虚拟现实大作业

1江南大学现代远程教育提前考试大作业1虚拟现实技术的概念虚拟现实技术(VirualReality)也称VR技术，是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒休技术、人工智能技术以及人机接口技术等高新技术，生成三维逼真的虚拟环境。虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text)，图形(Graph)，图像((Image)，动画(Animation)，声音(Audio)，视频(Video)等不同信息为一体的人机交互系统，营造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景，促使人们脑、眼、手、鼻等多种器官接受刺激，使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉。虚拟现实技术主要通过构建一个文字(Text)，图形(Graph)，图像(Image)，动(Animation)，声音(Audio)，视频(Video)等不同信息为一体的人机交互系统，造出一个内容丰富、色彩缤纷、图文并茂、动静相融的虚拟情景，促使人们脑、眼、手、口等多种器官接受刺激.使人们产生一种身临其境的近乎完全真实的感觉。2虚拟现实技术的分类2.1根据支持设备来分类沉浸式：除计算机的标准设备外，还要增加一些特殊的外部设备。如三维立体显示器、数字手套、操纵杆等，体验者可以感知视觉、触觉、嗅觉、味觉等多种信息。沉浸式虚拟现实技术可以营造一种较理想的虚拟现实环境，使体验者有如亲临其境的感觉，但是外加的设备昂贵，不利于推广使用。非沉浸式:只使用计算机的标准设备，只能感受视觉与听觉，尽量使用软件去模拟接近较理想的虚拟现实环境。效果虽然不如沉浸式理想，但是经济方便，便于推广使用。2.2根据漫游的方式来分类自动漫游：由制作者在制作时设定漫游的路径，计算机根据这一事先设定的路径从相应的角度和方位去展示虚拟场景。自动漫游作品一般以视频文件提供，通过视频播放器播放，体验者除了操作播放器按键外，不能与虚拟场景有任何交互。交互式漫游:与自动漫游最大的不同，就是漫游的路径由体验者通过鼠标、键盘或其他特殊设备进行操控，可以由体验者任意从不同的角度和方位去观看虚拟场景。交互式漫游作品一般以可执行文件提供，可以直接运行。3虚拟现实技术的特征23.1多感知性(Mufti-Sensory)所谓多感知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、视觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。但由于相关技术，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、运动等几种。3.2沉浸性(Immersion)沉浸性也称临场感，指体验者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体者难以分辨真假，全身心地投人到计算机创建的三维虚拟环境中，如同在现实世界中的感觉一样。3.3交互性(Interactivity)交互性指体验者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)。用户可以通过兰维交互设备直接操纵计算机所给出的虚拟世界中的对朵，虚拟世界中的对象也能够实时地做出和应的反应。3.4构想性(Imagination)构想性指体验者从虚拟现实环境中得到感性和理性的认识，深化对概念的理解，主动获取新的信息，并产生新的想法，进而解决实际应用问题。3.5虚拟现实的构建技术与方法虚拟现实的构建涉及的技术很多，如投影变换（将三维物体投影到二维屏幕上）消隐处理（删除一个物体的不可见面片）光照模型（一个物体在一定环境和光照下呈现的颜色和亮度）；LOD模型（多重细节模型，即一个物体由近及远会变得逐渐模糊）；文理贴图雾化效果等。目前有许多软件和工具对这些算法予以包装和实现，开发者可以不必从底层做起。一般来说，构建一个虚拟现实系统有2种方法：①利用高级语言和三维图形函数库。常用的开发语言是VG，常用的图形函数库是场renGL和Directx3D.此方法的特点是：灵活性强，能够实现复杂的功能。缺点是:需要较高的编程水平，以及对图形函数库的掌握。这种方法开发的难度大，且开发的系统很难网上发布。②利用VRML语言(虚拟现实建模语言)，辅以其他工具。VRML是一个国际标准，其目标是建立因特网上的交互式三维境界。其定义了一种把三维图形和多媒体集成在一起的文件格式（扩展名为wrl）。构建一个虚拟环境，就是创建一个个文件，通过包含关系和超链接连接起来，构成一个庞大的场景。由于VRML用代码描述一个个实体和3场景，给编程者带来很大困难，因此就出现了一些可视化的场景编辑器，常用的有SGI公司的CosmoWorldPlatinumTechnology公司的VRCreator等。虚拟现实有三个最突出的特征即人们称道的“31”特性:交互性沉浸感和构想性。虚拟现实系统旨在突破系统和用户环境之间的界限突破用传统方法表达事物局限使人们不仅可以将任何想象的环境虚拟实现，并且可以在其中以自然的行为与这种虚拟现实进行交流。4虚拟现实技术的应用作为尖端科技虚拟现实集成计算机图形技术，计算机仿真技术人工智能传感技术、显示技术网络并行处理等技术的最新发展成果。是一种由计算机生成的高技术模拟系统。因为虚拟现实技术的特点它可以渗透到我们工作和生活的每个角落，所以虚拟现实技术对人类社会意义是非常大的。正因如此它和其它很多信息技术一样当专家还未把它的理论和技术探讨得十分清楚时，它已渗透到科学技术、工程、医学、文化、娱乐的各个领域，并受到极大注意。目前在我国虚拟现实技术多应用在城市规划、大型工程漫游、数字化酒店、展会、博物馆展示系统等领域在这些领域虚拟现实技术所表现出的效果比起其他技术要优秀许多。首先与传统沙盘比较，传统沙盘最大缺点在于空间限制性太大了，不足以体现出整个项目设计细节，同时，将其它的媒体信息加入其中亦存在许多困难，导致信息量严重羞乏，而虚拟现实为我们提供了无限的虚拟空间，近乎完美解决了这个问题，同时，他也可以与其它媒体手段无缝结合，辅以强大的数据库功能，所传递信息量更加巨大。其次与传统效果图画比较，静止的效果图只能向观者展示项目某一个或某几个方面，对观者提出的其他问题与要求必须以相近的图像或文字加以说明运作起来不直观、不全面具有相当大的局限性。而以虚拟现实技术为核心的多媒体介绍程序不需要观看者发挥任何想象力以空前直观方式将项目展现给观众在虚拟世界我们可以任意角度任意比例观看我们所感兴趣的内容。第三与传统三维动画比较，动画演示在一定程度上弥补了静止画面的不足声音与动画同步播放生动细致。但是严格意义上，这种浏览演示方式用于地产演示项目或其它类似项目。只是为了表现视频效果，对于典型的工程项目缺少应有的严谨性和灵活性，以及客观性。动画在播放过程中观者只是在被动的观看接受一些有关于项目的信息，并不能按照自己的意愿去观看、查阅检索信息。而虚拟现实产品则完全解决了以上两种表现4形式所存在的问题。我们可以虚拟空间中的任意地点、时间进行观察。目前虚拟现实技术除了在上述领域得以利用外在电子商务教育、娱乐等领域虚拟现实技术也正表现出不同一般的魅力我们来看看目前和未来虚拟现实技术在不同领域的应用以及特点。4.1电子商务虚拟现实技术为企业、消费者提供摆脱各级经销商和卖场的机会。目前网上销售和购物正在成为一种主流的买卖方式但一般的网上购物买家只能看到商品的缩略图尹无法对商品有全面认识目前已经有商家引入虚拟现实技术。主要通过360度全景照片或者三维立体技术.来更直观更全面展示商品消费者通过虚拟现实技术可以多角度的了解和接触商品。随着虚拟现实技术的不断发展相信在不久将来，网上消费者将可以通过视觉听觉、触觉甚至嗅觉来体验商品。4.2教育在教育领域.虚拟现实技术具有广泛的作用和影响作为受教育者主动云交互与被动的观看有质的差别。因此基于虚拟现实技术崭新的教育模式会带给我们崭新的教育思维解决我们以前无法解决的问题将给我们带来一系列的重大变革想象一下我们坐在虚拟的课堂里听虚拟的教师讲课.教学节奏完全由学习者来掌握，随时可以与虚拟教师进行互动授课内容不再以空洞的说教为基础.而是以大里的详实、生动、直观的虚拟情节出现寓教于乐成为教学的主要方式。4.2.1辅助专业教学⑴产品设计。在产品设计中，外观设计是重要的一环，以往要制作外观模型多采用油泥、泡沫塑料等材料进行制作，不但加工时间长，成本高，修改起来也非常麻烦。而采用虚拟现实技术创建的产品模型可以随时修改，在产品设计定型后可将设计数据直接用于加工，极大的提高了效率。与一般的三维软件不同，虚拟现实系统创建的模型可直接生成可执行文件(exe文件)，在不需要软件支持的情况下就可以在系统运行，而且支持在线浏览，使产品的宣传展示更加便利。⑵建筑教学。在传统的教学中像《中外建筑史》、《建筑结构选型》等课程都是采用教师口述加上文字图片演示的方式进行教学的。在遇到一些较少见的结构或较抽象的概5念时学生会难以理解。在虚拟现实技术的帮助下，同学们不但可以全方位互动地观察古今中外各种建筑的外部结构，还可以进入到建筑物的内部，甚至可以对虚拟建筑物的各个部分进行拆解和组装，使原本抽象的概念变得直观易懂。教师和学生一起经历虚拟环境，可以有效地激发学生的学习兴趣，使学习效率大为提高。⑶建筑漫游。建筑效果图是目前建筑表现中用的较多的方式。静态的效果只能向观者展示项目某一个或某几个方面，要全面了解的话还要加上自己的想象力。建筑漫游动画在一定程度上弥补了静止画面的不足，声音与动画同步播放，生动细致。但是动画在播放过程中，观者只是在被动的观看接受一些有关于项目的信息，并不能按照自己的意愿去随意观看，只能按照预定好的路径进行浏览，互动性差，动画制作完成后，如要改变浏览路径，就要重新进行动画渲染，这就需要耗费大量的时间。而虚拟现实技术则完全解决了以上两种表现形式所存在的问题。虚拟建筑场景制作完成后，使用者可通过鼠标、键盘进行控制，按照自己的意愿在场景中任意角度、位置、高度进行浏览。由于采用显卡进行实时渲染，无需漫长的渲染等待，使得虚拟现实场景有着极佳的互动性。⑷虚拟实验室。通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制，许多实验都无法进行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验相同的体验，能仿真实现各种实际的甚至不可视、不可摸、不可入、危险性高的实验，也能够真实的模拟，拓宽了教学实验的时间与空间的限制，在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。⑸虚拟校园。虚拟校园是基于虚拟现实技术，实现校园场景的虚拟，校园信息的浏览、查询以及与图像、声音、文字、视频等多媒体技术的结合，构建出一个生动逼真的三维可视化虚拟校园，具有高度交互功能和沉浸式现实仿真功能，还可以与数据库、网络、监控系统等无缝结合，使校园管理更加高效、便利。⑹教学管理。在教室的安排方面，教师在开设课程之前，可以根据课程需要，在各种类型的教室中，通过虚拟校园直观的选择到符合需要的教室，使教室的安排更合理。每学期在安排课程的时候，多少都会出现一些问题，比如上一节课结束后，下一节课安排在另一个教室上课，有时两个教室相距太远，不跑步的话可能就会迟到了。之所以出现这种情况是因为负责排课的工作人员在安排课程时看到的只是两个教室的编号，对其具体位置没有直观的感受，通过虚拟校园的使用，可以通过教室编号直观的看到教室所在的空间位置，使课程安排得以优化。⑺学生管理。辅导员和班主任都经常要和学生保持沟通，在巡视宿舍前，通过虚拟6校园系统可以快速的查到整个班级所有同学的宿舍所在位置，提高工作效率，使宿舍的安排更合理。作为家长，也可通过该系统了解到子女在校内所住的位置和居住环境，适当的安排子女的起居。⑻校园管理。每年的学生报到新生报到日，都会有大量的人员和车辆涌入校园。由于对环境不熟悉，找不到报到点，找不到停车位等情况非常普遍，如果他们之前来过的话，情况就会好得多了。通过虚拟校园系统，学生及家长可以在家里通过步行、驾车等操作模式进入学院内熟悉环境，当真正进入校园时，就不会再有陌生感了，因为已经“来过了”。安防监控系统与虚拟校园系统相结合，当有情况发生时，可以让安保人员快速定位事发地点的空间位置，更快到达事发地点，