【正文】 技術(shù)的目的在于達(dá)到真實的體驗和面向自然的交互，因此，只要是能達(dá)到上述部分目的的系統(tǒng)就可以稱為VR 系統(tǒng)。只能按預(yù)先假定的觀察路徑觀看，無法改變實時交互性操縱者可以實時感受運動帶來的場景變化，步移景異，并可親自布置場景，具有雙向互動的功能只能像電影一樣單向演示，場景變化，畫面需要事先制作生成，耗時、費力、成本較高空間立體感支持立體顯示和三維立體聲，具有三維空間真實感不支持演示時間沒有時間限制，可真實詳盡地展示，并可以在VR 的基礎(chǔ)上導(dǎo)出動畫視頻文件，同樣可以用于多模體資料的制作和宣傳，性價比高受動畫制作時間限制，無法詳盡展示，性價比低方案應(yīng)用的靈活性在實時三維世界中，支持方案調(diào)整、評估、管理、信息查詢等功能，適合較大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)、報批、管理等需要，同時又具有更真實和直觀的多媒體演示功能只具有簡單的演示功能 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類近十年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等新技術(shù)的高速發(fā)展及應(yīng)用，VR 技術(shù)發(fā)展迅速，并呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展勢態(tài)，其內(nèi)涵已經(jīng)大大擴(kuò)展。8 第1章概論比較 項 目 VR技術(shù)三維動畫技術(shù)科學(xué)性及場景的選擇性虛擬世界由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)。有關(guān)VR 技術(shù)與三維動畫技術(shù)的比較詳見表11。在現(xiàn)在的應(yīng)用中，很多房地產(chǎn)公司采用三維動畫技術(shù)來展示樓盤，其設(shè)計周期長，模式固定，制作費用高；而同時在國內(nèi)也已經(jīng)有多家公司采用VR 技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計，其展示效果好，設(shè)計周期短，更重要的是，它是基于真實數(shù)據(jù)的科學(xué)仿真，不僅可達(dá)到一般展示的功能，而且還可以把業(yè)主帶入到未來的建筑物里參觀，還可展示如門的高度、窗戶朝向、某時間的日照、采光的多少、樣板房的自我設(shè)計、與周圍環(huán)境的相互影響等。下面來看一個應(yīng)用的實例。舉例來說，3DSMAX 是三維動畫制作的利器，其軟件制作效果好，運行效率高，用戶遍及全球。所以說交互性是兩者最大的不同。 VR 技術(shù)與三維動畫技術(shù)的異同也許有人會說，VR 技術(shù)讓人看到的東西與三維動畫技術(shù)差別不大，其實兩者是不同的兩種技術(shù)?，F(xiàn)在，VR 導(dǎo)致了二重性，VR 的景物對人的感官來說是實實在在存在的，但它又的的確確是虛構(gòu)的東西，而且按照虛構(gòu)的東西行事，往往又會得出正確的結(jié)果。以視覺為例，我們所看到的世界，不過是視網(wǎng)膜上的影像。虛和實的關(guān)系是一個古老的哲學(xué)話題。人們不必意識到自己在同計算機(jī)打交道，而可以像在現(xiàn)實世界中處理事情一樣同計算機(jī)交流，這就把人從操作計算機(jī)的復(fù)雜工作中解放出來，使用計算機(jī)無需學(xué)習(xí)，操作也異常簡單而方便。傳統(tǒng)的信息處理環(huán)境一直強(qiáng)調(diào)的是“人適應(yīng)計算機(jī)”，人與計算機(jī)通常通過鍵盤與鼠標(biāo)進(jìn)行交互，這種交互是間接的、非直覺的和有限的。正因為如此，人們也從更高的層次上來看待其作用和意義。VR 系統(tǒng)是人們可以通過視、聽、觸覺等信息通道感受到設(shè)計者思想的高級用戶界面。而VR 技術(shù)的出現(xiàn)，為解決和處理這些問題提供了新的方法及思路，人們借助VR 技術(shù)，沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求答案，找到新的解決問題的方法和手段。制作的VR 作品反映的就是某個設(shè)計者的思想，而它的功能遠(yuǎn)比那些呆板的圖紙生動強(qiáng)大得多，所以有些學(xué)者稱VR 為放大人們心靈的工具或人工現(xiàn)實（Artifical Reality），這就是VR 所具有的第三類特征——想像性。VR 技術(shù)的應(yīng)用，為人類認(rèn)識世界提供了一種全新的方法和手段，可以使人類跨越時間與空間，去經(jīng)歷和體驗世界上早已發(fā)生或尚未發(fā)生的事件；可以使人類突破生理上的限制，進(jìn)入宏觀或微觀世界進(jìn)行研究和探索；也可以模擬因條件限制等原因而難以實現(xiàn)的事情。所以說VR 技術(shù)不僅僅是一個媒體或一個高級用戶界面，同時它還是為解決工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問題而由開發(fā)者設(shè)計出來的應(yīng)用軟件。例如：頭轉(zhuǎn)動時能立即在所顯示的場景中產(chǎn)生相應(yīng)的變化，并且能得到相應(yīng)的其他反饋；用手移動虛擬世界中的一個物體，物體位置會立即發(fā)生相應(yīng)的變化。這與傳統(tǒng)的多媒體交互方式有較大的區(qū)別：在傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)中，人機(jī)之間的交互工具從計算機(jī)發(fā)明直到現(xiàn)在，還主要是鍵盤與鼠標(biāo)，通過鍵盤與鼠標(biāo)進(jìn)行一維、二維的交互；而在VR 系統(tǒng)中，人們甚至可以意識不到計算機(jī)的存在。例如，用戶可以用手圖13 VR 技術(shù)的3 個主要特性6 第1章概論直接抓取虛擬世界中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺到物體的重量，能區(qū)分所拿的是石頭還是海綿，并且場景中被抓的物體也能立刻隨手的運動而移動?？梢允褂贸錃馐绞痔?，在虛擬世界中與物體相接觸時，能產(chǎn)生與真實世界相同的感覺，如在建筑小區(qū)瀏覽時，用手推門不僅門被打開，同時手上也感覺到門對手的阻力（手感）。在虛擬世界中，人們可以借助于各種相應(yīng)的交互設(shè)備，使用戶體驗抓、握等操作的感覺。在沉浸式三維虛擬世界中，兩個物體碰撞時，也會出現(xiàn)碰撞聲音，讓用戶能根據(jù)聲音準(zhǔn)確判斷出碰撞發(fā)生的位置。普通立體聲可使人感覺聲音來自于某個平面，而三維虛擬聲音可使聽者能感覺到聲音來自于一個圍繞雙耳的球形空間的任何位置。在VR 系統(tǒng)中，聲音是除視覺以外的一個重要感覺通道，如果在VR 系統(tǒng)中加入與視覺同步的聲音效果作為補(bǔ)充，在很大程度上可提高VR 系統(tǒng)的沉浸效果。另外，可將此系統(tǒng)與真實世界隔離，避免受到外面真實世界的影響，用戶可獲得完全沉浸于虛擬世界的感覺。視覺沉浸性的建立依賴于用戶與合成圖像的集成，VR 系統(tǒng)必須向用戶提供立體三維效果及較寬的視野，同時隨著人的運動，所得到的場景也隨之實時地改變。VR 系統(tǒng)向用戶提供虛擬世界真實的、直觀的三維立體視圖，并直接接受用戶的控制。理論上來說，VR 系統(tǒng)應(yīng)該具備人在現(xiàn)實世界中具有的所有感知功能，但鑒于目前技術(shù)的局限性，在現(xiàn)在的VR 系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，較為成熟或相對成熟的主要是視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸技術(shù)，而有關(guān)味覺與嗅覺的感知技術(shù)正在研究之中，目前還很不成熟。理想的虛擬世界應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度，甚至超越真實，實現(xiàn)比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果。1．VR 技術(shù)的基本特性（1）沉浸性沉浸性（Immersion）是指用戶感受到被虛擬世界所包圍，好像完全置身于虛擬世界之中一樣。該系統(tǒng)首先由計算機(jī)生成一個虛擬世界，由頭盔式顯示器輸出一個立體的顯示，用戶可以通過頭的轉(zhuǎn)動、手的移動、語音等與虛擬世界進(jìn)行自然交互，計算機(jī)能根據(jù)用戶輸入的各種信息實時進(jìn)行計算，即刻對交互行為進(jìn)行反饋，由頭盔式顯示器更新相應(yīng)的場景顯示，由耳機(jī)輸出虛擬立體聲音、由力反饋裝置產(chǎn)生觸覺（力覺）反饋。虛擬世界數(shù)據(jù)庫主要用于存放整個虛擬世界中所有物體的各個方面的信息。通常頭盔式顯示器中配有空間位置跟蹤定位設(shè)備，當(dāng)用戶頭部的位置發(fā)生變化時，空間位置跟蹤定位設(shè)備檢測到位置發(fā)生的相應(yīng)變化，從而通過計算機(jī)得到物體運動位置等參數(shù)，并輸出相應(yīng)的具有深度信息及寬視野的三維立體圖像和生成三維虛擬立體聲音。2．輸入輸出設(shè)備在 VR 系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)人與虛擬世界的自然交互，必須采用特殊的輸入輸出設(shè)備，以識別用4 第1章概論戶各種形式的輸入，并實時生成相應(yīng)的反饋信息。目前，低檔的VR 系統(tǒng)的配置是以PC 機(jī)為基礎(chǔ)并配置3D 圖形加速卡；中檔的VR 系統(tǒng)一般采用SUN 或SGI 等公司的可視化工作站；高檔的VR 系統(tǒng)則采用分布式的計算機(jī)系統(tǒng)，即由幾臺計算機(jī)協(xié)同工作。圖11 VR 系統(tǒng)1．計算機(jī)在 VR 系統(tǒng)中，計算機(jī)負(fù)責(zé)虛擬世界的生成和人機(jī)交互的實現(xiàn)。 VR 技術(shù)的概念與構(gòu)成VR 技術(shù)是采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技技術(shù)，生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗。近十年來，國內(nèi)外對此項技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，在軍事、航空航天、科技開發(fā)、商業(yè)、醫(yī)療、教育、娛樂等多個領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。設(shè)計師戴上頭盔式顯示器后，可以穿行于設(shè)計的虛擬“飛機(jī)”之中，審視“飛機(jī)”的各項設(shè)計指標(biāo)。在應(yīng)用方面，1993 年11 月，宇航員通過VR 系統(tǒng)的訓(xùn)練，成功地完成了從航天飛機(jī)的運輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作，而用VR 技術(shù)設(shè)計的波音777 飛機(jī)是虛擬制造的典型應(yīng)用實例，這是飛機(jī)設(shè)計史上第一次在設(shè)計過程中沒有采用實物模型。在隨后的虛擬交互世界工作站（VIEW）項目中，他們又開發(fā)了通用多傳感個人仿真器和遙控設(shè)備。20 世紀(jì)80 年代，美國國家航空航天局（NASA）及美國國防部組織了一系列有關(guān)VR 技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果，從而引起了人們對VR 技術(shù)的廣泛關(guān)注。在第一個HMD 的樣機(jī)完成后不久，研制者們又反復(fù)研究，在此基礎(chǔ)上把能夠模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個系統(tǒng)中，并于1970 年研制出了第一個功能較齊全的HMD 系統(tǒng)。在1968 年，艾凡在隨后幾年中，艾凡薩瑟蘭在一篇名為《終極的顯示》的論文中，首次提出了一種假設(shè)，觀察者不是通過屏幕窗口來觀看計算機(jī)生成的虛擬世界，而是生成一種直接使觀察者沉浸并能互動的環(huán)境。在當(dāng)時，這套設(shè)備非常先進(jìn)，但觀眾只能觀看，而不能改變所看到的和所感受到的世界，也就是說無交互操作功能。第一套具有VR 思想的裝置是莫頓但由于當(dāng)時各方面的條件制約，如缺乏相應(yīng)的技術(shù)支持、沒有合適的傳播載體、硬件處理設(shè)備缺乏等原因，VR 技術(shù)并沒有得到很大的發(fā)展，直到20 世紀(jì)80 年代末，隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，才使得VR 技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。早在20 世紀(jì)50 年代中期，計算機(jī)剛在美國、英國的一些大學(xué)出現(xiàn)，電子技術(shù)還處于以真空電子管為基礎(chǔ)的時候，美國的莫頓據(jù)有關(guān)權(quán)威人士斷言，到21 世紀(jì)，人類將進(jìn)入VR 的科技新時代，VR 技術(shù)將是2 第1章概論信息技術(shù)的代表。VR 技術(shù)的發(fā)展與普及，改變了過去人與計算機(jī)之間枯燥、生硬、被動的交流方式，使人機(jī)之間的交互變得更人性化，也同時改變了人們的工作方式和生活方式，改變了人的思想觀念。隨著計算機(jī)技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在PC 機(jī)上實現(xiàn)VR 技術(shù)已成為可能。與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比，VR 技術(shù)的主要特征是：用戶能夠進(jìn)入到一個由計算機(jī)系統(tǒng)生成的交互式的三維虛擬環(huán)境中，可以與之進(jìn)行交互。到20 世紀(jì)80 年代末才逐漸為各界所關(guān)注，它以計算機(jī)技術(shù)為主，利用并綜合三維圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等多種高科技的最新發(fā)展成果，利用計算機(jī)等設(shè)備來產(chǎn)生一個逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界，從而使處于虛擬世界中的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實是從英文Virtual Reality 一詞翻譯過來的，Virtual 是虛假的意思，Reality 是真實的意思，合并起來就是虛擬現(xiàn)實（以下正文中簡稱VR），也就是說本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術(shù)虛擬出來，讓你感覺就如同置身于真實世界中一樣。219第1 章概 論學(xué)習(xí)目標(biāo)：?? 掌握 VR 技術(shù)的基本概念?? 掌握 VR 技術(shù)的分類、特性?? 了解 VR 技術(shù)的應(yīng)用?? 了解 VR 技術(shù)在國內(nèi)外的研究狀況?? 了解 VR 技術(shù)中目前存在的問題曾幾何時，科幻小說家為我們描繪著一個夢想，人們可以通過電子或虛擬的方式來豐富我們的生活，夢想有一天，人類可以進(jìn)入一個虛擬的世界，在那里可以通過替身（化身）在三維空間中進(jìn)行探險、娛樂、工作以及與人交往。216參考文獻(xiàn) 211本章小結(jié)207 3DSMAX 的場景導(dǎo)出197 3DSMAX 與VRML 197 各類檢測器的基本作用與使用197 檢測器的基本功能192 虛擬對象交互功能的實現(xiàn)191 利用插補(bǔ)器構(gòu)造動畫 182 虛擬對象的動畫效果 179 給虛擬場景添加光照 179 給虛擬場景添加背景 177 構(gòu)建虛擬現(xiàn)實的環(huán)境 175 編組節(jié)點的使用 173 紋理的變換 170 設(shè)置虛擬對象的外觀和材質(zhì) 168 設(shè)置虛擬造型的外觀 165 構(gòu)造空間折線造型 165 虛擬場景中點、線、面的創(chuàng)建 159目 錄 I II 創(chuàng)建基本幾何造型159 外形節(jié)點Shape 的使用152 VRML 場景的編輯與瀏覽151 VRML 文件的基本特點151 VRML 基本概念151 VRML 虛擬現(xiàn)實建模語言144本章小結(jié)124 Object p