搜索
第六章多媒体虚拟现实技术一概述二相关技术三虚拟现实建模语言第六章多媒体虚拟现实技术－3－3人机交互与多媒体研究室概述以计算科学为核心的虚拟现实（VR）技术是多学科、多方向交叉的新技术，能够生成近似真实环境视、听、嗅、触等感知信息的虚拟环境。－4－4人机交互与多媒体研究室虚拟现实研究的主要内容人与环境的融合技术1）高分辨率的立体显示器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－5－5人机交互与多媒体研究室虚拟现实研究的主要内容动态环境建模——虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，动态环境建模技术的目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术，更多的情况则需采用非接触式的视觉技术，两者有机结合可以有效地提高数据获取的效率。－6－6人机交互与多媒体研究室虚拟现实在房地产领域的具体应用最直观的交流方式传统的效果图等表现手段落后，应用虚拟现实技术，构筑逼真的三维动态模型，全方位的展示建筑物内外部空间及功能－7－7人机交互与多媒体研究室物体对象的仿真技术1）几何仿真2）物理防真3）行为仿真－8－8人机交互与多媒体研究室虚拟装配”（VirtualAssembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有2种定义：1)一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。2)根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。－9－9人机交互与多媒体研究室模拟驾驶系统是用高科技手段如高速图形计算机、数据头盔或其他三维视觉通道（例如投影仪）、三维位置跟踪器和立体声音响等构造出一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感知功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境中并与之相互作用的能力。－10－10人机交互与多媒体研究室实时三维图形生成技术——三维图形的生成技术已经较为成熟，这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。－11－11人机交互与多媒体研究室运动训练视频分析系统及其应用将数字视频技术引入运动训练中，为专业运动训练提供方便快捷的视觉反馈手段，提供多种形式的基于视频的深入分析。运动训练视频分析软件系统-DVCoach，应用于国家跳水队－12－12人机交互与多媒体研究室研究面向体育训练的三维人体运动模拟与视频分析系统，－13－13人机交互与多媒体研究室虚拟现实的基本特征沉浸性(Immersion）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(包括实时性)。构想性(Imagination）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，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境－14－14人机交互与多媒体研究室虚拟现实代表性设备BOOM可移动式显示器它是一种半投入式视觉显示设备。使用时，用户可以把显示器方便地置于眼前，不用时可以很快移开。BOOM使用小型的阴极射线管，产生的像素数远远小于液晶显示屏，图像比较柔和，分辨率为1280×1024像素，彩色图像。－15－15人机交互与多媒体研究室数据手套:数据手套是一种输入装置，它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料紧贴在手上，同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线，以检测手的运动。光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展，而通过光电转换，手指的动作信息可以被计算机识别虚拟现实代表性设备－16－16人机交互与多媒体研究室虚拟现实代表性设备TELETACT手套:它是一种用于触觉和力觉反馈的装置，利用小气袋向手提供触觉和力觉的刺激。这些小气袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时，存储在计算机里的该物体的力模式被调用，压缩机迅速对气袋充气或放气，使手部有一种非常精确的触觉。－17－17人机交互与多媒体研究室虚拟现实代表性设备数据衣：为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量，包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换，身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。－18－18人机交互与多媒体研究室头盔显示器便携、高品质、高分辨率的计算机显示器，内建高保真立体声耳机。即插即用的产品，适合所有的PC机，笔记本电脑甚至目前流行的PDA，现场感强、图象清晰、饱和多彩。为计算机显示提供了很好的单通道解决方案。－19－19人机交互与多媒体研究室虚拟现实系统的应用在科学研究日本熔解科学研究院利用VR技术进行包括核聚变等离子体、聚合体和其它物质的流体动力学、分子动力学等3D复杂现象超级计算机模拟的互动三维（3D）数据分析。－20－20人机交互与多媒体研究室在工程领域大型工程漫游展示各种拟建设的工程项目，为国际和国内工程设计投标建立多种层次、细节丰富的虚拟模型，真实再现工程竣工后的情况。用户可选择不同路径进入该项工程的任意部分；也可为已建设或正在建设的各种工程项目展示其周边环境、内部装修、固定设施的配套情况。－21－21人机交互与多媒体研究室在教学领域中国地质大学地质晶体学研究和教学应用利用虚拟现实技术演示它们的结构特征，直观明了。加深了对晶体结构的了解。巴基球的分子图－22－22人机交互与多媒体研究室虚拟电子书又叫做虚拟翻页、感应翻书、电子翻书等。是通过空间感应技术，实现一本只有框架和模型的书本，而这本书的内容可以是动画、视频、图片。－23－23人机交互与多媒体研究室在军事领域虚拟战场环境采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上真实体验战场环境、熟悉将作战区域环境特征。在阿富汗和伊拉克战争中，美军采用综合了航空照片、卫星影像和数字高层地形数据来生成高分辨率的作战区域三维地形环境三维战场地形训练飞行员。大大减少了执行任务的难度和伤亡－24－24人机交互与多媒体研究室在医疗中科院深圳研究院研究了虚拟人的三维可视化、虚拟解剖、虚拟针灸、虚拟窥镜等虚拟手术系列产品。工作人员在电脑前操作，荧幕上出现一个立体“虚拟人”。当操作者戴上3D眼镜与力反馈装置、就可为“虚拟人”做手术操作者则可完成从切开、止血、分离、病灶处理到缝合的每一步。通过力反馈设备的引入，受训者可感受到真实的手感，让人身临其境地观察人体组织，模拟手术操作。是3D技术、模糊智能判别、基于面向对象的多层结构、非线性编辑技术、三维重建技术与虚拟现实技术等多项技术的综合，最终将提供120个不同难度的手术，包括普外、神经、心胸、外科、妇产科等各类手术。－25－25人机交互与多媒体研究室肝脏是人体造血解毒器官，由于肝脏的解剖结构特殊，血管分布密集，传统的外科治疗手术困难。若运用虚拟现实技术将核磁共振成像和扫描技术等医疗成像资料数据在计算机中重构器官的三维图像模型，分析病灶，便可以使手术机器人能准确无误地开展手术，降低手术风险－26－26人机交互与多媒体研究室虚拟现实建模语言VRML是“虚拟现实建模语言”（VirtualRealityModelingLanguage）的首字母缩写。简单说，VRML是一种用于描述三维造型与交互环境的简单的文本语言。复杂说，VRML是在Internet上建立3D多媒体和共享虚拟世界的一个开放标准。－27－27人机交互与多媒体研究室虚拟现实建模语言优点：＊平台无关：无论你的平台是PC还是SGI，都可以浏览VRML世界;＊基于Web，能够建立三维可视化服务器；＊能够快速建模：支持PROTO等灵活的编程方式;＊大量的可用资源：越来越多的Internet站点含有与VRML有关的内容。－28－28人机交互与多媒体研究室虚拟现实建模语言缺点：＊着色不如OpenGL快;＊没有底层控制;＊有限的界面。－29－29人机交互与多媒体研究室VRML的使用与开发条件VRML浏览环境：浏览器：IE3.0或NetscapeNavigator3.0（NS）以上版本;VRML插件：Windows98、NS自带或另行下载更新的版本。－30－30人机交互与多媒体研究室VRML的使用与开发条件最简单的VRML程序开发环境：以上两种软件再加上一个文本编辑器，如记事本或UltraEdit等。要浏览用VRML语言创建的虚拟世界，首先要安装它的浏览器，如果你使用NS，则它自带VRML插件。如果使用IE，可以这样做：在Windows98桌面中单击开始→控制面板→添加／删除程序，在“添加／删除程序”属性对话框中单击“Windows安装程序”标签，然后选中“Internet工具”，单击“详细资料”按钮，再选中“MicrosoftVRML2.0浏览器”，确定。－31－31人机交互与多媒体研究室VRML的工作原理VRML的工作原理是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,而把复杂的处理任务交给本地机从而减轻了网路的负荷.－32－32人机交互与多媒体研究室VRML建模语言主要技术特征基于C/S模式的访问方式.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.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.－33－33人机交互与多媒体研究室VRML建模语言主要技术特征基于ASCII码的低带宽可行性:VRML像HTML一样,用ASCII文本格式来描述世界和链接,保证在各种平台上通用,同时也降低了数据量,从而在低带宽的网络上也可以实现.而且当VRML在本地运行时,由于不受网络带宽和传输的限制效果更佳.－34－34人机交互与多媒体研究室VRML建模语言主要技术特征实时3D着色引擎:传统的VR中使用的实时3D着色引擎在VRML中得到了更好的体现.这一特性把VR的建模与实时访问更明确的隔离开来,也是VR不同于三维建模和动画的地方.后者预先着色,因而不能提供交互性.VRML提供了6+1个自由度,即三个方向的移动和旋转,以及和其他3D空间的超链接(Anchor).－35－35人机交互与多媒体研究室VRML建模语言主要技术特征可扩充性:VRML作为一种标准,不可能满足所有应用的需要.有的应用希望交互性更强,有的希望画面质量更高,有的希望VR世界更复杂.这些要求往往是相互制约的,同时又受到用户平台硬件性能的制约,因而VRML是可扩充的,即可以根据需要定义自己的对象及其属性,并通过Java语言等方式使浏览器可以解释这种对象及其行为.－36－36人机交互与多媒体研究室VRML的语法基础节点域事件路由原型脚本场景图－37－37人机交互与多媒体研究室作业围绕以下主题，查阅外文资料，完成一篇外文翻译（3000字），要求原稿及译稿均打印。多媒体虚拟现实技术多媒体人机交互技术多媒体数据压缩编码技术分布式多媒体技术