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虛擬現(xiàn)實,原理,VR基本概念VR軟件系統(tǒng)平臺VR引擎實例和演示VR應用模式,,“虛”與“實”,昔者莊周夢為蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻適志與！不知周也。俄然覺，則蘧蘧然周也。不知周之夢為蝴蝶與，蝴蝶之夢為周與？——《莊子齊物論》,“虛”與“實”,柏拉圖：真正的世界只是存在于我們的想象中。笛卡爾：我思故我在！“IthinkthereforeIam”,記憶裂痕虛擬偶像（SIMONE，又名虛擬情人、西蒙妮）逃出克隆島（TheIsland）時空悍將（Virtuosity）異次元駭客（TheThirteenthFloor，又名十三階梯、十三度空間）黑客帝國時間線盜夢空間,描述,虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）就是研究一種計算機技術，把人們想象中的東西轉化為一種虛擬境界和虛擬存在，而這種虛擬境界和虛擬存在對我們的感覺器官就象真的客觀存在一樣。,VR終極目標,《黑客帝國》距離這個目標還有相當?shù)木嚯x,不同層次上的虛擬現(xiàn)實,哲學意義上的虛擬現(xiàn)實虛擬實在與自然實在的對等性科學意義上的虛擬現(xiàn)實科學研究的三大手段：理論、建模、實驗驗證與模擬仿真人類夢想的場景在感知中的實現(xiàn)工程意義上的虛擬現(xiàn)實以計算技術為核心，生成感知上與真實環(huán)境高度近似，交互上直觀自然的數(shù)字化環(huán)境,虛擬現(xiàn)實,VirtualReality1989年由美國Jaron.Lanier發(fā)明出來的一個詞靈境、幻境、賽伯空間、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實,怎樣理解虛擬現(xiàn)實,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的“現(xiàn)實”（即所虛擬的環(huán)境）大致可分為三種情況：第一種情況是模仿真實世界中的環(huán)境。,怎樣理解虛擬現(xiàn)實,第二種情況是人類主觀構造的環(huán)境。例如，用于影視制作或電子游戲的三維動畫。環(huán)境是虛構的，幾何模型和物理模型可以完全虛構。,怎樣理解虛擬現(xiàn)實,第三種情況是模仿真實世界中的人類不可見的環(huán)境。例如，分子的結構，空氣中速度、溫度、壓力的分布等。,一個蛋白質分子的示例,虛擬現(xiàn)實的概念,虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺,1.多感知性(Multi-Sensory)計算機生成一個給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境：視覺感知、聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等2.交互性(Interaction)指人能以自然方式與虛擬世界進行交互操作專用交互設備，如數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、觸覺和力反饋裝置3.沉浸感（Immersion,存在感、臨場感）它是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對介入者的刺激在物理上和認知上符合人的已有經(jīng)驗，從而使介入者感到自己作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度,虛擬現(xiàn)實的特點,虛擬現(xiàn)實概念辨析,虛擬現(xiàn)實與三維漫游虛擬現(xiàn)實與景觀動畫虛擬現(xiàn)實與三維游戲虛擬現(xiàn)實與計算機圖形學,虛擬現(xiàn)實概念的變化,虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺應用需求使VR的應用重點進行了多種變化強調(diào)自然交互產(chǎn)生的應用----如Kinect諸多應用不再強調(diào)沉浸感，而強調(diào)信息提供----增強現(xiàn)實,虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史與演變,萌芽與誕生（60年代-80年代末）軍事與航天的推動（70年代-80年代）漸入民間---游戲、娛樂、模擬應用的刺激（90年代）VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）VR應用的大眾化與多元化（21世紀）世博會、春晚、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、3D電影人機交互、增強現(xiàn)實,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,萌芽1929年，EdwinA.Link發(fā)明了飛行模擬器，使乘坐者的感覺和坐在真的飛機上是一樣的。1956年，MortonHeileg開發(fā)了一個叫做Sensorama(傳感景院）的摩托車仿真器。1962年，MortonHeileg申請了專利“全傳感仿真器”。該專利蘊涵了虛擬現(xiàn)實技術的思想。,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,1962年，美國電影攝影師MortonHeilig研制的Sensorama的立體電影系統(tǒng),萌芽與誕生（60年代-80年代末）,1965年，IvanSutherland在名為“UltimateDisplay”(終極的顯示)的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想。,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,1966年，美國MIT林肯實驗室研制出了第一個頭盔式顯示器(HelmetMountedDisplay即HMD)1968年，Sutherland在哈佛大學的組織下開發(fā)了頭盔式立體顯示器及一個虛擬系統(tǒng)，可稱得上是第一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,1987年，《科學的美國人》(“ScientificAmerican”)上發(fā)表了一篇題為先進的計算機界面（InterfacesforAdvancedComputing）一文；該雜志還發(fā)表了一篇報導數(shù)據(jù)手套的文章基于從60年代以來所取得的一系列成就，美國的JaronLanier在80年代正式提出了“VirtualReality”一詞。,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,軍事與航天的推動（70年代-80年代）70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個實用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。,SIMNET,萌芽與誕生（60年代-80年代末）,70年代和80年代早期，美國軍方開展“飛行頭盔”和軍事現(xiàn)代仿真器的研究1983年美國DARPA(DefenseAdvencedResearchProjectsAgency)和美國陸軍共同為坦克編隊作戰(zhàn)訓練開發(fā)了一個實用的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)SIMNET。1984年NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國宇航局）研制成功具有現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)雛形的VIVED系統(tǒng)1988年NASA研究完成VIEW系統(tǒng),NASA研制的VIVED和VIEW系統(tǒng),漸入民間---游戲、娛樂、模擬應用的刺激（90年代）,3D游戲主題公園、游樂場飛行、航海、醫(yī)學等的模擬訓練,1990年最早出現(xiàn)的兩款3D游戲,1995年的3D游戲,毀滅戰(zhàn)士1&2（Doom1&2）,2004年Doom3的效果,2011年，Crysis2,主題公園、游樂場,4D影院,4D影院演示2,4D影院演示1,虛擬高爾夫球場,飛行、航海駕駛模擬,駕駛射擊模擬,醫(yī)學模擬、仿真,演示:medicien.mpg,漸入民間---軟硬件技術的發(fā)展,顯卡的出現(xiàn)與飛速發(fā)展計算機圖形基礎算法的發(fā)展游戲引擎、虛擬現(xiàn)實平臺軟件的研發(fā),VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）,1994年3月在日內(nèi)瓦召開的第一屆WWW大會，就提出了VRML這個名字。SecondLife，There國內(nèi)：HiPiHi,網(wǎng)絡上的虛擬世界,,VR在Internet上的興衰（90年代中-21世紀）,2006-2007年隨secondlife的被報道而繁榮國內(nèi)出現(xiàn)很多類似產(chǎn)品局面遲遲無法打開，大都面臨破產(chǎn)原因分析技術問題無法找到盈利模式,VR應用的大眾化與多元化（21世紀）,多媒體創(chuàng)意展示奧運、世博、春晚3D電影阿凡達,清明上河圖---水晶石公司制作,多媒體創(chuàng)意展示,虛擬現(xiàn)實藝術虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體、文化創(chuàng)意緊密結合起來,VR應用的大眾化與多元化（21世紀）,適當放寬對沉浸感的追求，而重視用戶體驗創(chuàng)意展示、體驗人機交互----Kinect,iPhone增強現(xiàn)實,增強現(xiàn)實,增強現(xiàn)實——google智能眼鏡,Google眼鏡演示,虛擬現(xiàn)實概念的進一步總結,有很深的哲學淵源是一種理念新的應用模式不斷產(chǎn)生，應用熱點在不斷發(fā)生變化是多學科的融合,虛擬現(xiàn)實及其相關學科,虛擬現(xiàn)實,計算機圖形學,自動化控制,計算機視覺,模式識別,科學計算可視化,數(shù)字圖像處理,人機交互,,,,,生理學、心理學等,,輸入/輸出設備,人工智能,計算機網(wǎng)絡,虛擬現(xiàn)實,科學意義上的純粹的概念：虛擬現(xiàn)實是計算機生成的給人多種感官刺激的虛擬環(huán)境。用戶應該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互，從而產(chǎn)生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺應用意義上的概念利用計算機及各種傳感設備構造一種信息環(huán)境，人能夠高效、自然地對此信息環(huán)境進行感知、交互，產(chǎn)生沉浸感或達到某種信息傳達的目的。,對虛擬現(xiàn)實概念的分析,應用意義上的概念利用計算機及各種傳感設備構造一種信息環(huán)境，人能夠高效、自然地對此信息環(huán)境進行感知、交互，產(chǎn)生沉浸感或達到某種信息傳達的目的。虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）虛擬的現(xiàn)實虛擬化現(xiàn)實虛擬與現(xiàn)實,與幾個概念的辨析,虛擬現(xiàn)實與三維漫游，景觀動畫，三維游戲，計算機圖形學虛擬現(xiàn)實與媒體數(shù)字媒體，新媒體創(chuàng)意媒體,虛擬現(xiàn)實概念的進一步分析,什么是虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的終極目標不同層次上的虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實的概念辨析虛擬現(xiàn)實應用目標的變化虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史與演變虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一般組成形式,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成元素,介入者（人）虛擬世界生成設備---VR的計算機系統(tǒng)VR的人機接口感知設備：給介入者提供感知信號跟蹤設備：探測（接受）介入者的反應動作,生成虛擬世界的設備,硬件計算機軟件操作系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實引擎；建模軟件……網(wǎng)絡分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術，特別是軍事仿真的潮流。通訊網(wǎng)絡可以把VE轉換成共享的分布式計算環(huán)境。,這些設備的主要功能,視覺通道信號生成與顯示（要求：實時的幀速率；高質量的圖像）聽覺通道信號生成與顯示觸覺和力覺通道信號生成與顯示支持實時人機交互操作的功能——三維空間定位、碰撞檢測、語音識別以及人機實時對話功能,系統(tǒng)組成框圖,虛擬現(xiàn)實的人機接口,VR的人機接口有兩個作用：給人提供環(huán)境感知信息----感知設備機器?人跟蹤、探測人的動作和響應----跟蹤設備機器?人,眼、耳、鼻、舌、身、意,根據(jù)實驗心理學家統(tǒng)計，人類獲取的信息83%來自視覺，11%來自聽覺，這兩個加起來有94%。還有3.5%來自嗅覺，1.5%來自觸覺，1%來自味覺。,感知設備,視覺感知設備,CAVE,BOOM,HMD,180度環(huán)狀屏幕,球面投影顯示系統(tǒng),,選VR720全景圖全景視頻就選中裕興業(yè)VR,深圳市中裕興業(yè)實業(yè)有限公司業(yè)務聯(lián)系：0755-27866109微信號：lepaoboss公眾賬號：別墅8,感知設備,聽覺感知設備——三維真實感聲音的播放設備耳機式雙揚聲器組多揚聲器組觸覺（力覺）感知設備觸覺感知設備（一般的接觸感、感知質感/紋理感/溫度感）力覺感知設備（能反饋力的大?。┻\動感知、嗅覺感知、味覺感知…,多感官研究的實例,2008年3月，來自約克和華威大學的科學家小組，研制世界上第一款能夠模擬所有5種感覺的虛擬現(xiàn)實裝置：虛擬繭,跟蹤設備,跟蹤并檢測位置和方位的裝置，用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中基于自然方式的人機交互操作，例如手勢、體勢、眼勢視線方向變化。數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)衣服眼球跟蹤器語音綜合識別裝置直接心理感覺和控制…,跟蹤設備,,基本概念結束,