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1、 虚拟现实技术科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/282虚拟现实技术虚拟现实技术概述科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/283第1章 虚拟现实技术概述本章主要包含的内容：1.虚拟现实的概念；2.虚拟现实的本质特征；3.虚拟现实系统的组成；4.虚拟现实的分类；5.虚拟现实的应用；6.虚拟现实的发展和现状；科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/284计算机应用的发展阶段第一阶段第二阶段第三阶段用户技术人员专业人员消费者体系结构显示主机文本个人计算机2D图形网络虚拟现实元素请求，报告窗口，菜单，图标场景，替身控制
2、文本，键盘光标，鼠标发掘，交谈科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2851.1 虚拟现实的基本概念科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/286虚拟现实的提出 虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术，这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在80年代初提出的，但在二十世纪末才兴起的的综合性信息技术。作为一项尖端科技，虚拟现实融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术、网络并行处理等多个信息技术分支，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，从而大大推进了计
3、算机技术的发展。由于虚拟现实生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的，改掉人与计算机之间鼠标键盘，枯燥、生硬和被动的交互方式的现状。因此，目前虚拟现实技术已经成为计算机相关领域中继多媒体技术、网络技术及人工智能之后关注及研究、开发与应用的热点。也是目前发展最快的一项多学科综合技术。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2871.1.1 虚拟现实的概念1989年，美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier提出了“Virtual Reality”（虚拟现实）的概念。“Reality”的含义是现实的世界，或现实的环境。“Virtual
4、 Reality”（虚拟现实）=“Virtual Environment”（虚拟环境）“Virtual”说明，世界或环境是虚拟的，不是真实的。这个世界或环境是人工构造的，是存在于计算机内部的。用户应该能够“进入”这个虚拟的环境中。进入这个虚拟的环境中，是指用户以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，身临其境的感觉。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/288概念：Virtual Reality（虚拟现实）或Virtual Environment（虚拟环境）是人工构造的，存在于计算机内部的环境环境。用户应该能够以自
5、然的方式自然的方式与这个环境交互交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉感觉。1.1.1 虚拟现实的概念要点：1.环境：人造的，计算机内部的 2.自然的方式交互：人类感知周围环境的听觉，视觉，触觉等方式来感知环境。人以自然的不停的身体运动来干预环境。3.效果：虚假的，沉浸的，身临其境的感觉。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2891.1.1 虚拟现实的概念虚拟现实系统中的“虚拟环境”，可能有下列几种情况：第一种情况是完全对真实世界中的环境进行再现。如虚拟小区对现实小区的虚拟再现、军队中的虚拟战场、虚拟实验室中
6、的各种仪器等，这种真实环境，可能已经存在，如下图所示，也可能是已经设计好但是尚未建成，也可能是原来完好，现在被破坏。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28101.1.1 虚拟现实的概念虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况。第二种情况是完全虚拟的，人类主观构造的环境。如影视制作或电子游戏中，三维动画设计的虚拟世界。此环境完全是虚构的，用户也可以参与，并与之进行交互的非真实世界。但它的交互性和参与性不是很明显，科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28111.1.1 虚拟现实的概念虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况。第三
7、种情况是对真实世界中人类不可见的现象或环境进行仿真。如分子结构、各种物理现象等。这种环境是真实环境，客观存在的，但是受到人类视觉、听觉器官的限制不能感应到。一般情况是以特殊的方式（如放大尺度的形式）进行模仿和仿真，使人能够看到，听到，或者感受到，体现科学可视化。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2812虚拟现实概念包含三层含义：虚拟现实概念包含三层含义：1 1环境环境 虚拟现实强调环境，而不是数据和信息。虚拟现实强调环境，而不是数据和信息。2 2主动式交互主动式交互 虚拟现实强调的交互方式是通过专业的传感设备来虚拟现实强调的交互方式是通过专业的传感设备来实现的，
8、改进了传统的人机接口形式。虚拟现实人机接口实现的，改进了传统的人机接口形式。虚拟现实人机接口是完全面向用户来设计，用户可以通过在真实世界中的行是完全面向用户来设计，用户可以通过在真实世界中的行为干预虚拟环境。为干预虚拟环境。3 3沉浸感沉浸感 通过相关的设备，采用逼真的感知和自然的动作，通过相关的设备，采用逼真的感知和自然的动作，使人仿佛置身于真实世界，消除了人的枯燥、生硬和被动使人仿佛置身于真实世界，消除了人的枯燥、生硬和被动的感觉，大大提高工作效率。的感觉，大大提高工作效率。1.1.1 虚拟现实的概念科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2813虚拟现实的概念中
9、有三个I：（1）Immersion(沉浸)，是指逼真的，身临其境的感觉。（2）Interaction(交互)，是指用户感知与操作环境。（3）Imagination(想象)，是指创造性。1.1.2 虚拟现实的本质特征I3科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2814沉浸感(Immersion)又称临场感，是虚拟现实最重要的技术特征，是指用户借助交互设备和自身感知觉系统，置身于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是
10、真的，如同在现实世界中一样。1.1.2 虚拟现实的本质特征科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2815交互性（Interaction)是用户通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统强调人与虚拟世界之间以近乎自然的方式进行交互。即不仅用户通过传统设备(键盘和鼠标等)和传感设备（特殊头盔、数据手套等），使用自身的语言、身体的运动等自然技能，对虚拟环境中的对象进行操作。而且计算机能够根据用户的头、手、眼、语言及身体的运动来调整系统呈现的图像及声音。(手握东西)1.1.2 虚拟现实的本质特征科技引领时
11、代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2816想象性（Imagination)又称创造性，是虚拟世界的起点。想象力使设计者构思和设计虚拟世界，并体现出设计者的创造思想。所以，虚拟现实系统是设计者借助虚拟现实技术，发挥其想象力和创造性而设计的。比如建造一座现代化的桥梁之前，设计师要对其结构做细致的构思。1.1.2 虚拟现实的本质特征科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2817一般的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入输出设备和数据库来组成。1.1.3 虚拟现实的组成Computer专业图形处理计算机Input Devices输入
12、设备Output Devices输出设备Software System应用软件系统Database数据库User用户科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2818计算机计算机：是系统的心脏，也称之为虚拟世界的发动机。负责虚拟世界的生成、人与虚拟世界的自然交互等功能的实现。由于其复杂性，计算量极大，对计算机的配置提出了极高的要求。输入与输出设备输入与输出设备(接口接口)：特殊的设备，用以识别用户各种形式的输入，并实时生成相应反馈信息。常用的设备有用于手势输入的数据手套，用于语音交互的三维声音系统等。应用软件应用软件：虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、运动模型的建立；
13、三维虚拟立体声的生成；模型管理技术及实时显示技术、虚拟世界数据库的建立与管理等。数据库：数据库：存放整个虚拟世界中所有物体的各方面信息。1.3 虚拟现实系统的组成科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2819科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2820科技引领时代2023/3/28211.2 虚拟现实的分类科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2822 根据虚拟现实技术对“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同划为四种典型的类型：（1）桌面式虚拟现实系统。（2）沉浸式虚拟现实系统。（3）增强式虚拟现实系统。（4）
14、分布式虚拟现实系统。1.2 虚拟现实系统分类科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2823 它是利用个人计算机或初级图形工作站等设备，以计算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景，通过包括键盘、鼠标和力矩球等各种输入设备操纵虚拟世界，实现与虚拟世界的交互。其特点：1)用户处于不完全沉浸的环境，缺少完全沉浸、身临其境的感觉，即使戴上立体眼镜，仍能感受到周围现实世界的干扰。2)对硬件设备要求极低，简单型的只需要计算机，或增加数据手套，空间跟踪设置等。3)成本相对较低，应用相对比较普遍，也具备了沉浸式虚拟现实系统的一
15、些技术要求。1.2.1 桌面虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2824科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2825科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2826 它是一种高级的、较理想的虚拟现实系统，较复杂。提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉。操作过程：用户的视觉、听觉和其他感觉首先被封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用空间位置跟踪器、数据手套、三维鼠标等输入设备和视觉、听觉等设备，使用户产生一种身临其境、完全投入和沉浸于其中的感觉。例如，在消防仿真演习
16、系统中，消防员会沉浸于极度真实的火灾场景并做出不同反应。这种系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备尤其是硬件价格相对较高，难以大规则普及推广。1.2.2 沉浸式虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28271.2.2 沉浸式虚拟现实系统结构图科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2828 常见的沉浸式虚拟现实系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。(1)头盔式虚拟现实系统。采用头盔显示器来实现单用户的立体视觉、听觉的输出，使人完全沉浸其中。(2)洞穴式虚拟现实系统(CAVE)。该系统
17、是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境，该系统可提供一个房间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与。1.2.2 沉浸式虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2829科技引领时代2023/3/2830 常见的沉浸式虚拟现实系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。(3)座舱式虚拟现实系统。座舱是一种最为古老的虚拟现实模拟器。当用户进入座舱后，不用佩戴任何现实设备，就可以通过座舱的窗口观看一个虚拟境界。(4)投影式虚拟现实系统。该系统是采用一个或多个大屏幕投影来实现大画面的立体视觉和听觉效果，是
18、多个用户同时具有完全投入的感觉。1.2.2 沉浸式虚拟现实系统科技引领时代2023/3/2831 常见的沉浸式虚拟现实系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。(5)远程存在。远程存在是一种远程控制形式，用户虽与某个真实现场相隔遥远，但可以通过计算机和电子装置获得足够的感觉现实和交互反馈，恰似身临其境，并可以介入对现场进行遥操作。此系统需要一个立体显示器和两台摄像机生成三维图像，这种图像使得操作员有一种深度的感觉，观看的虚拟境界更清晰。1.2.2 沉浸式虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2832 增强式虚拟现实系统：既可以允许
19、用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界。其特点：1)真实世界和虚拟世界融为一体；2)具有实时人机交互功能；3)真实世界和虚拟世界在三维空间中整合。1.2.3 增强式虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2833（3）增强式虚拟现实系统 常见的增强式虚拟现实系统有：1)基于台式图形显示器系统；2)基于单眼显示器的系统；3)基于光学透视式头盔显示器的系统；4)基于视频透视式头盔显示器的系统。使用场所：医学可视化、
20、军用飞机导航、设备维护与维修、娱乐、文物古迹的复原等。1.2.3 增强式虚拟现实系统科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2834（4）分布式虚拟现实系统 分布式虚拟现实系统是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境。在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，或者多个用户同时参加一个虚拟现实环境，通过计算机与其他用户进行交互，并共享信息。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。分布式虚拟现实系统的特征：1)共享的虚拟工作空间；2)伪实体的行为真实感；3)支持实时交互，共
21、享时钟；4)多个用户以多种方式相互通信；5)资源信息共享以及允许用户自然操作环境中对象。1.2.4 分布式虚拟现实系统科技引领时代2023/3/28351.3 虚拟现实的发展和现状科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/283620世纪50年代70年代：虚拟现实技术的探索阶段；20世纪80年代初期80年代中期，虚拟现实技术系统化，从实验室走向实用阶段；80年代末期目前，虚拟现实技术高速发展的阶段。1.3.1 虚拟现实的发展历程科技引领时代2023/3/283720世纪50年代70年代：虚拟现实技术的探索阶段；1956年，在全息电影技术的启发下，美国电影摄影师Morto
22、n Heiling开发了Sensorama。Sensorama是一个多通道体验的显示系统。用户可以感知到事先录制好的体验，包括景观、声音、气味等。1960年，Morton Heiling研制的Sensorama的立体电影系统，获得美国专利，此设备与20世界90年代的HMD非常相似，只能供一个人观看，具有多种感官刺激的立体显示设备。1965年，计算机图形学的奠基者美国科学家Ivan Sutherland博士在一篇论文“The Ultimate Display(终极的显示)”中，首次提出了全新的，富有挑战行的图形显示技术。1.3.1 虚拟现实的发展历程科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑
23、造未来2023/3/283820世纪50年代70年代：虚拟现实技术的探索阶段；1968年，Ivan Sutherland使用两个可以戴在眼睛上的阴极射线管研制出第一个头盔式显示器。70年代，Ivan Sutherland在原来的基础上，把能够模拟力量和触觉的力反馈装置加入到系统中，研制出一个功能较齐全的头盔式显示器系统。该显示器使用类似于电视机显像管的微型阴极射线管（CRT）和光学器件，为每只眼镜显示独立的图像，并提供与机械或超声波跟踪器的接口。1976年 Myron Kruger完成了Videoplace原型，它使用摄像机和其他输入设备创建一个由参与者的动作控制的虚拟世界。1.3.1 虚拟现
24、实的发展历程科技引领时代2023/3/283920世纪80年代初期80年代中期，虚拟现实技术系统化，从实验室走向实用阶段；80年代，美国的VPL公司创始人Jaron Lanier正式提出了“Virtual Reality”一词。当时，研究此项技术的目的是提供一种比传统计算机模拟更好的方法。1984年，美国宇航局NASA研究中心虚拟行星探测实验室开发了用于火星探测的虚拟世界视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造火星表面的三维虚拟世界。1.3.1 虚拟现实的发展历程科技引领时代2023/3/284080年代末期目前，虚拟现实技术高速发展的阶段。1996年10月31日，世界
25、第一个虚拟现实技术博览会在伦敦开幕。全世界的人们可以通过因特网坐在家中参观这个没有场地，没有工作人员，没有真实展品的虚拟博览会。1996年12月，世界第一个虚拟现实环球网在英国投入运行。这样，因特网用户便可以在一个由立体虚拟现实世界组成的网络中遨游，身临其境般地欣赏各地风光、参观博览会和大学课堂听讲座等。1.3.1 虚拟现实的发展历程科技引领时代2023/3/2841 美国是虚拟现实技术研究的发源地，其研究水平基本就代表国际虚拟现实发展的水平。近年来，虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用获得的了巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大对虚拟现实技术研究的支持力度。1.3.2 国
26、外虚拟现实技术的研究现状 美国空军技术研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其是研究培养实际操作人员的环境。其目标是实现在大规模、复杂的环境中，活动者在明确的目标的驱动下，主动采取行动的过程。海军研究生院图形和图像实验室(Naval Postgraduate School Graphics and Video laboratory)主要研究基于网络化虚拟环境的交互仿真开发低价格模拟器。目前正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器NPSNET4，它使用SIMNET和分布式
27、交互仿真两种协议进行主机之间的通信。科技引领时代2023/3/2842 美国宇航局（NASA）已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早的大学，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。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示
28、在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。1.3.2 国外虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/2843 在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。其产品还包括建筑和科学可视化计算。瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。2008年10月27-29
29、日在法国举行的ACM Symposi-um on Virtual Reality Software and Technology大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。1.3.2 国外虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/2844 日本，在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型 日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用X、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手
30、的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。1.3.2 国外虚拟现实技术的研究现状科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2845 近几年流行的3D街画也是一种虚拟现实。3D街画是使用彩色粉笔或者蜡笔来作画，所以又称作粉笔画。它是一种极具视觉冲击的变形艺术，利用特殊的透视原理，使用复杂的几何进行作画，通过彩笔勾擦揉抹，产生清新明丽、丰富细腻的色彩效果，在街头地面或墙面上创造出逼真虚拟的、复杂的场景物体，也可以精细入微地刻画形象的质地肌理。站在特定的角度位置可以达到以假乱真、形象逼真的感官效果和身临其境的感受。3D街画被国家地理杂志誉为一
31、种全新的艺术形式。下图为3D街画大师Kurt Wenner的作品。1.3.2 国外虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/2846科技引领时代2023/3/28471.3.3 国内虚拟现实技术的研究现状 北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并着重研究了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出部分硬件，并提出有关算法及实现方法等。清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫
32、”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2848浙江大学CADCG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。武汉理工大学智能制造与控制研究所主要研究使用虚拟现实技术进行机械的虚拟制造，包括虚拟布局、虚拟装配、产品原型快速生成等。1.3.3 国内虚拟现实技术的研究现状科技引领时
33、代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2849中视典数字科技有限公司中视典数字科技有限公司，总部注册于深圳高新技术园区，成立于2002年，北京分公司成立于2005年1月。是从事虚拟现实与仿真、多媒体技术、三维动画研究与开发的专业机构，是国际领先的虚拟现实技术（virtual reality Technology）整体解决方案供应商和相关服务提供商。北京阳光中图数字技术有限公司北京阳光中图数字技术有限公司，以计算机三维图形技术为核心，业务范围涵盖图形仿真、地学工程三维仿真、地理三维可视化城市信息统计应用、地理资源三维建模与资源管理、虚拟现实、三维动画及多媒体信息产业等应用领域。
34、1.3.3 国内虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/2850厦门创壹软件（厦门创壹软件（OneSoft）主要致力于互联网络三维动态交互软件平台的研制、开发、运用与推广。它累积近20年国内外最先进的虚拟现实技术的科研经验，以英国、新加坡各大院校及相关研究机构的技术背景为依托，拥有完全自主知识产权的创壹在线虚拟现实系统引擎。该引擎具有大型多用户、在线、完全的交互性、逼真、可扩展、操作简单等特点。目前创壹软件(OneSoft）已经拥多套成熟且广泛应用的虚拟现实系列产品，如创壹web3D虚拟现实平台、创壹虚拟教学培训系统、创壹虚拟数控机床培训系统、创壹虚拟桥吊实训系统、创壹虚拟现实展示系统
35、等一批成熟的软件产品线，这些产品都得到用户的高度赞扬。1.3.3 国内虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/2851伟景行科技集团（伟景行科技集团（Gvitech Technologies）是业界领先的三维可视化和专业显示技术开发及服务机构，由伟景行数字城市科技有限公司（GDC）、伟景行数字科技有限公司（GDT）以及清华规划院数字城市研究所（DCRC）等三大机构组成。分别为数字城市可视化、虚拟仿真模拟、和专业大屏幕显示，并且在各自领域中成为行业的领导者。北京黎明视景北京黎明视景公司是一家国际领先的虚拟现实（virtual reality 简称VR）和三维可视化技术整体解决方案供应商，
36、专门致力于基于PC平台的虚拟现实（VR）和视景仿真（Simulation）技术研究、计算机图形软硬件开发研制、视景仿真和虚拟现实系统集成及虚拟现实产品销售。1.3.3 国内虚拟现实技术的研究现状科技引领时代2023/3/28521.3.4 虚拟现实技术的发展趋势1.动态环境建模技术虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。2.实时三维图形生成和显示技术三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技
37、术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28533.新型人机交互设备的研制虚拟现实技术实现人能够自由与虚拟世界对象进行交互，犹如身临其境，借助的输入输出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。但在实际应用中，它们的效果并不理想，因此，新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。4.智能化语音虚拟现实建模虚拟现实建模是一个比较繁琐而复杂的过程，需要大量的时间和精力。如果将VR技术与智能技术、语音识别技术结合起来，可以很好地解决这个
38、问题。我们对模型的属性、方法和一般特点的描述通过语音识别技术转化成建模所需的数据，然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价，将模型用对象表示出来，并且将各种基本模型静态或动态地连接起来，最终形成系统模型。人工智能一直是业界的难题，人工智能在各个领域十分有用，在虚拟世界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工劳动具有非常积极的作用。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28545.网络分布式虚拟现实技术的研究与应用分布式虚拟现实是今后虚拟现实技术发展的重要方向。随着Internet应用的普及，一些面向Internet的分布式虚拟现实应
39、用使得位于世界各地多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络联结起来，采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时间和空间上互相耦合的虚拟合成环境，参与者可自由地进行交互作用。特别是在航空航天中应用价值极为明显，因为国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费和设备费用，减少了人员出差的费用以及异地生活的不适。在我国，国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要
40、的网络平台和软硬件基础环境。科技引领时代2023/3/28551.4 虚拟现实技术的主要应用领域科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28561.4.1 军事领域 军事领域研究是推动虚拟现实技术发展的原动力，目前依然是主要的应用领域。虚拟现实技术主要在军事训练和演习、武器研究这两个方面广泛应用。虚拟战场科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2857虚拟航母虚拟战场科技引领时代2023/3/28581.4.2 医疗领域 虚拟现实技术可以弥补传统的不足，主要应用到解剖学和病理学教学、外科手术训练、复杂外科手术规划、健康咨询和身体康复治疗等方面
41、。例如，在外科手术中，通过虚拟现实技术仿真课程，对麻醉医师和静脉注射护士培训、对实习外科医生上手术台之前的开刀培训。以及通过虚拟现实技术可以对复杂外科手术的设计、手术过程中的指引和帮助信息的提供、手术结果的预测等，帮助外科医生顺利完成手术，并对病人造成的损伤降低至最小。科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2859虚拟的人体胸部结构1.4.2 医疗领域科技引领时代2023/3/28601.4.3 教育领域 虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它实现了建构主义、情景学习的思想，营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环
42、境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。主要应用于教学、培训领域发挥其重要作用。日本东京大学虚拟校园一角日本东京大学虚拟校园一角 思科公司篮球馆思科公司篮球馆科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28611.4.3 教育领域虚拟的零件安装培训虚拟的零件安装培训洞穴式虚拟工程模型漫游洞穴式虚拟工程模型漫游科技引领时代2023/3/28621.4.4 文化艺术领域虚拟现实是一种传播艺术家思想的新媒介，其沉浸与交互可以将静态的艺术转变为观察者可以探索的动态艺术，在文化艺术领域中扮演者重要角色。虚拟博物馆、虚拟文化遗产、虚拟画廊、虚拟演员、虚拟电影等都是当前虚拟现实成果
43、。虚拟现实在文化艺术领域主要包括名胜古迹、虚拟游戏以及影视3个方面。科技引领时代2023/3/28631.4.4 文化艺术领域1.名胜古迹、虚拟游戏以及影视3个方面。虚拟现实展现名胜古迹的景观，形象逼真。结合网络技术，可以将艺术创作、文物展示和保护提高一个崭新的阶段。让身体不适或者远在异地等人，不必长途跋涉就可以通过互联网，在家中很舒适地选择任意路径遨游各个景点，乐趣无穷。(a)(a)原始图片原始图片 (b)重建初步结果重建初步结果 虚拟虚拟西洋景区西洋景区科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/2864科技引领时代2023/3/28651.4.4 文化艺术领域2.虚
44、拟游戏 魔兽世界魔兽世界游戏画面游戏画面科技引领时代2023/3/28661.4.4 文化艺术领域3.影视：三维立体电影是虚拟现实技术的应用之一，是结合虚拟现实技术拍摄的电影。拍摄时，首先根据拍摄前期，立体摄影师结合故事情节创作一个“深度脚本”。深度脚本是立体电影创作意图的展示手段，是拍摄的依据。它决定了每个场景的立体景深，对于制作舒适、清晰的立体画面、镜头和帧序列起到很重要的作用。拍摄时，通常使用用于拍摄立体图像的3D摄像机和用于虚实结合的虚拟摄像机，不仅实现动作和表情实时捕捉，为场景增加整体动感，而且降低拍摄成本。其拍摄原理广泛采用偏光眼镜法。科技引领时代2023/3/28671.4.4
45、文化艺术领域阿凡达阿凡达场景场景科技引领时代2023/3/28681.4.5 制造业制造业展示产品从概念阶段到实际生产和销售的转变过程。消费者需要物美价廉、品种丰富的产品。各个公司竭尽脑汁想在提高生产的灵活性、缩短产品的开发时间并节约成本。虚拟现实的自然的多模态交互、适应性、远程共享访问等特点，对制造商具有很强的吸引力。科技引领时代2023/3/28691.4.6 商业二维平面图像，交互性较差，已经不能满足人的视觉需要。虚拟现实技术的到来，三维立体的表现形式，全方位展示产品，得到更多企业和商家的青睐。虚拟试衣间科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28701.4.6 商业虚拟样板房中的客厅科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来2023/3/28711.4.6 商业虚拟样板房中的餐厅科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来 小结什么是虚拟现实系统？虚拟现实的本质特征是什么？虚拟现实分为哪几种类型？分别有什么特点？虚拟现实经历了哪几个发展阶段？虚拟现实的发展趋势？2023/3/2872科技引领时代，创新塑造未来科技引领时代，创新塑造未来演讲完毕，谢谢观看！