一、VR的基本简介
1.VR的简介
虚拟现实技术 (英文名称:Virtual Reality,缩写为VR),又称灵境技术,是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体,其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。
随着社会生产力和科学技术的不断发展,各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步,并逐步成为一个新的科学技术领域。
虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。
2.发展历史(4个阶段)
(1)第一阶段:有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的阶段
1929年,Edward Link设计出用于训练飞行员的模拟器;1956年,Morton Heilig开发出多通道仿真体验系统Sensorama
(2) 第二阶段:萌芽阶段
1965年,Ivan Sutherland发表论文“UltimateDisplay”(终极的显示);1968年,Ivan Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器(HMD);1972年,NolanBushell开发出第一个交互式电子游戏Pong。
(3) 第三阶段:虚拟现实概念的产生和理论初步形成阶段
1977年,Dan Sandin等研制出数据手套;1984年,NASA AMES研究中心开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器;1984年,VPL公司首次提出“虚拟现实”的概念;1987年,JimHumphries设计了双目全方位监视器(BOOM)的最早原型。
(4) 第四阶段:虚拟现实理论进一步的完善和应用阶段
21世纪以来,VR技术高速发展,软件开发系统不断完善,有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等
3.特征
(1)多感知性:指除一般计算机所具有的视觉感知外,还有听觉感知、触觉感知、运动感知,甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。
(2) 存在感:指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度
(3) 交互性:指用户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。
(4) 自主性:指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度
4.关键技术
1.1 计算机图形技术
用计算机生成、显示、绘制图形的技术被称为计算机图形技术。计算机中的图形也是以数据的形式表示的,要把图形显示出来或绘制打印,就必须把数据转换成线条。计算机图形技术不仅能快速、准确、规范地制作大量的机械图、建筑图、电路图和地理图等,成为计算机辅助设计的重要内容,而且可以制作运动图形和三维图形,使原来绘图做不到的事得以实现。
2.立体显示技术
立体显示是虚拟现实的一个实现方式。立体显示主要有以下几种方式:双色眼镜、主动立体显示、被动同步的立体投影设备、立体显示器、真三维立体显示、其它更高级的设备。
3.视觉跟踪是指对图像序列中的运动目标进行检测、提取、识别和跟踪,获得运动目标的运动参数,如位置、速度、加速度和运动轨迹等,从而进行下一步的处理与分析,实现对运动目标的行为理解,以完成更高一级的检测任务。
4.语音识别是一门交叉学科。近二十年来,语音识别技术取得显著进步,开始从实验室走向市场。人们预计,未来10年内,语音识别技术将进入工业、家电、通信、汽车电子、医疗、家庭服务、消费电子产品等各个领域。 语音识别听写机在一些领域的应用被美国新闻界评为1997年计算机发展十件大事之一。很多专家都认为语音识别技术是2000年至2010年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一。 语音识别技术所涉及的领域包括:信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。
5.听觉、力觉和触觉感知技术 2012年1年中,许多科技公司都在研究计算机的自然输入方式,例过眼球、手势及语音来实现控制。英特尔希望开发一种统一的解决方案,将这些新技术集合在一起。英特尔将这样的技术称作“感知计算”。
5.技术特点:
(1)VR的交互性
VR的交互性,是指用户对虚拟现实中对象的可操作程度和从虚拟现实中得到反馈的自然程度,包括实时性。主要借助于专用设备(如操作手柄、数据手套等)产生,以自然的方式,如手势、身体姿势、语言等技能,如同在真实世界中一样操作虚拟现实中的对象。
(2)VR的沉浸感
VR的沉浸感,是指用户感同身受作为主角存在于虚拟现实中的真实程度,这是VR技术最主要的特征。影像沉浸感的主要包括感知性、自主性、三维图形中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应以及交互设备的约束程度等等。
(3)VR的想象力
VR的想象力,是指用户在虚拟现实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。
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