装置，普通与其它踪定位装置，普通与其它VR设备结合使用，如：数据头设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参加者在空间上能够自由盔、立体眼镜、数据手套等，使参加者在空间上能够自由移动、旋转，不

8、局限于固定空间位置，操作愈加灵活、自移动、旋转，不局限于固定空间位置，操作愈加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由之度。如、随意。产品有六个自由度和三个自由之度。三D虚拟现实技术简介 第7页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v力反馈装置力反馈装置 力反馈器是力反馈器是VR研究中一个主要设备，该设备能研究中一个主要设备，该设备能使参加者实现虚拟环境中除视觉、听觉之外第三感觉使参加者实现虚拟环境中除视觉、听觉之外第三感觉触觉和力感，深入增强虚拟环境交互性，从而真正体会到触觉和力感，深入增强虚拟环境交互性，从而真正体会到虚拟世界中交互真实感，该设备广泛应用于虚拟医疗、虚虚拟世界中交互真

9、实感，该设备广泛应用于虚拟医疗、虚拟装配等很多领域。拟装配等很多领域。三D虚拟现实技术简介 第8页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v三维模型数字化仪三维模型数字化仪 又称三维扫描仪或三维数又称三维扫描仪或三维数字化仪，是一个先进三维模型建立设字化仪，是一个先进三维模型建立设备，该设备利用备，该设备利用CCD成像、激光扫描成像、激光扫描等伎俩实现物体模型取样，同时经过等伎俩实现物体模型取样，同时经过配套矢量华软件对三维模型数据进行配套矢量华软件对三维模型数据进行数字化，从而实现计算机系统对数字数字化，从而实现计算机系统对数字模型控制。模型控制。尤其适合于建立一些不规则三尤其适合于建立一些

10、不规则三维物体模型工作中，如人体器官和骨维物体模型工作中，如人体器官和骨骼模型建立、出土三千年前文物三维骼模型建立、出土三千年前文物三维数字模型建立等等，在医疗、动植物数字模型建立等等，在医疗、动植物研究、文物保护等研究、文物保护等VR应用领域有辽应用领域有辽阔应用前景。阔应用前景。三D虚拟现实技术简介 第9页虚拟现实技术虚拟现实技术关键外设关键外设v立体显示器立体显示器 立体显示器摆脱以往技术立体显示器摆脱以往技术需求，不需要任何编程开发，只要需求，不需要任何编程开发，只要您有三维模型，就能够实现三维模您有三维模型，就能够实现三维模型立体显示，只要用肉眼即观察到型立体显示，只要用肉眼即观察到

11、突出立体显示效果，不需要带任何突出立体显示效果，不需要带任何立体眼镜设备；同时，它也能够实立体眼镜设备；同时，它也能够实现视频图像（如立体电影）立体显现视频图像（如立体电影）立体显示和立体观察，一样也无须戴任何示和立体观察，一样也无须戴任何立体眼镜。立体眼镜。三D虚拟现实技术简介 第10页虚拟现实技术案例虚拟现实技术案例广西容广西容县明代明代风情商情商业街街规划划卢浮浮宫室内设计室内设计 二层豪华别墅二层豪华别墅三D虚拟现实技术简介 第11页虚拟现实技术虚拟现实技术v虚拟与现实两词含有相互矛盾含义，把这两个词放在一起，虚拟与现实两词含有相互矛盾含义，把这两个词放在一起，似乎没有意义，不过科学技

12、术发展却赋予了它新含义。似乎没有意义，不过科学技术发展却赋予了它新含义。v虚拟现实明确定义不太好说，按最早提出虚拟现实概念学虚拟现实明确定义不太好说，按最早提出虚拟现实概念学者者J.Laniar说法，虚拟现实，又称假想现实，意味着说法，虚拟现实，又称假想现实，意味着“用电子计算机合成人工世界用电子计算机合成人工世界”。v能够清楚地看到，这个领域与计算机有着不可分离亲密关能够清楚地看到，这个领域与计算机有着不可分离亲密关系，信息科学是合成虚拟现实基本前提。系，信息科学是合成虚拟现实基本前提。三D虚拟现实技术简介 第12页虚拟现实技术虚拟现实技术v生成虚拟现实需要处理以下三个主要问题：生成虚拟现实

13、需要处理以下三个主要问题：以假乱真存在技术。即，怎样合成对观察者感官器以假乱真存在技术。即，怎样合成对观察者感官器官来说与实际存在相一致输入信息，也就是怎样能够产生官来说与实际存在相一致输入信息，也就是怎样能够产生与现实环境一样视觉，触觉，嗅觉等。与现实环境一样视觉，触觉，嗅觉等。相互作用。观察者怎样主动和能动地操作虚拟现实，相互作用。观察者怎样主动和能动地操作虚拟现实，以实现不一样视点景象和更高层次感觉信息。实际上也就以实现不一样视点景象和更高层次感觉信息。实际上也就是怎么能够看得更像，听得更真等等。是怎么能够看得更像，听得更真等等。自律性现实。感觉者怎样在不意识到自己动作、行自律性现实。感

14、觉者怎样在不意识到自己动作、行为条件下得到栩栩如生现实感。在这里，观察者、传感器、为条件下得到栩栩如生现实感。在这里，观察者、传感器、计算机仿真系统与显示系统组成了一个相互作用闭环流程。计算机仿真系统与显示系统组成了一个相互作用闭环流程。三D虚拟现实技术简介 第13页虚拟现实技术虚拟现实技术关键技术和研究内容关键技术和研究内容1、环境建模技术、环境建模技术 即虚拟环境建立，目标是获取实际三维环境三维数据，并依据即虚拟环境建立，目标是获取实际三维环境三维数据，并依据应用需要，利用获取三维数据建立对应虚拟环境模型。应用需要，利用获取三维数据建立对应虚拟环境模型。2、立体声合成和立体显示技术、立体声

15、合成和立体显示技术 在虚拟现实系统中消除声音方向与用户头部运动相关性，同时在虚拟现实系统中消除声音方向与用户头部运动相关性，同时在复杂场景中实时生成立体图形。在复杂场景中实时生成立体图形。3、触觉反馈技术、触觉反馈技术 在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体反作用力，从而产生身临其境感觉。物体反作用力，从而产生身临其境感觉。三D虚拟现实技术简介 第14页虚拟现实技术虚拟现实技术关键技术和研究内容关键技术和研究内容4、交互技术、交互技术 虚拟现实中人机交互远远超出了键盘和鼠标传统模式，利用数虚拟现实中人机交互远远超出了键盘

16、和鼠标传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂传感器设备，三维交互技术与语音识别、语字头盔、数字手套等复杂传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为主要人机交互伎俩。音输入技术成为主要人机交互伎俩。5、系统集成技术、系统集成技术 因为虚拟现实系统中包含大量感知信息和模型，所以系统集成因为虚拟现实系统中包含大量感知信息和模型，所以系统集成技术为重中之重：包含信息同时技术、模型标定技术、数据转换技术、技术为重中之重：包含信息同时技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。识别和合成技术等等。三D虚拟现实技术简介 第15页虚拟现实技术虚拟现实技术v在虚拟现实中和通常图像显示不一样是

17、：在虚拟现实中和通常图像显示不一样是：1.要求显示图像要随观察者眼睛位置改变而改变。要求显示图像要随观察者眼睛位置改变而改变。2.要求能快速生成图像以获和实时感。比如，制作动画要求能快速生成图像以获和实时感。比如，制作动画时不要求实时，为了确保质量每幅画面需要多长时间生成时不要求实时，为了确保质量每幅画面需要多长时间生成不受限制。而虚拟现实时生成画面通常为不受限制。而虚拟现实时生成画面通常为30帧帧/秒。秒。有了有了这么图像生成能力，再配以适当音响效果，就能够使人有这么图像生成能力，再配以适当音响效果，就能够使人有身临其境感受。身临其境感受。三D虚拟现实技术简介 第16页虚拟现实技术发展和应用

18、虚拟现实技术发展和应用v 早在早在20世纪世纪70年代便开始将虚拟现实用于培年代便开始将虚拟现实用于培训宇航员。因为这是一个省钱、安全、有效训宇航员。因为这是一个省钱、安全、有效 培训培训方法，现在已被推广到各行各业培训中。当前，方法，现在已被推广到各行各业培训中。当前，虚拟现实已被推广到不一样领域中，得到广泛应虚拟现实已被推广到不一样领域中，得到广泛应用。用。三D虚拟现实技术简介 第17页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v 在科技开发上，虚拟现实可缩在科技开发上，虚拟现实可缩短开发周期，降低费用。比如克莱短开发周期，降低费用。比如克莱斯勒企业斯勒企业1998年初便利用虚拟现年初便

19、利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计新车直接从计得突破，首次使设计新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间试生产。全省略了中间试生产。v 因为利用了卓越虚拟现实技术，因为利用了卓越虚拟现实技术，使克莱斯勒防止了使克莱斯勒防止了1500项设计差项设计差错，节约了错，节约了8个月开发时间和个月开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实万美元费用。利用虚拟现实技术还能够进行汽车冲撞试验，无技术还能够进行汽车冲撞试验，无须使用真汽车便可显示出不一样条须使用真汽车便可显示出不一样条件下冲撞后果。件下冲撞后果。

20、三D虚拟现实技术简介 第18页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v商业上，虚拟现实常被用于推销。商业上，虚拟现实常被用于推销。比如建筑工程投标时，把设计比如建筑工程投标时，把设计方案用虚拟现实技术表现出来，便方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来建筑物里参观，可把业主带入未来建筑物里参观，如门高度、窗户朝向、采光多少、如门高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都能够感同身受。屋内装饰等，都能够感同身受。它一样可用于旅游景点以及功它一样可用于旅游景点以及功效众多、用途多样商品推销。效众多、用途多样商品推销。用虚拟现实技术展现这类商品用虚拟现实技术展现这类商品魅力，比单用文字或图

21、片宣传愈加魅力，比单用文字或图片宣传愈加有吸引力。有吸引力。三D虚拟现实技术简介 第19页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v医疗上医疗上 虚拟现实应用大致上有两类：虚拟现实应用大致上有两类：一是虚拟人体，也就是数字化人一是虚拟人体，也就是数字化人体，这么人体模型医生更轻易了解体，这么人体模型医生更轻易了解人体结构和功效人体结构和功效 另一是虚拟手术系统，可用于指导另一是虚拟手术系统，可用于指导手术进行。手术进行。三D虚拟现实技术简介 第20页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v军事上，利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进多军事上，利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先

22、进多快好省研究战争、培训指挥员方法。也是因为虚拟现实技快好省研究战争、培训指挥员方法。也是因为虚拟现实技术到达很高水平，所以尽管不进行核试验，也能不停改进术到达很高水平，所以尽管不进行核试验，也能不停改进核武器。战争试验室在检验预定方案用于实战方面也能起核武器。战争试验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地域年海湾战争开始前，美军便把海湾地域各种自然环境和伊拉克军队各种数据输入计算机内，进行各种自然环境和伊拉克军队各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。以后实际作战各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。以后实际作战

23、发展和模拟试验结果相当一致。发展和模拟试验结果相当一致。三D虚拟现实技术简介 第21页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v娱乐上，应用是虚拟现实最辽阔用途。英国出售一个滑雪娱乐上，应用是虚拟现实最辽阔用途。英国出售一个滑雪模拟器。使用者身穿滑雪服、脚踩滑雪板、手拄滑雪棍、模拟器。使用者身穿滑雪服、脚踩滑雪板、手拄滑雪棍、头上载着头盔显示器，手脚上都装着传感器。即使在斗室头上载着头盔显示器，手脚上都装着传感器。即使在斗室里，只要做着各种各样滑雪动作，便可经过头盔式显示器，里，只要做着各种各样滑雪动作，便可经过头盔式显示器，看到堆满皑皑白雪高山、峡谷、悬崖陡壁，一一从身边擦看到堆满皑皑白

24、雪高山、峡谷、悬崖陡壁，一一从身边擦过，其情景就和在滑雪场里进行真滑雪所感觉一样。过，其情景就和在滑雪场里进行真滑雪所感觉一样。三D虚拟现实技术简介 第22页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v虚拟现实技术不但创造出虚拟场景，而且还创虚拟现实技术不但创造出虚拟场景，而且还创造出虚拟主持人、虚拟歌星、虚拟演员。造出虚拟主持人、虚拟歌星、虚拟演员。日本电视台推出歌星日本电视台推出歌星DiKi，不但歌声迷人，不但歌声迷人而且风采翩翩，引得无数歌迷纷纷倾倒，许多而且风采翩翩，引得无数歌迷纷纷倾倒，许多追星族欲亲睹其芳容，迫使电视台只好说明她追星族欲亲睹其芳容，迫使电视台只好说明她不过是虚拟歌

25、星。不过是虚拟歌星。美国迪斯尼企业还准备推出虚拟演员。这美国迪斯尼企业还准备推出虚拟演员。这将使将使“演员演员”艺术青春常在、活力永存。艺术青春常在、活力永存。明星片酬走向天价是造成使用虚拟演员另明星片酬走向天价是造成使用虚拟演员另一个原因。虚拟演员成为电影主角后，电影将一个原因。虚拟演员成为电影主角后，电影将成为软件产业一个分支。各软件企业将开发数成为软件产业一个分支。各软件企业将开发数不胜数虚拟演员软件供人选购。当然，在幽默不胜数虚拟演员软件供人选购。当然，在幽默和人情味上，虚拟演员在很长一段时间内甚至和人情味上，虚拟演员在很长一段时间内甚至永远都无法同真演员相比，但它确实能成为优永远都无法同真演员相比，但它确实能成为优异演员。很快前由计算机拍成游戏节目异演员。很快前由计算机拍成游戏节目古墓古墓丽影丽影片中女主角入选全球著名人物，预示着片中女主角入选全球著名人物，预示着虚拟演员时代即未降临。虚拟演员时代即未降临。三D虚拟现实技术简介 第23页虚拟现实技术发展和应用虚拟现实技术发展和应用v 虚拟现实技术已经和理论分析、科学试验一起，成为虚拟现实技术已经和理论分析、科学试验一起，成为人类探索客观世界规律三大伎俩。人类探索客观世界规律三大伎俩。三D虚拟现实技术简介 第24页谢 谢！三D虚拟现实技术简介 第25页