1、计算机中计算机中心心第5章 虚拟现实与增强现实技术概论导学导学一、学习目标一、学习目标1.虚拟现实、增强现实的定义、特性。2.理解虚拟现实系统的基本组成要求掌握效果产生器、实景仿真器、应用系统、几何构造系统。3.增强现实系统的结构、流程。4.虚拟现实关键技术及增强现实关键技术二、重点、难点二、重点、难点1、虚拟现实的基本概念。2、增强现实的基本概念。3、虚拟现实系统、增强现实系统的组成、分类。4、虚拟现实系统、增强现实的关键技术。5.1虚拟现实基本概念虚拟现实基本概念n 先感受虚拟现实，更容易理解概念！5.1虚拟现实基本概念虚拟现实基本概念 5.1.1定义从广义角度讲，虚拟现实可以看成对想象出
2、的环境的展现或对真实的三维世界的模拟。1.广义义角度的定义义从狭义的角度讲，虚拟现实可以看作一种具有交互特征的人机界面，亦可以称之为“自然人机交互界面”。2.狭义狭义角度的定义义5.1虚拟现实基本概念虚拟现实基本概念 5.1.2虚拟现实技术特性 I I3 3 想象力想象力(Imagination)交互性交互性（Interaction）沉浸感沉浸感(Immersion)5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.1虚拟现实系统的构成5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.1虚拟现实系统的构成1效果产生装置用来实现人与虚拟世界交互的硬件接口设备，包括输出装置及输入装置。5.2 虚拟现实系统虚拟现实
3、系统 5.2.1虚拟现实系统的构成2实景仿真器计算机的软件系统计算机的硬件系统开发软件的工具配套的硬件设备实景仿真器包含：5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.1虚拟现实系统的构成 3应用系统n应用系统是针对具体问题的软件系统n用来描述仿真的具体内容n包含仿真的结构、动态逻辑以及仿真对象之间、仿真对象与用户之间的交互关系 4几何构造系统 几何构造系统用以提供描述仿真对象的物理特征信息，如颜色、外形、位置等。5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.2 虚拟现实系统的分类 1.沉浸式虚拟现实系统 5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.2 虚拟现实系统的分类2.增强现实系统通过虚拟现实技术
4、生成虚拟的物体、环境等将这些虚拟的信息叠加到实际的场景中最终使用户获得超越现实的感官体验5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.2 虚拟现实系统的分类3.桌面式虚拟现实系统桌面式虚拟现实系统是以一套普通的个人计算机为基础的小型VR系统。5.2 虚拟现实系统虚拟现实系统 5.2.2 虚拟现实系统的分类4.分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统是一种以网络为依托，供多用户异地同时参与的分布虚拟环境。5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.1 虚拟现实关键技术实时三维建模52341VR关键技术三维虚拟声音人机交互感觉反馈视景仿真显示5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟
5、现实关键技术及应用领域 5.3.1 虚拟现实关键技术 1.视景仿真显示 模仿人类看周围的环境时的效果：由于人的两只眼睛距离46cm，会获得略有不同的图像，这些图像在大脑中融合起来，就产生了一个关于周围环境的整体景象，该景象中包含了距离远近等信息。5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.1 虚拟现实关键技术 2.实时三维建模 获得“实时”的真实感需要：对运动对象姿态、位置等信息及时计算并实现三维建模使建模结果的更新速度达到人眼无法发现闪烁的程度对用户的输入系统能够即刻做出响应并生成相应场景以及事件5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.
6、1 虚拟现实关键技术 3.三维虚拟声音 这种技术被称为非标准环绕声技术。使用户感觉声音是来自围绕其双耳的一个球形空间中的任何方向三维虚拟声维虚拟声音声音来自用户面前的某个平面普通立体声声区别5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.1 虚拟现实关键技术为解决这一问题，通常的做法是在数据手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。4.感觉反馈在VR系统中，当用户试图去抓住虚拟的物体时，用户的手没有真正接触这个物体的感觉，而且有可能会穿过虚拟物体的“表面。5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.1 虚拟现实关键技术 5.人机交互 目前，在VR
7、系统中较为常用的自然交互技术主要包括眼动跟踪、语音技术、手势识别及人脸识别等。眼动跟踪分析设备手势识别人脸识别5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.2 虚拟现实技术的应用领域 1.娱乐和艺术领域 丰富真实的感觉能力与三维显示环境使VR成为理想的视频游戏工具。在娱乐领域对VR的真实感要求不是很高，近些年来VR在这方面发展尤为迅猛。5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.2 虚拟现实技术的应用领域 2.教育领域 将VR技术应用到教育领域的教学过程，学习者通过自身与虚拟环境交互的过程获得知识和技能。VR教育的新型学习方式取代了“以教促学”
8、的传统学习方式。5.3 虚拟现实关键技术及应用领域虚拟现实关键技术及应用领域 5.3.2 虚拟现实技术的应用领域 3.医学领域 VR技术和现代医学飞速发展以及两者的融合使得虚拟现实技术对生物医学领域的影响越来越重大，其应用范围包括：建立合成药物的分子结构模型等各种医学模拟、进行解剖和外科手术训练等。5.4 虚拟现实的现状及发展虚拟现实的现状及发展 5.4.1虚拟现实系统研究现状 VR技术几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅速。其主要研究方向包括VR技术与VR应用。视频内容：格兰基恩使用谷歌2016年5月发布的软件Tilt Brush作图65.4 虚拟现实的现状及发展虚拟
9、现实的现状及发展 5.4.2 虚拟现实技术的发展趋势实时三维图形生成和显示技术1“屏幕”时代的终结新型交互设备的研制智能化语音虚拟现实建模动态环境建模技术5243VR发展趋势分布式虚拟现实技术的展望5.5增强现实基本概念增强现实基本概念 5.5.1定义n 先感受增强现实，更容易理解概念！5.5增强现实基本概念增强现实基本概念 5.5.1定义增强现实（Augmented Reality，简称AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并附加上相应图像的技术，这种技术的目标是把虚拟世界与真实世界结合并进行交互。通俗的讲，增强现实就是把计算机产生的虚拟信息实时准确的叠加到真实世界中，将真实世界与虚
10、拟对象结合起来，构造出一种虚实结合的虚拟空间。5.5增强现实基本概念增强现实基本概念 5.5.2增强现实的特征 1.虚实融合：在虚拟三维场景中叠加现实场景信息，以增强计算机对于环境的认知能力，以虚拟场景为主，现实场景作为补充。现实世界增强现实 人 增强虚拟虚拟世界混合现实5.5增强现实基本概念增强现实基本概念 5.5.2增强现实的特征 2.实时交互性：实现用户与真实世界中的虚拟信息间的自然交互。下图为宜家借助AR使得家居数字化的效果。消费者借助AR技术将虚拟家具呈现在家中，通过观察大小、颜色是否合适，决定摆放位置和是否购买。5.5增强现实基本概念增强现实基本概念 5.5.2增强现实的特征 3.
11、三维注册：计算机观察者确定视点方位从而把虚拟信息合理叠加到真实环境上，以保证用户可以得到精确的增强信息。5.6增强现实系统增强现实系统 5.6.1增强现实系统的结构 增强现实系统包括软件系统和硬件平台。5.6增强现实系统增强现实系统 5.6.2增强现实系统流程（1）获得真实世界中的数据信息；（2）分析真实环境及场景位置信息进行比对分析；（3）制作与生成要增加的虚拟景物；（4）虚拟信息在真实环境中的显示。5.7增强现实关键技术及应用领域增强现实关键技术及应用领域 5.7.1增强现实关键技术 1.显示技术 2.跟踪和定位技术 3.界面和可视化5.7增强现实关键技术及应用领域增强现实关键技术及应用领
12、域 5.7.2 增强现实技术的应用领域 增强现实技术的应用领域已经越来越广泛，比如工业、军事、教育、商业等，本节仅简要介绍其在医疗、教育、娱乐领域的应用。1.医疗领域 2.教育文化领域 3.娱乐领域5.8 增强现实的现状及发展增强现实的现状及发展 5.8.1增强现实的现状 目前，比较知名的国外研究机构如：德国的Arvika组织、哥伦比亚大学的图形和用户交互实验室、麻省理工学院的图像导航外科手术室等。2016-06-17报道哥伦比亚大学哥伦比亚大学教授：教授：VR眩晕感能解决眩晕感能解决了了5.8 增强现实的现状及发展增强现实的现状及发展 5.8.2增强现实系统的发展6AR技术将成为市场营销的卖
13、点1AR使图书更加立体生动车载系统结合AR技术AR使娱乐拉近现实AR技术将成为展览展示的趋势5243AR发展AR将成为医生的“助手”VR与与AR的区别的区别VRAR全都是假的半真半假的把人的意识带入到一个虚拟的世界里把虚拟的信息带入到现实世界中虚拟的入口虚拟与现实的连接入口注重虚拟的真实感注重虚拟与现实的连接使人忘记其正身处虚拟之中为了达到更震撼的现实增强体验虚拟现实、增强现实目前已经成为计算机以及相关领域研究、开发和应用的焦点。本章扼要介绍了虚拟现实及增强现实的基本概念，并讲述虚拟现实系统、增强现实系统的组成、分类等。虚拟现实及增强现实均综合了多种技术，本章对这两个领域的关键技术进行了简要的讲解。随着这两种技术的不断发展已经应用到越来越广泛的领域，本章同时阐述了二者的发展展望。
