【文章內(nèi)容簡介】 計算機輔助制造、游戲娛樂業(yè)、航空航天、生物技術(shù)、軍事、培訓等眾多領(lǐng)域均有廣泛的應用。 19 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實分類 按照系統(tǒng) 功能和實現(xiàn)方式 的不同，可以分為三種類型： 沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗。 它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的 視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個 新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、 數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參 與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中 的感覺。例如，在消防仿真演習系統(tǒng)中，消防 員會沉浸于極度真實的火災場景并做出不同反 應。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬 世界中去，缺點是系統(tǒng)設(shè)備尤其是硬件價格相 對較高，難以大規(guī)則普及推廣。 （ 1）沉浸型 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) （ “可穿戴的” VR系統(tǒng) ） 20 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實分類 （ 2）簡易型 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（ 桌面 VR系統(tǒng) ） 桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。通過各種輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括立體眼鏡、 3D控制器使監(jiān)視器或者鼠標，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計算機屏幕觀察 360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但這種系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，組成靈活，易于普及推廣，是一套經(jīng)濟實用的系統(tǒng)。 21 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實分類 （ 3）共享型 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) （網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實，又稱為 分布式 虛擬環(huán)境） 洽談 討論 設(shè)計 是一種基于網(wǎng)絡連接的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)， 它是多個用戶通過計算機網(wǎng)絡連接在一起， 同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經(jīng)歷， 把虛擬現(xiàn)實則提升到了一個更高的境界，這 就是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn) 實系統(tǒng)中，多個用戶可通過網(wǎng)絡對同一虛擬 世界進行觀察和操作，以達到協(xié)同工作的目 的。例如，異地的醫(yī)科學生，可以通過網(wǎng)絡， 對虛擬手術(shù)室中的病人進行外科手術(shù)。又如 風靡因特網(wǎng)的網(wǎng)絡游戲，其實就是共享型虛 擬現(xiàn)實系統(tǒng)的有力表現(xiàn)。眾多玩家可以在同 一個虛擬環(huán)境中交互式的進行交流、打斗、 組織甚至生存，讓虛擬的情節(jié)持續(xù)發(fā)展。 22 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 虛擬世界的生成、人與虛擬世界的自然交互 識別用戶各種形式的輸入，并實時生成相應的反饋信息 模型的建立、虛擬聲音的生成、管理、顯示、數(shù)據(jù)庫的建立管理 整個虛擬世界中所有物體的各方面信息 23 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成 軟件和 數(shù)據(jù)庫 用戶 任務 VR系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VR系統(tǒng)的五個典型組成部分 24 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成 實時三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、高分辨率顯示技術(shù) . (1)動態(tài)環(huán)境建模 動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要建立相應 的虛擬環(huán)境模型。 (2)實時三維圖形生成技術(shù) 三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新頻 率不低于 15幀 /秒，最好高于 30幀 /秒。提高刷新頻率是該技術(shù)的主要內(nèi)容。 (3)立體顯示和傳感器技術(shù) 虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備過重、分辨率低、 延遲大、有線、跟蹤精度低、視場不夠?qū)?、眼睛容易疲勞等，因此有必要開發(fā)新的 三維顯示技術(shù)。 (4)應用系統(tǒng)開發(fā)工具 虛擬現(xiàn)實應用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。選擇適 當?shù)膽脤ο罂梢源蠓忍岣呱a(chǎn)效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 (5)系統(tǒng)集成技術(shù) 由于 VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。 集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別 與合成技術(shù)等等。 25 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 （ 1） 虛擬現(xiàn)實生成設(shè)備： 是一臺或多臺高性能計算機，是帶有圖形加速器和 多條圖形輸出流水線的高性能圖形計算機。 （ 2） 感知設(shè)備： 感知設(shè)備是指將虛擬世界各類感知模型轉(zhuǎn)變?yōu)槿四? 接受的多通道刺激信號的設(shè)備。然而，相對成熟的感知 信息和生產(chǎn)和檢測技術(shù)僅有視覺、聽覺和力覺三種通道。 （ 3） 跟蹤設(shè)備： 跟蹤設(shè)備用于跟蹤并檢測位置和方位，實現(xiàn)虛擬現(xiàn) 實系統(tǒng)中人機交互操作。 （ 4） 基于自然方式的人機交互設(shè)備： 應用手勢、體勢、眼神以及自然語言的人機交互設(shè)備， 常見的有數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、眼球跟蹤器及語音綜合識 別裝置。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成（硬件構(gòu)成） 26 虛擬現(xiàn)實（ LNTU) 第一章 虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真概述 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件配置示意圖： 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成