虚拟现实技术的概论发展特征应用

虚拟现实技术1虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的发展史

虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术的特征

虚拟现实系统的分类

虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的研究现状2虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的发展史

虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。3虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024数字图像处理（DigitalImageProcessing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用数字图像处理计算机对其进行处理的过程。4虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024计算机图形学(ComputerGraphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。5虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024并行处理（ParallelProcessing）是计算机系统中能同时执行两个或更多个处理的一种计算方法。6虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的发展史1929年，EdwardLink设计出用于训练飞行员的模拟器1956年，MortonHeilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama7虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的发展史1965年，IvanSutherland发表论文“UltimateDisplay”（终极的显示）1968年，IvanSutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HeadMountedDisplay，HMD）8虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的发展史1972年，NolanBushnell开发出第一个交互式电子游戏Pong1977年，DanSandin、TomDeFanti和RichSayre研制出第一个数据手套——SayreGlove20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技术的研究：1984年，NASAAmes研究中心的M.McGreevy和J.Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，JimHumphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。

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虚拟现实技术的发展史1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。从20世纪90年代开始，VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司开发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD命名为“EyePhones”。进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，

一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如MultiGenVega、OpenSceneGraph、Virtools等。10虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。11虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的概念

典型的VR系统主要由计算机软、硬件系统（包括VR软件和VR环境数据库）和VR输入、输出设备等组成。12虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的特征VR技术的三角形交互性（Interactivity）沉浸感（Immersion）想象力（Imagination）13虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的特征VR技术的交互性：指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度（包括实时性）。主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等技能，如同在真实世界中一样操作虚拟环境中的对象。14虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的特征VR技术的沉浸感：又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。VR技术最主要的特征。影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应及交互设备的约束程度等。15虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的特征VR技术的想象力：指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。16虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实系统的分类

桌面式VR系统（DesktopVR）

沉浸式VR系统（ImmersiveVR）

增强式VR系统（AugmentedVR）

分布式VR系统（DistributedVR）17虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实系统的分类

桌面式VR系统使用个人计算机和低级工作站来产生三维空间的交互场景。用户会受到周围现实环境的干扰而不能获得完全的沉浸感，但由于其成本相对较低桌面式VR系统仍然比较普及。例:将桌面式虚拟现实系统

将桌面式虚拟现实系统应用于虚拟学习社区客户终端的建模研究.pdf

将桌面式虚拟现实系统应用于虚拟学习社区客户终端的建模研究.pdf18虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实系统的分类

沉浸式VR系统利用头盔显示器、洞穴式显示设备和数据手套等交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，产生一种身临其境、全心投入并沉浸其中的体验。与桌面式VR系统相比，沉浸式VR系统的主要特点在于高度的实时性和沉浸感。19虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024沉浸式VR系统的应用举例如虚拟设计与制造，虚拟装配，模拟训练，虚拟演示演示，虚拟生物医学工程，地质、矿产、石油，航空航天、科学可视化，军事模拟、指挥、虚拟战场、电子对抗，地形地貌、地理信息系统（GIS），建筑视景与城市规划，地震及消防演练仿真等。20虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

（1）军事模拟

（2）生物医学

（3）虚拟拆装

（4）地质地形

21虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实系统的分类

增强式VR系统允许用户对现实世界进行观察的同时，将虚拟图像叠加在真实物理对象之上。为用户提供与所看到的真实环境有关的、存储在计算机中的信息，从而增强用户对真实环境的感受，又被称为叠加式或补充现实式VR系统。可以使用光学技术或视频技术实现。22虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实系统的分类

分布式VR系统指基于网络构建的虚拟环境，将位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、多人网络游戏、虚拟战争演习等领域。23虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

教育

设计与规划

科学计算可视化

商业领域

艺术与娱乐24虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

教育

在教育领域，虚拟现实技术具有广泛的作用和影响作为受教育者主动云交互与被动的观看有质的差别。因此基于虚拟现实技术崭新的教育模式会带给我们崭新的教育思维解决我们以前无法解决的问题将给我们带来一系列的重大变革想象一下我们坐在虚拟的课堂里听虚拟的教师讲课，教学节奏完全由学习者来掌握，随时可以与虚拟教师进行互动授课内容不再以空洞的说教为基础，而是以大里的详实、生动、直观的虚拟情节出现寓教于乐成为教学的主要方式。25虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20241、产品设计

在产品设计中，外观设计是重要的一环，以往要制作外观模型多采用油泥、泡沫塑料等材料进行制作，不但加工时间长，成本高，修改起来也非常麻烦。而采用虚拟现实技术创建的产品模型可以随时修改，在产品设计定型后可将设计数据直接用于加工，极大的提高了效率。与一般的三维软件不同，虚拟现实系统创建的模型可直接生成可执行文件(exe文件)，在不需要软件支持的情况下就可以在系统运行，而且支持在线浏览，使产品的宣传展示更加便利。26虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20242、建筑教学

在传统的教学中像《中外建筑史》、《建筑结构选型》等课程都是采用教师口述加上文字图片演示的方式进行教学的。在遇到一些较少见的结构或较抽象的概念时学生会难以理解。在虚拟现实技术的帮助下，同学们不但可以全方位互动地观察古今中外各种建筑的外部结构，还可以进入到建筑物的内部，甚至可以对虚拟建筑物的各个部分进行拆解和组装，使原本抽象的概念变得直观易懂。教师和学生一起经历虚拟环境，可以有效地激发学生的学习兴趣，使学习效率大为提高。27虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20243、建筑漫游

建筑效果图是目前建筑表现中用的较多的方式。静态的效果只能向观者展示项目某一个或某几个方面，要全面了解的话还要加上自己的想象力。建筑漫游动画在一定程度上弥补了静止画面的不足，声音与动画同步播放，生动细致。但是动画在播放过程中，观者只是在被动的观看接受一些有关于项目的信息，并不能按照自己的意愿去随意观看，只能按照预定好的路径进行浏览，互动性差，动画制作完成后，如要改变浏览路径，就要重新进行动画渲染，这就需要耗费大量的时间。而虚拟现实技术则完全解决了以上两种表现形式所存在的问题。虚拟建筑场景制作完成后，使用者可通过鼠标、键盘进行控制，按照自己的意愿在场景中任意角度、位置、高度进行浏览。由于采用显卡进行实时渲染，无需漫长的渲染等待，使得虚拟现实场景有着极佳的互动性。28虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20244、虚拟实验室

通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制，许多实验都无法进行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验相同的体验，能仿真实现各种实际的甚至不可视、不可摸、不可入、危险性高的实验，也能够真实的模拟，拓宽了教学实验的时间与空间的限制，在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。29虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20245、虚拟校园

虚拟校园是基于虚拟现实技术，实现校园场景的虚拟，校园信息的浏览、查询以及与图像、声音、文字、视频等多媒体技术的结合，构建出一个生动逼真的三维可视化虚拟校园，具有高度交互功能和沉浸式现实仿真功能，还可以与数据库、网络、监控系统等无缝结合，使校园管理更加高效、便利。30虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20246、教学管理

在教室的安排方面，教师在开设课程之前，可以根据课程需要，在各种类型的教室中，通过虚拟校园直观的选择到符合需要的教室，使教室的安排更合理。每学期在安排课程的时候，多少都会出现一些问题，比如上一节课结束后，下一节课安排在另一个教室上课，有时两个教室相距太远，不跑步的话可能就会迟到了。之所以出现这种情况是因为负责排课的工作人员在安排课程时看到的只是两个教室的编号，对其具体位置没有直观的感受，通过虚拟校园的使用，可以通过教室编号直观的看到教室所在的空间位置，使课程安排得以优化。31虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20247、学生管理

辅导员和班主任都经常要和学生保持沟通，在巡视宿舍前，通过虚拟校园系统可以快速的查到整个班级所有同学的宿舍所在位置，提高工作效率，使宿舍的安排更合理。作为家长，也可通过该系统了解到子女在校内所住的位置和居住环境，适当的安排子女的起居。32虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20248、校园管理

每年的学生报到新生报到日，都会有大量的人员和车辆涌入校园。由于对环境不熟悉，找不到报到点，找不到停车位等情况非常普遍，如果他们之前来过的话，情况就会好得多了。通过虚拟校园系统，学生及家长可以在家里通过步行、驾车等操作模式进入学院内熟悉环境，当真正进入校园时，就不会再有陌生感了，因为已经“来过了”。安防监控系统与虚拟校园系统相结合，当有情况发生时，可以让安保人员快速定位事发地点的空间位置，更快到达事发地点，及早控制事态发展，给校园带来更安全的环境。33虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/20249、校园规划

在以往的规划设计中，常用到沙盘模型，它可以较直观的观察项目的整体布局，但受空间限制太大，成本高，制作周期长，修改不便。采用虚拟现实技术制作的校园系统则非常灵活，修改方便快速，在同一场景中可以设定多套方案进行比较，给排水系统、电力布线、网络布线等都可以分层显示，克服了以往的不足，为校园的设计规划带来便利。34虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/202410、对外宣传

与传统的宣传手段相比，虚拟校园可以让浏览者了解到学院的每个细节，生活区、教学区、食堂、图书馆等数十栋建筑尽在眼前，仅需通过电脑和网络就能浏览整个校园，身临其境的感受优美的校园风光、良好的教学环境和教学资源，全方位展现校园真实而美好的形象。35虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

设计与规划

虚拟现实已被看作是设计领域中唯一的开发工具。它可以避免传统方式在原型制造、设计和生产过程中的重复工作，有效的降低成本，应用领域包括汽车制造业、城市规划、建筑设计等。36虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

科学计算可视化

科学可视化的功能就是将大量字母、数字数据转换成比原始数据更容易理解的各种图像，并允许参与者借助各种虚拟现实输入设备检查这些“可见的”数据。它通常被用于建立分子结构、地震以及地球环境等模型。37虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

商业领域VR技术被逐步应用于网上销售、客户服务、电传会议及虚拟购物中心等商业领域。它可以使客户在购买前先看到产品的外貌与内在，甚至在虚拟世界中使用它，因此对产品的推广和销售都很有帮助。38虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的应用领域

艺术与娱乐VR技术所具有的身临其境感及实时交互性还能将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的形式，使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术，包括虚拟画廊、虚拟音乐厅、文物保护等方面。娱乐是VR系统的另一个重要应用领域，市场上已经推出了多款VR环境下的电脑游戏，带给游戏者强烈的感官刺激。39虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的研究现状

国外的研究现状美国是VR技术的发源地，有美国宇航局（NASA）、麻省理工学院（MIT）媒体实验室、华盛顿大学人机界面技术实验室（HITLab）等许多知名的研究机构。美国在虚拟现实领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。40虚拟现实技术的概论发展特征应用5/9/2024

虚拟现实技术的研究现状

国外的研究现状英国主要有四个从事VR技术研究的中心，包括Windustries公司、BritishAerospace公司、DimensionInternational公司、DivisonL