文档介绍：第六章多媒体虚拟现实技术
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概述
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术,是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统,是一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、运动等行为的高级人机界面技术,人能够通过多种感官渠道与它进行实时交互,这些渠道包括视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等等。它使计算机从一种需要人用键盘、鼠标对其进行操作的设备,变成了人处于计算机创造的环境中,通过感官、语言、手势等比较“自然”的方式进行“交互、对话”的系统和环境。
近年来,虚拟现实技术的飞快发展,引起了世界各国学者的关注,成为十分活跃的研究领域。它汇集一系列高新技术,包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术。
主要内容
虚拟现实系统概述
虚拟现实系统的硬件设备
虚拟现实系统的相关技术建模
虚拟现实软件简介
虚拟现实建模语言VRML
虚拟现实系统概述
虚拟现实技术的发展及现状
虚拟现实技术的主要研究内容
虚拟现实的研究内容主要分以下几个方面。
1. 人与环境融合技术
(1)高分辨率立体显示器
(2)方位跟踪系统
(3)手势跟踪系统
(4)触觉反馈系统
(5)声音定位与跟踪系统
(6)本体反馈
虚拟现实系统概述
2. 物体对象的仿真技术
(1)几何仿真
研究如何快速建立不同层次的显示模型。
(2)物理仿真
场景造型应采用物理模型,不仅要考虑对象的几何形状,而且要考虑对象的质量、运动规律、受力情况和立体声音等,使物体在虚拟场景中的表示更为真实可信。
(3)行为仿真
研究在用户操作下或在其他景物的作用下场景状态的变化规律和变化过程。
虚拟现实系统概述
3. VR图像生成技术及高效快速生成体系图技术
实时显示的刷新频率大于15帧/秒,复杂场景的显示由于计算量巨大,必须采用层次信息模型与逐步求精技术。双屏显示的同步问题也是立体显示的一个关键。图形图像的合成设计及其合理叠加显示、虚拟世界坐标系与对象坐标系之间的转换,都是需要进一步研究的问题。坐标变换和碰撞检测需要大量的计算,并行处理是较好的方法。
虚拟现实系统概述
4. 实时处理及并发处理的多维信息表示技术
根本目的是使参与者沉浸于多维信息空间仿真建模,从中获取知识和形成新的概念。应克服的主要技术瓶颈是能对人类感知和肌肉活动起交互作用的基于计算机系统的接口系统,支撑技术(软硬件环境和工具)包括各类传感器、三维显示和音响器、虚拟环境产生器、程序设计工具集、计算机网络和高性能计算平台等
虚拟现实系统概述
5. 高性能的计算机图形处理硬件研究
重点研究图形处理专用硬件、图形的并行处理、大规模集成电路技术及其在图形发生器设计中的应用。
6. 分布式虚拟环境和基于网络环境的虚拟现实研究
对基于网络的虚拟现实研究应给予特别的关注,技术与VR技术的结合为虚拟现实的未来提供了光明的前景。
虚拟现实系统概述
虚拟现实系统的基本组成
1. 虚拟世界
虚拟世界是可交互的虚拟环境,是虚拟环境或给定仿真对象的全体。它一般是一个包含三维模型或环境定义的数据库。虚拟环境是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境的感觉的交互式视景仿真。虚拟环境有多种形式,它可能是某些物理环境(如建筑物、厨房,甚至像汽车这样的物体内部)的伪真实反映, 也可能是根本没有任何物理基础的某一跨国公司的地理、层次网的三维数据库,甚至可以是与股票交易有关的多维数据集。虚拟环境还可用来评价一些物理仿真。在对电场中的分子行为进行模拟时,原子结构的行为动态可用简化的模型进行模拟。不管应用在何处,都要建立一个反映环境的几何数据库并将其存储起来,在需要时可进行实时调度和渲染。
虚拟现实系统概述
2. 虚拟现实软件
虚拟现实软件提供实时观察和参与虚拟世界的能力,包括虚拟环境建模、动画制作、物理仿真、碰撞检测和交互模式。
(1)虚拟环境建模
CAD技术为虚拟现实提供了有效的建模手段。这些模型可为多数虚拟现实系统利用,节省了可观的再建时间。建模工具一般提供了广泛的图形库支持。
(2)动画制作
一些动画可用矩阵操作来支持移动及旋转,而摆动及弹跳运动则需要专门程序。实时计算这些物理过程会带来诸如系统延时等一些问题,在某些动画序列中,复杂的动作可用简单的模拟方法而不用复杂的数学过程。这项技术要求将这些动作分解为一系列离散的关键模型并放到数据库中。