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虚拟现实系统的技术特点收藏
1.虚拟现实首先是一种可视化界面技术，可以有效地建立虚拟环境，这主要集中在两个方面，一是虚拟环境能够精确表示物体的状态模型，二是环境的可视化及渲染。
2.虚拟现实仅是计算机系统设置的一个近似客观存在的环境，为用户提供逼真的三维视感、听感、触感和嗅感的感受。它是硬件、软件和外围设备的有机组合。
3.用户可通过自身的技能以6个自由度在这个仿真环境里进行交互操作。
4.虚拟现实的关键是传感技术。
5.虚拟现实离不开视觉和听觉的新型可感知动态数据库技术。可感知动态数据库技术与文字识别、图像理解、语音识别和匹配技术关系密切，并需结合高速的动态数据库检索技术。
6.虚拟现实不仅是计算机图形学或计算机成像生成的一幅画面，更重要的是人们可以通过计算机和各种人机界面与机交互，并在精神感觉上进入环境。它需要结合人工智能，模糊逻辑和神经元技术。华堂科技
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当今的3D交互式立体影像应用的特殊性和复杂性，带来了显示、图像、交互等方面技术的多种挑战。无论是单通道，多通道立体投影系统，还是超高分辨率大屏幕显示系统及VR仿真环境，任何具体项目和应用都会有自己的独有特点和要求。
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球幕系统是基于计算机三维图形学技术、多媒体投影技术、计算机网络同步技术，结合三维建模和图形多媒体制作技术多种技术而成的，为体验者提供高沉浸感和高临场感体验的一种虚拟现实解决方案。被广泛应用在虚拟驾驶、飞行模拟、球幕影院、科普科教、科研教学等多种领域。
裸眼立体显示器（Multi-View Autostereoscopic displays），又称作多视角裸眼立体显示器，是一种通过特定光学遮挡和光路传播控制方式，实现多人同时裸视条件下（无需佩戴各种头盔、眼镜等设备）观看的立体显示设备。通过裸眼立体显示器，能够轻易呈现出具有空间深度和影像悬浮于屏幕外的视
CAVE是由多面投影墙组成的高度沉浸的虚拟演示环境，配合动作捕捉，用户可以在被投影墙包围的系统近距离接触虚拟三维物体，或者随意漫游“真实”的虚拟环境。
数字沙盘是通过声、光、电、图像、三维动画以及计算机程控技术与实体模型相融合，可以充分体现区位特点，达到一种惟妙惟肖、变化多姿的动态视觉效果。对参观者来说是一种全新的体验，并能产生强烈的共鸣。说白了就是在传统的沙盘模型上，增加了多媒体展示、互动功能。
虚拟环境投影又称环幕投影系统，包含环幕系统和环幕投影，是一种视听高度沉浸的虚拟仿真显示环境。
虚拟驾驶一般特指汽车仿真驾驶，或汽车模拟驾驶。虚拟驾驶系统是指利用现代高科技手段如：三维图形实时绘制技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术（如多通道立体投影系统）、多自由度运动平台（如六自由度运动平台）、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。
幻影成像也成为虚拟成像，是一种通过“实景造型”和“幻影”的光学成像结合，将所拍摄的影响和虚拟三维景物投射到布景箱中的进行三维图形显示或者三维图形与实景混合显示的一种技术。
虚拟现实头盔（英文全称Helmet Mounted Display 或Head Mounted Display）又称头盔显示器，是一种虚拟现实技术和解决方案中较为典型的高沉浸感显示设备。虚拟现实简答题答案_百度文库
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虚拟现实技术的特性
虚拟现实技术的特性
薛庆文/辛允东
清华大学出版社
《虚拟现实VRML程序设计与实例》本书全面介绍了VRML的基础知识和各节点详细的使用方法，以及将VRML与Java相结合创建虚拟世界的技术与实例。本节为大家介绍虚拟现实技术的特性。
1.1.2& 虚拟现实技术的特性
关于虚拟现实技术的基本特征，美国科学家Burdea G.和Philippe Coiffet曾在1993年世界电子年会上发表的"Virtual Reality Systems and Applications"一文中提出一个"虚拟现实技术的三角形"，简明地表示了虚拟现实的3个最突出的特征：交互性(interactivity)、沉浸性(immersion)和想象性(imagination)，即虚拟现实的"3I"特性，如图1-1所示。
传统的人机交互指的是通过鼠标和键盘与计算机进行交互，进而得到反馈。虚拟现实技术中的交互性指的是参与者与虚拟环境之间以自然的方式进行交互。这种交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用键盘、鼠标，还可以借助专用的三维交互设备(如立体眼镜、数据手套、三维空间交互球、位置跟踪器等传感设备)进行交互。立体眼镜、数据手套和头盔显示器的外观分别如图1-2～图1-4所示。
图1-1& 虚拟现实的"3I"特性
图1-2& 立体眼镜
图1-3& 数据手套
图1-4& 头盔显示器
立体眼镜是用于观察3D模拟场景VR效果的装置，它利用液晶光阀高速切换左右眼图像原理，是目前最为经济适用的VR观察设备。
数据手套是虚拟现实应用的主要交互设备，它作为一只虚拟的手或控件用于3D VR场景的模拟交互，可对物体进行抓取、移动、装配、操纵、控制，有有线和无线、左手和右手之分，可用于WTK、Vega等3D VR或视景仿真软件环境中。
头盔显示器又称数据头盔或数字头盔，是虚拟现实应用中的3D VR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接收来自主机的3D VR图形信号。使用方式为头戴式，辅以空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如自由行走、旋转等，VR效果非常好，沉浸性极强。在VR效果的观察设备中，头盔显示器的沉浸性优于立体眼镜。
沉浸性又称临场感，指用户感受到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，被认为是VR系统的性能尺度。虚拟现实技术根据人类的视觉、听觉的生理或心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像；用户戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，使自己由观察者变为身心参与者，成为虚拟环境中的一员。
一般来说，导致"沉浸性"产生的原因主要有以下两方面。
(1)多感知性(multi-sensory)，指除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实应该具有人所具有的多种感知功能。
(2)自主性(autonomy)，虚拟物体在独立活动、相互作用或与用户交互作用中，其动态都要有一定的表现，这些表现应服从于自然规律或设计者的规定。自主性就是指虚拟环境中物体依据物理定律做出动作的程度。
另外，影响沉浸性的因素还有图像的深度信息(是否与用户的生活经验一致)，画面的视野(是否足够大)，实现跟踪的时间或空间响应(是否滞后或不准确)，以及交互设备的约束程度(能否为用户所适应)等。
想象性是指在虚拟环境中，用户可以根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过联想、推理和逻辑判断等思维过程，随着系统的运行状态变化对系统运动的未来进展进行想象，以获取更多的知识，认识复杂系统深层次的运动机理和规律性。
VR技术出现以前，人们只能从定量计算的结果中得到启发而加深对事物的认识。借助于VR技术，人们则有可能从定性和定量集成的虚拟环境中得到感性和理性认识，进而深化概念、产生新意和构想，主动地寻求、探索信息，而不是被动地接受。这就更体现了虚拟现实的创意和构想性。
虚拟现实技术具有的交互性、沉浸性、想象性，使得参与者能在虚拟环境中沉浸其中、超越其上、进退自如并自由交互。它强调人在虚拟系统中的主导作用，即人的感受在整个系统中最重要。因此，"交互性"和"沉浸性"这两个特征，是虚拟现实与其他相关技术(如三维动画、科学可视化以及传统的多媒体图形图像技术等)最本质的区别。
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篇一：虚拟现实技术要点小结 虚拟现实技术要点小结 1.Virtual Reality ：用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界；让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。 2.虚拟现实系统具有四个重要特征：临境性，交互性，想象性，多感知性。 3.虚拟现实系统包含：虚拟世界（包含三维模型或环境定义的数据库）；虚拟现实软件（提供实时观察和参与虚拟世界的能力）；计算机；输入设备；输出设备。 4.虚拟现实系统类型：桌面虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统，分布式虚拟现实系统，混合虚拟现实系统。 5.虚拟现实的硬件：跟踪系统；知觉系统；音频系统；图像生成与显示系统。 6.位置跟踪技术：a.磁跟踪技术：用磁场进行位置和方位跟踪，优点是不受视线阻挡的限制，适用于手的跟踪。 b.光学跟踪技术 c.机械跟踪技术 d.声学跟踪技术 e.惯性位置跟踪技术。 7.VR系统中人的因素：眼睛（信息量最大），耳朵，身体感觉，平衡和运动眩晕。眼睛—视觉暂留：视网膜的电化学现象造成的视觉的反应时间。 眼睛—临界熔合频率（Critical Fusion Fregnency，CFF）效果会产生把离散图像序列组合成连续视觉的能力，CFF最低20Hz，并取决于图像尺寸与亮度。 眼睛—立体视觉 8.MultiGen软件：3DMax，VRML，OpenGL等。 9.基于几何的传统计算机图形学建模方法：a.真实感图形的实时绘制；b.多层次细节模型（LOD）；c.碰撞检测。 10.LOD（Level of Detail，多层次细节模型） 技术：a.在图形绘制时，通常将连续曲面离散为一系列的多边形或三角形，三角面片是图形系统中通用的绘图元语。 b.三角形数目越多，场景中几何模型的描述和绘制质量越高，但同时绘制速度越慢。 基本思想：a.对场景中的不同物体或物体的不同部分，采用不同的细节描述方法； b.在绘制时，如果一个物体离视点比较远，或物体比较小，用较粗的LOD模型绘制； c.反之，如果一个物体离视点比较近，或物体比较大，则必须用较精细的LOD模型绘制； d.运动的物体，对运动速度快或者运动中的物体，采用较粗的LOD，对静止的物体，采用较细的LOD。 11.碰撞检测技术：在虚拟环境中，由于用户的交互和物体的运动，物体间经常可能发生碰撞，此时为了保持环境的真实性，需要及时检测这些碰撞，并计算相应的碰撞反应，更新绘制结果，否则，物体间会出现穿透现象，破获虚拟环境的真实感和用回的沉浸感。 12.虚拟现实的应用：a.数字工程
b.专项应用：建筑环境；电力管理；矿产资源；水资源与水环境；大气与海洋；交通模拟与管理；战场模拟；古地理环境重建；E-Life。 13.数字地球的技术支撑：信息高速公路，计算机宽带高速网络技术，高分辨率卫星影像，空间信息技术，大容量数据处理与存储技术，科学计算及可视化，虚拟现实技术。 14.地形三维显示中的数据类型：矢量型和栅格型两大类。矢量型数据主要包括：等高线矢量数据。
栅格数据主要包括：数字高程模型DEM，纹理图像数据。 15.DEM数据获取：a.野外实地直接测量得到； b.利用摄影测量方法获取； c.从地形图中采集。 其他获取DEM的方法：用航天遥感立体像对获取DEM；INSAR（干涉合成孔径雷达）获取DEM；激光扫描测高仪等。 三种获取DEM数据方法的区别：野外实地直接测量适用于大比例尺、精度要求高、采
集面积范围较小，优点是可以获取高精度的DEM数据，缺点是劳动强度较大、效率较低，仅适用于小范围面积内作业。利用摄影测量的方法获取数据较快、周期短，但是数据源获取的成本较高、采集作业要求具备专业的仪器设备和训练有素的摄影测量专业技术人员。 采用从地形图上获取DEM所需的数据源容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求也不太高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业，但是它的精度最低。 16.DEM的获取与建立：规则格网，不规则三角形，混合数据模型。(详细的自己了解) 17.地形三维显示的基本过程：a.数据准备；b.DEM递归细分；c.透视投影变换；d.光照模型；e.消隐和裁剪；f.图形绘制和存贮；g.三维图形的后处理；h.基于三维地形图的分析。 18.DEM的递归分析原理：首先对DEM每一格网进行细分，第i次细分后得到4i个子格网，每子格网的节点的高程和平面位置有上一级网格结点经双线性内插得到。递归终止的标准是每个子格网在计算机屏幕上的投影面积在4个像素之内。递归细分的次数可由程序控制，然后对于每个子格网用两条对角线分为四个三角形，格网中线点的坐标由四周网格结点内插得到。 19.投影变换数学模型：如下图，DEM中任一点M在地面坐标系OT－XTYTZT，a中的坐标为（Xm,Ym，Zm），它在投影平面P上的像点为m，则m点在投影坐标系O－xy中其中：(XT,YT,ZT)是视点S在地面坐标系O-XYZ中的坐标； 是投影平面与地面坐标系的平面间的夹角； θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴之间的夹角。 之后，考虑到屏幕坐标系的特点和值 域，还必须将像点m的坐标(xm,ym)进行平 0??xm???x?xc??x0???????????0?yy??ym??c??y0?? 面相似变换，最后变换为屏幕坐标（xc,yc）： 不难看出，上述坐标变换的数学模型具 有以下特点： 1）该数学模型在理论上是严密的； 2）改变视点S的位置，就可以在屏 幕上绘制出在不同方位观察地面的立体透 视图； 3）若视点位置不变，只改变参数θ，这意味着代表地形表面的DEM数据场绕视点和投影平面P旋转不同的角度，也同样可以在屏幕上生成不同视角条件下的立体透视图。 20.消隐常见算法：1）画家算法（优先度法）；2）Z—buffer（深度缓冲器）算法；3）光线跟踪法。 21.光照模型：根据光学物理的有关定律计算画面上劲舞表面个点投影到观察着眼中亮度和色彩组成的公式。 一个好的光照模型应满足：1）能产生较好的立体视觉效果；2）在理论上具有一定的合理性或严密性；3）较小的计算量，以保证较快的绘制速度。 22.光照模型要考虑的影响：a.光源的位置；b.光源的强度；c.视点的位置；d.地面的漫 反射特性；e.地面对光的反射和吸收特性。 23.分形（Fractal）概念：部分与整体以某种形式相似的形称为分形。 分形集的五个特征：1）精细的结构，具有任意小尺度下的细节；2）分形集因不太规则而不能用传(本文来自： 池锝 网:虚拟现实技术总结)统的几何语言来描述；3）某种自相似性，可能是近似的自相似或统计上的自相似；4）其分形维数常大于其拓扑维数；5）在多数情况下可递归定义。 分形维数是描述分形最主要的参量，简称分维。它反映了复杂形体占有空间的有效性，是复杂形体不规则性的度量。常用的分形维数有：Hausdorff维数；盒维数；填充维数；相似维数。 24.纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，运用它可以方便的制作出极具真实感的图形而不必花过多时间来考虑物体的表面细节。 纹理映射算法的基本思路：选择或找到该目标地区的地形纹理图，依据各种图像间的映射关系，从而将纹理图像按规定的要求贴在三维地形图表面，使所产生的三维地形图既有立体感更有真实感。 25.基于地形要素矢量数据的三维地形图的绘制方法：1）纹理映射法；2）直接绘制法。 纹理映射法流程：
直接绘制法流程：
26.纹理库的建立实际上是一系列栅格图像的获取和管理，主要包括：a.纹理的分类；b.纹理图像的存放和检索方法；c.纹理图像的压缩；d.纹理图像的处理和相应软件包。 纹理库的优点：可以保证地形三维可视化软件系统的广泛适用性和较好的逼真效果，纹理库用以存储和管理各种地貌纹理图像。 纹理图像的获取途径：1）从专业摄影图片中获取；2）实地摄影获取纹理图像；3）从航天、航空遥感图像中获取纹理；4）直接以该地区的地形图或者它专题图经扫描得到的数字图像作为纹理图像；5）将该地区的矢量数据与地貌纹理图像复合，生成纹理图像。 纹理映射算法中的反混淆处理措施：a.保证纹理图像的较高分辨率；b.纹理图像的预处理；c.重采样。 27.遥感影像的优点：强现势性和纹理真实性。 28.制作三维地形实景图的基本思路：在获取区域内的地形数据的基础上，在数字化航摄图像上按一定的点位分布要求选取一定数量的明显特征点，量测其象坐标的精度值以及在地面的精确位置，据此按航摄像片的成像原理和有关公式确定纹理图像与相应地面之间的关系，解出变换参数；同时利用生成三维地形图的透视变换原理，确定纹理图像与地形立体图之间的映射关系；接着，DEM数据递归细分之后的每一地面点可依透视变换参数确定其在遥感图像中的位置，经重采样后获得其影像灰度，最后经透视变换、消隐、灰度转换等处理，将结果显示在计算机屏幕上，生成一副以真实影像纹理构成的三维地形实景图。 29.建立数字遥感影像和景物空间的映射关系需要选取遥感图像中具有明显特征的点作为待求的目标点来确定而这之间的关系，常用来在数字影像上目标点高精度的计算方法：重心法，Forstner定位算子，椭圆中心法，模板匹配法，求直线交点法。 30.航摄像片和相应地面间映射关系确定的方法：1）直接线性变换法； 2）空间后方交会法。 直接线性变换（DLT—Direct Linear Tranformation）：是一种直接描述遥感图象与地面相应坐标之间透视关系的解析表达式，它包含11个参数，含有对影像坐标的线性误差改正的作用。具体公式为：
其中（x，y）为遥 感图像上任一点的象坐 标，（X，Y，Z）为该点的地面坐标；L1，L2，…， L11为11个变换参数。 后方交会法：是通过定义遥感图像成像时传感器的内、外部姿态参数来描述这种中心投影关系的，计算公式为： 其中（x。，y0，-f）、（ai、bi、ci，i=1，2， 3。a2、a3、b3三个是独立的方向余弦）、（Xs， Ys，Zs）为9个姿态参数。
两种方法区别：与DLT相比，空间后方交会的变换参数几何意义比较明显，所需的控制点数略少。但在实际迭代解算中，空间后方交会对初始值的准确性要求较高，因此地形三维影像图绘制中在内方位元素未知的情况下，大多数情况下可采用DLT算法来求解变换参数。 31.灰度重采样（resampling）意即在原重采样的基础上再进行一次采样。也就是说，当欲确定不位于矩阵（采样）点上或图象坐标值不为整数的灰度值时需在一定领域内内插计算。重采样四种方法：1）最临近象元法；2）双线性内插；3）双三次样条函数；4）拉格朗日多项式。 32.三维地形航空影像图的绘制过程：1)依递归细分算法，得到子网格和相应的三角形面素；2)依视点、视角等参数，按投影变换公式求其屏幕位置；3)按直接线性变换法的公式计算纹理图像上的坐标；4)重采样得到灰度值；5)对灰度值进行简单的光照模型处理；6)同时进行消隐、裁剪、反混淆等处理；7)三维影像图显示与输出。 33.获取三维影像图的三种传感器的比较： 一）利用Landsat卫星遥感图像制作三维影像图：可以不受地区和国界限制，获得全球性的影像资料；图象数据能迅速获得，现势性强；最大优点为有7个波段，覆盖面大，可在分析和应用中发挥出高效益。二）基于SPOT图像的三维影像图制作：具有特殊的立体观察功能和稳定的几何结构及较高的影像分辨率。 三）基于SAR图像的三维影像图制作：星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar ——SAR）是有源辐射的主动式高分辨力微波成像系统，具有全天候、全天时、侧视力强、能穿透云雾等独特优点。 33.在三维地形图上实现可测量性的两种途径：1）基于数据文件来实现查询空间的功能； 2）基于投影变换关系的求交计算。 一）在三维地形图上通过数据文件实现可量性，主要分2步来实现：a.地形图上的空间信息按一定结构存贮；b.空间信息的查询功能的实现。
基本过程是：在绘制三维图的同时，按一定的数据结构在三维地形图上逐点存贮所对应的地面点的空间信息（Xi，Yi，Zi），构成相应的数据库或数据文件。在三维地形图量测时，以三维图形中的位置（Xi，Yi）作为索引，从相应的数据库（或数据文件）中查询、显示出该点的地面空间信息。 二）基于投影变换原理解算三维地形图上任一点对应的地面坐标，其实质就是透视投影成像的逆过程。即从任一屏幕象点出发，逆向投影光 线交出地面点（第一个交点）的空间位置的过程。实现这一过程的数学基础就是摄影测量学中的单片后交算法，其数据支持是区域的DEM。篇二：虚拟现实技术 虚拟现实技术概述总结
一、虚拟现实的概念内涵及应用领域 虚拟现实技术又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”等，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。 虚拟现实技术正在广泛地应用于军事、建筑、工业仿真、考古、医学、文化教育、农业和计算机技术等方面，改变了传统的人机交换模式。 二、虚拟现实的基本特征 虚拟现实技术的基本特征可以简洁地表征为沉浸性、交互性和构想性。 ? 沉浸性 沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用难以分辨真假的程度例如可视场景应随着视点的变化而变化甚至超越真实如生成比现实更逼真的照明和音响效果等。 ? 交互性 交互性是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度包括实时性。例如用户可以用手直接取虚拟环境中的物体, 这时手应该有触摸感, 并可以感觉物体的重量, 场景中被取的物体也立刻能够随着手的移动而移动。 ? 构想性 构想是指用户沉浸在多维信息空间中, 依靠自己的感知和认知能力全方位地获取, 发挥主观能动性, 寻求解答方式, 形成新的概念。 三、虚拟现实的硬件设备与软件技术 在虚拟现实系统中，硬件设备主要由3个部分组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成设备。此外系统还需要虚拟现实的相关技术。 1、虚拟现实的输入设备 有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两大类：一类是基于自然的交互设备，用于对虚拟世界信息的输入；另一类是三维定位跟踪设备，主要用于对输入设备在三维空间中的位置进行判定，并送入虚拟现实系统中。 虚拟世界与人进行自然交互的实现形式很多，有基于语音的、基于手的等多种形式，如数据手套、数据衣、三维控制器、三维扫描仪等。 手是我们与外界进行物理接触及意识表达的最主要媒介，在人机交互设备中也是如此。基于手的自然交互形式最为常见，相应的数字化设备很多，在这类产品中最为常用的就是数据手套。 数据手套是美国VPL公司在1987年推出的一种传感手套的专有名称。现在，数据手套已成为一种被广泛使用的传感设备。数据手套戴在用户手上，作为一只虚拟的手用于与虚拟现实系统进行交互，可以在虚拟世界中进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制等操作，并把手指和手掌伸屈时的各种姿势转换成数字信号传送给计算机，计算机通过应用程序识别出用户的手在虚拟世界中操作时的姿势，执行相应的操作。在实际应用中，数据手套还必须配有空间位置跟踪器，检测手在空间中的实际方位及其运动方向。 2、虚拟现实的输出设备 人置身于虚拟世界中，要体会到沉浸的感觉，必须让虚拟世界能模拟人在现实世界中的多种感受，如视觉、听觉、触觉、力觉、痛感、味觉、嗅觉等。 基于目前的技术水平，成熟和相对成熟的感知信息的产生和检测技术仅有视觉、听觉和触觉（力觉）3种。感知设备的作用是将虚拟世界中各种感知信号转变为人所能接受的多通道刺激信号，现在主要应用的有基于视觉、听觉和力觉感知的设备，基于味觉、嗅觉等的设备有待开发研究。 3、虚拟现实的生成设备 在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成设备，所以有人称之为“虚拟现实引擎”，它首先创建出虚拟世界的场景，同时还必须实时响应用户各种方式的输入。 通常虚拟世界生成设备主要分为基于高性能个人计算机、基于高性能图形工作站、高度并行的计算机系统和基于分布式计算机的虚拟现实系统四大类。 ① 基于高性能个人计算机虚拟现实系统主要采用普通计算机配置图形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虚拟现实系统； ② 基于高性能图形工作站虚拟现实系统一般配备有SUN或SGI公司可视化工作站； ③ 高度并行的计算机系统采用高性能并行体系； ④ 基于分布式计算机的虚拟现实系统则采用网络连接的分布式结构计算机系统。 4、虚拟现实的相关技术 虚拟现实系统的目标是由计算机生成虚拟世界，用户可以与之进行视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等全方位的交互，并且虚拟现实系统能进行实时响应。 要实现这种目标，除了需要有一些专业的硬件设备外，还必须有较多的相关技术及软件加以保证，特别是在现阶段计算机的运行速度还达不到虚拟现实系统所需要求的情况下，相关技术就显得更加重要。虚拟现实的相关技术主要有立体视觉显示技术，环境建模技术，真实感实时绘制技术，三维虚拟声音的实现技术，自然交互与传感技术等等。 ? 立体视觉显示技术 人类从客观世界获得的信息的80％以上来自视觉，视觉信息的获取是人类感知外部世界、获取信息的最主要的传感通道，视觉通道成为多感知的虚拟现实系统中最重要的环节。 在视觉显示技术中，实现立体显示技术是较为复杂与关键的，立体视觉显示技术是虚拟现实的重要支撑技术。 ? 环境建模技术 在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，要建立虚拟环境，首先要建模，然后在其基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。 虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。 在虚拟现实系统中，环境建模应该包括有基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。 但基于目前的技术水平，常见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。 三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模等。 1) 几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理物体的几何形状的 表示，研究图形数据结构的基本问题； 2) 物理建模涉及物体的物理属性； 3) 行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作机理。 ? 真实感实时绘制技术 要实现虚拟现实系统中的虚拟世界，仅有立体显示技术是远远不够的，虚拟现实中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的产生不仅需要真实的立体感，而且虚拟世界还必须实时生成，这就必须要采用真实感实时绘制技术。 所谓真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。 三维虚拟声音的实现技术 在虚拟现实系统中加入与视觉并行的三维虚拟声音，一方面可以在很大程度上增强用户在虚拟世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以减弱大脑对于视觉的依赖性，降低沉浸感对视觉信息的要求，使用户能从既有视觉感受又有听觉感受的环境中获得更多的信息。四、虚拟现实技术展望 虚拟现实技术依赖于计算机的高速运算和传输。高速运算和传输能解决虚拟现实环境的复杂逼真的环境构造和海量数据处理的问题，从而解决因计算和传输滞后引起参与者的心理疾病。 虚拟体的基本属性是与几何、物理和生物行为融合的。再好的真实感也离不开虚拟体的仿真行为。虚拟现实技术的真实感主要体现在视觉和听觉上，“多感知交互”正在成为热点。对力反馈系统的进一步研究、嗅觉、味觉和体表感受都是未来虚拟现实的内容。基于互联网的虚拟现实伴随互联网的发展而成为热点。 我国的虚拟软件还处于起步的阶段，希望国内有更多的自主知识产权的开发平台。 广阔的应用领域又向虚拟现实技术提出了新的创意和难题，应进一步推动虚拟现实的发展，目前虚拟现实技术的发展仅限于人们的想象力。 五、论文小结 虚拟现实技术是一个极具潜力的前沿研究方向，是面向21世纪的重要技术之一。 它在理论，软硬件环境的研究方面依赖于多种技术的综合，其中有很多技术有待完善。可以预见，随着技术的发展，虚拟现实技术及其应用会越来越广泛。 本论文概述了虚拟现实的定义、硬件、软件和应用，并对虚拟现实技术和应用的新热点做了展望，最后对学习“虚拟现实技术”这部分知识进行了总结。
计本1202班篇三：虚拟现实技术实验报告
江 西 科 技 师 范 大 学
实 验 报 告
课 程虚拟现实技术
班 级2009教育技术学
规 格 一、实验目的
四、实验方法及步骤
二、实验原理
五、实验记录及数据处理
三、实验仪器 六、误差分析及问题讨论 目录
1. 网络上VR作品查看 2. 了解虚拟现实技术的硬件 3. 全景作品的拍摄与制作 4. Cult3D技术制作-1 5. 有关VT作品制作
14. 15. 每次实验课必须带上此本子，以便教师检查预习情况和记录实验原始数据。 实验时必须遵守实验规则。用正确的理论指导实践袁必须人人亲自动手实验，但反对盲 目乱动，更不能无故损坏仪器设备。 这是一份重要的不可多得的自我学习资料袁它将记录着你在大学生涯中的学习和学习成 果。请你保留下来，若干年后再翻阅仍将感到十分新鲜，记忆犹新。它将推动你在人生奋斗的道路上永往直前！
实验一 ： 网络上VR作品查看
一、实验课程名称 虚拟现实技术 二、实验项目名称 网络上VR作品查看 三、实验目的和要求 1．通过Internet网络了解虚拟现实技术 2．通过Internet网络了解虚拟现实技术的相关应用 四、实验内容和原理 1．在Internet网络上查找虚拟现实技术相关网站5个，并观看其相关新闻,并写了网站简介。 2．在全文数据库中查找有关虚拟现实技术的相关论文。 进入到学校主页的图书馆中，在万方或维普或清华同方数据库中查找并下载5篇相关的论文，要求在实验报告中写出论文摘要和关键词。 3. 在网上搜索3个虚拟现实技术应用实例，并抓图。 4.通过以上的实验操作，初步了解虚拟现实技术及相关应用 五、主要仪器设备 计算机 六、操作方法与实验步骤 1．在Internet网络上查找虚拟现实技术相关网站5个，并观看其相关新闻,并写了网站简介。
.cn篇四：虚拟现实技术的历史与发展 虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术
发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚[1]拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家 Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父 Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了 VIDEOPLACE 与 VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由 M.W.Krueger 设计的 VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由 M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到真实军事演习的效果，浙江大学开发的虚拟故宫虚拟建筑环境系统和 CAD&CG国家重点实验室开发出桌面虚拟建筑环境实时漫游系统，北京航空航天大学开发的虚拟现实与可视化新技术研究室的虚拟环境系统。 三、虚拟现实技术发展趋势 虚拟现实技术是高度集成的技术,涵盖计算机软硬件、传感器技术、立体显示技术等。虚拟现实技术的研究内容大体上可分为虚拟现实技术本身的研究和虚拟现实技术应用的研究两大类。根据虚拟现实所倾向的特征的不同,目前虚拟现实系统主要划分为四个层次:即桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实。虚拟现实技术的实质是构建一种人能够与之进行自由交互的“世界”,在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标,实现的主要方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器,通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。桌面式虚拟现实系统被称为“窗口仿真”,尽管有一定的局限信息技术与信息化人机交互性,但由于成本低廉而仍然得到了广泛应用。增强式虚拟现实系统主要用来为一群戴上立体眼镜的人观察虚拟环境,性能介于以上两者之间,也成为开发的热点之一。总体上看,纵观多年来的发展历程,虚拟现实技术的未来研究仍将遵循“低成本、高性能”这一原则,从软件、硬件上展开,并将在以下主要方向发展: 1、动态环境建模技术 虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容,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,虚拟现实还依赖于立体显示和传感器技术的发展,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。 3、适人化、智能化人机交互设备的研制 虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感,但在实际应用中,它们的效果并不好,并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式,会有效地提高虚拟现实的交互性效果。 4、大型网络分布式虚拟现实的研究与应用 网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中,利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外,还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统,是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境,处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前,分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点,相继推出了相关标准,在国家“八六三”计划的支持下,由北京航空航天大学、浙江大学、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的网络平台和软硬件基础环境。 四、总结虚拟现实技术正如火如荼的发展，在很多领域例如军事、考古、娱乐、教育培训、工业制造、农业方面都有很广阔的发展前景。随着计算机技术的不断发展和完善，相信在不久的将来虚拟现实技术在以上领域会得到更广泛的运用，让人们的生活更加方便。
参考文献 [1]郭巍.信息与电脑(理论版).中国学术期刊（光盘版）电子杂志社,2010(5) [2]王梅艳. 虚拟现实技术的历史与未来[J].中国现代教育装备,2007,(1)：108-110 [3]许微.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].现代贸易工业,2009(2)：279-280 [4]李志文,韩晓玲. 虚拟现实技术研究现状及未来发展[J]. 信息技术与信息化,-96篇五：虚拟现实技术
学年第2学期期末考试
考试科目：
虚拟现实技术 学 院：
电子工程学院 专 业： 电子信息工程类 班 级： 班内序号： 学 号： 姓 名： 任课教师：
北京邮电大学 日
虚拟现实技术概述总结
（北京邮电大学 北京100876） 摘 要 虚拟现实技术是目前在计算机领域中一项发展最快的多学科综合技术，已经被广泛地应用于许多领域。本文综述了虚拟现实技术的概念，特征，原理和国内外研究应用进展，以及对于此项课程的总结与建议。
关键词虚拟现实技术, 应用，研究，发展 一、虚拟现实的概念、特征及应用领域 1、虚拟现实的概念： 虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，它是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术等多种科学技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，它创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。 2、虚拟现实的特征： 作为一种新兴的前沿技术，虚拟现实技术的主要特征有：1、多感知性(Multi-Sensory)——所谓多感知性是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知 之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，味觉感知、嗅觉感知等感知系统，从理想状态讲，虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。但是由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等有限的几种；2、交互性(Interactivity) ——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。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动；3、 浸没感(Immersion)——又称临场感或存在感，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，如同在现实世界中的感觉一样；4、构想性（imagination）——又称自主性，主要强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可以再现真实存在的环境，还可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 3、虚拟现实技术的应用领域： 早在20世纪70年代，美国便开始将虚拟现实用于培训宇航员。由于这是一种省钱、安全且有效的培训方法，现在已被推广到各行各业的培训中。目前，虚拟现实已被推广到不同领域中，得到了广泛得应用。 1、在科技方面： 虚拟现实可缩短开发周期，减少费用。克莱斯勒公司在1998年初便利用虚拟现实技术，使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，完全省略了中间的试生产，使克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。现在虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为了人类探索客观世界规律的三大手段。用它来设计新材料，可以预先了解改变成分对材料性能的影响。 2、在商业方面： 虚拟现实常被用于推销。例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。用虚拟现实技术展现这类商品的魅力，比单用文字或图片宣传更加有吸引力。 3、在医疗方面： 虚拟现实应用大致上有两类。一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能，方便医生对人体进行分析；另一是虚拟手术系统，可用于指导手术的进行,使手术进行得更加顺利流畅，降低手术的失误率。 4、在军事方面： 利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的研究战争、培训指挥员的方法。也正是由于虚拟现实技术达到很高水平，所以尽管不进行核试验，也能不断改进核武器。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地区各种自然环境和伊拉克军队的各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。后来实际作战的发展和模拟实验结果相当一致。
二、虚拟现实技术关键： 1、环境建模技术： 在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，要建立虚拟环境，首先要建模，然后在其基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。 虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。 在虚拟现实系统中，环境建模应该包括有基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。 但基于目前的技术水平，常见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。 三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模等： 1、几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理物体的几何形状的表示，研究图形数据结构的基本问题； 2、物理建模涉及物体的物理属性； 3、行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作机理。 2、立体声合成和立体显示技术： 在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会产生一种方向感，形成立体声。而立体显示技术则是利用双目立体视觉的原理：用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，用户可以通过头部的运动去观察环境，感觉更加逼真。在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度，我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在，已经有一些设备已经可以提供六个自由度，如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等，而另外一些性能比较优异的虚拟现实设备则是数据手套和数据衣。 3、触觉反馈技术： 在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉，让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体的反作用力，从而产生身临其境的感觉。 4、交互技术： 虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。 5、系统集成技术： 由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术为重中之重：包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。 6、真实感实时绘制技术： 要实现虚拟现实系统中的虚拟世界，仅有立体显示技术是远远不够的，虚拟现实中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的产生不仅需要真实的立体感，而且虚拟世界还必须实时生成，这就必须要采用真实感实时绘制技术。 所谓真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。相关热词搜索：
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