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2012年2月第1章虚拟现实技术概述虚拟现实季婷新华职工大学第1章虚拟现实技术概述2三维视觉展示新华职工大学第1章虚拟现实技术概述3新华职工大学第1章虚拟现实技术概述4新华职工大学第1章虚拟现实技术概述5百度地图、什么是虚拟现实随着社会的发展和科学技术水平的提高，二维空间平面效果的单一性，已无法满足某些行业的实际应用需求。二维空间的表达方式存在着自身难以克服的局限性，不能给观察者以立体的本原感受。科学技术的发展，带动了三维空间的广泛应用。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述8一、什么是虚拟现实虚拟现实（VirtualReality，缩写为“VR”），就是一种可以创建和体验三维虚拟世界的计算机系统。它是人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术、并行计算技术等多种技术的集成，用以生成一个人为虚拟的环境。这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其他现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，用户通过使用多种交互设备，如：鼠标、键盘、数据手套等，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述93D鼠标3D鼠标，是区别于普通鼠标的只能X/Y轴移动而言，3D鼠标还能实现Z轴方向的移动，它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向全方位立体控制能力，能完成诸如旋转，倾斜等操作。另外3D鼠标长的也不太像老鼠，一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成，像极了我们玩游戏时使用的手柄。其特点是具有适应能力的传感器技术，可以在您需要的那一刻，智能地提供给您需要的精确功能。再加上一排未定义功能的可扩展键，可由您来轻松定义其功能性。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述103D输入装置三维空间交互球是一种用于3D的移动控制器，这种控制器能明显改善系统上3D的交互性，更具人性化，能使用户更自如、直观地操纵3D模型和3D摄像机。它通过用推、拉和转动球等操作来控制方向和移动速度（旋转率），比以前的3D鼠标速度要快2~3倍，感觉更加真实。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述11三维数字扫描器非接触式三维数据扫描器,主要用于三维物件，特别是人的头部，雕像制作工业中外貌的量度。3D扫描器结合了Fastrakr动态追踪的技术，用来侦测物体的所在位置及方位，经过侦测描扫下来的对象影像，可以透过计算机系统建置3D物体。徕卡的三维数字扫描仪，可以扫瞄以往无法扫描的地方，也可以扫瞄移动中的物体，且对于非金属物体扫瞄的效果是非常的理想。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述12数字手套数字手套可以测量每一手指关节弯曲的程度，在每根手指都有一个传感器。可以模拟人手指的倾斜以及左右摇动的状况。它可以摸拟像鼠标一样的使用，也可以当作摇杆来使用。此系统透过一条支持RS232连接线与计算机相链接。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述13数字手套也称数据手套观察者还可借助数据手套等设备来操纵虚拟场景中的对象，数据手套中装有许多光纤传感器，能够感知手指关节的弯曲状态，观察者通过手指的活动来实现与虚拟场景的交互作用，数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为真实手套，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。在虚拟装配和医疗手术模拟中，数据手套是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述14立体显示配备3D立体屏幕的主要特色是，观看3D三维效果不需要搭配任何的外围辅助设备，例：3D立体眼镜、3D头盔、追踪器等等，就可以直接在计算机屏幕上呈现3D立体的影像。让您可以直接感受到3D影像从屏幕中浮在空中的感觉，就像真实的一样。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述15立体眼镜戴上立体眼镜后，立刻就能进入非常逼真的3D场景，看见场景中的人物在眼前跳进跳出。同时让工作者们在虚拟环境中，可以毫无负担，轻松又自在地融入场景之中，体验一趟超炫的现实之旅。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述16立体头盔立体头盔通常固定在用户的头部，用两个LCD或CRT显示器分别向两只眼睛显示两幅图像。这两个现实屏中的图像由计算机分别驱动，有细小差别，类似于人的双眼视差。立体头盔所能提供的沉浸感要比立体眼镜好得多。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述17力反馈方向盘240度大范围转向、力反馈、带档位和脚踏板。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述找寻世界先进的虚拟现实设备图样百度图片、什么是虚拟现实虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是1989年美国的J．Lanier（后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长）提出的，国内也有人译为“灵境”、“幻真”等。J．Lanier新华职工大学第1章虚拟现实技术概述20一、什么是虚拟现实虚拟现实技术的出现，始于军事和航空航天领域的需求，但近年来，虚拟现实技术凭借自身的巨大优势，已日益深入建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个领域。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述21二、常见开发虚拟现实三维场景的工具1、设计类（1）3DMax（2）Maya（3）Virtools（4）EONStudio（5）VRP中视典（6）Cult3D新华职工大学第1章虚拟现实技术概述22二、常见开发虚拟现实三维场景的工具2、代码类Direct3D、OpenGL、Java3D和VRML通过百度百科，了解这四种代码新华职工大学第1章虚拟现实技术概述23二、常见开发虚拟现实三维场景的工具2、代码类（1）Direct3D是Microsoft公司推出的三维图形编程API，它主要应用于三维游戏的编程，众多优秀的三维游戏都是由这个接口实现的。Direct3D的实现主要使用C++语言，需要编程人员具有较高的C++等高级语言的编程功底，因而难以普及。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述24二、常见开发虚拟现实三维场景的工具（2）OpenGL是SGI公司推出的三维图形编程的API，是业界支持最广泛的一个底层3D技术，几乎所有的显卡厂商都在底层实现了对OpenGL的支持和优化。OpenGL的另一特点是它的网络功能，在网络环境下，只要遵循同样的通信协议，OpenGL在不运行图形程序的计算机上也可以正常工作。OpenGL定义了一系列接口用于编程实现三维应用程序，可以使用C语言或C++来实现。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述25二、常见开发虚拟现实三维场景的工具（3）Java3D是SUN公司开发的适用于Internet环境的跨平台三维图形开发工具包，它对底层的图形库OpenGL和Direct3D进行了封装。它的低层图形构造函数不仅综合了低层API（OpenGL、Direct3D）最好的绘图思想，而且它的高层图形绘制还综合了基于场景图的思想。Java3D的本质是一个交互式三维图形应用编程接口。它用于实现三维图形显示和基于Web的3D小应用程序（Applet）的Java编程接口，具备了从网络设备编程到三维几何图形编程等各个方面的功能。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述26二、常见开发虚拟现实三维场景的工具（4）VRML是一种虚拟现实建模语言，在虚拟现实领域中取得了很大的成功。VRML2.0（VRML97）自1997年12月正式成为国际标准之后，在网络上得到了广泛的应用，这是一种比BASIC、JAVASCRIPT等还要简单的语言。脚本化的语句可以编写三维动画片、三维游戏等，它最大的优势在于可以嵌在网页中显示。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述27三、VRML介绍1、起源VRML最初出现在1994年的瑞士日内瓦的第一届WWW（互联网国际）会议上，TimBerners-Lee，也就是Web的奠基人，对MarkPesce的编程工作产生了浓厚的兴趣并邀请他给出名为”Cyberspace”的论文。这篇论文解释了一个名为Labyrinth的VRML浏览器原型，这是Mark和TonyParisi在1994年1月完成的一个程序。TimBerners-LeeMarkPesceTonyParisi新华职工大学第1章虚拟现实技术概述28三、VRML介绍程序设计的灵感来源于WilliamGibson（威廉•吉布森）的一部名为《Neuromancer》（神经漫游者）的小说。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述29三、VRML介绍内容介绍：小说主角凯斯是个网络独行侠，他受雇于神秘力量，奉命潜入跨国企业的信息中心窃取机密情报。他一方面参与信息大战；一方面得查出幕后的神秘主使是谁。作为一个计算机牛仔，他能够使自己的神经系统挂上全球计算机网络，为了在赛博空间里竞争生存，他使用各种匪夷所思的人工智能与软件为自己服务。事实上，凯斯并不想主宰世界，他希望能超越肉体的束缚，逃避废墟般的现实世界，在赛博空间里浪游……幕后首脑出乎意料。“天行者”海登·克里斯滕森将在新片《神经漫游者》中担任主角，扮演电脑黑客凯斯。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述30新华职工大学第1章虚拟现实技术概述31二、常见开发虚拟现实三维场景的工具因为是第一次在Web上呈现出三维的界面，所以在WWW会议上Labyrinth受到了特别的关注。VRML是这样一个缩写词，它的英文全称是VirtualRealityModelingLanguage。1994年的11月第二界WWW会议召开，在这次会议上提出了VRML1.0标准。目前最新的标准是1997年制订的VRML97。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述32三、VRML介绍2、基本原理用文本信息描述三维场景，在Internet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景，解释生成的标准规范即是VRML规范。正是基于VRML的这种工作机制，才使其可能在网络应用中有很快的发展。当初VRML的设计者们考虑的也正是文本描述的信息在网络上的传输比图形文件迅速，所以他们避开在网络上直接传输图形文件而改用传输图形文件的文本描述信息，把复杂的处理任务交给本地机从而减轻了网路的负荷。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述33三、VRML介绍统分结合模式：VRML的访问方式基于C/S模式，其中服务器提供VRML文件，客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台的浏览器(Viewer)对该文件描述的VR世界进行访问；即VRML文件包含了VR世界的逻辑结构信息，浏览器根据这些信息实现许多VR功能。这种由服务器提供统一的描述信息，客户机各自建立VR世界的访问方式被称为统分结合模式，也是VRML的基本概念。由于浏览器是本地平台提供的，从而实现了VR的平台无关性。新华职工大学第1章虚拟现实技术概述34三、VRML介绍2、基本特点（1）VRML具有创建三维造型和场景的功能，虽然其视觉效果不能与专业的三维软件相比，但其文件容量小，非常具有竞争优势。（2）具有良好的交互能力，并且支持Java等语言的接口，使得它具有更强大的编程设计能力。（3）具有很强的网络功能。（4）具有很强的多媒体功能，可以在程序中嵌入图形、动画、声音等多媒体素材。（5）语言简单易学，容易掌握，给开发提供了方便。