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虚拟现实技术和应用

2020-04-21 来源:世旅网
虚拟现实技术和应用

专业:国际经济与贸易 姓名:肖艳梅 学号:1101801110 摘要:“虚拟现实”是现在的热门话题,很多产业都在运用它的技术实现新的发展。例如,电影院的3D模拟电影,让你感觉你和主角一起身临其境。这种虚拟的现实得到大家的一致好评,随后人们尝试将其运用到其它的各行各业,从而实现现实的虚拟,虚拟的现实。所谓的假即是真,真即是假,就是这样的。 “虚拟现实”(Virtual Reality,简称VR)是近年来出现的高新技术,是指利用计算机和高速多媒体系统产生一个三维空间的虚拟世界,提供给用户视觉、听觉、触觉等感官的模拟,使用户有身临其境的感觉,用户可以从自己的视点出发实时观察虚拟空间的事物,并与之发生交互。

国内也有人译为“灵境”、“幻真”等,国外同类的术语还有“虚拟环境”、“人工现实”及“电脑空间”等。

虚拟现实技术综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学,将计算机处理的数化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息,并通过视、听、触觉等感官作用于参与者,使其产生一种与现实一样的感觉。

它是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新的方式,与传统的人机界面及流行的视窗操作相比,在技术和思想上都有了质的飞跃。 一·它也在各行各业给到应用。

教育与培训方面的应用:最普遍的实例是战争模拟,可以凸显出训练环境的优势,还可以进行现实中无法开展的危险战争的模拟。此种模拟训练比真实的训练更安全,代价更低。

VR在教育中的应用,依据教育环境不同,划分为:虚拟校园、虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆

虚拟现实分为桌面虚拟现实,沉浸式虚拟现实,增强性虚拟现实,分布式虚拟现实。

桌面式虚拟现实:利用个人计算机和低端工作站进行仿真,将计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口。

沉浸式虚拟现实:提供完全沉浸的体验,用户被虚拟环境所包围,有一种完全置

身其中的感觉。

增强性虚拟现实:不仅利用VR来模拟现实世界、仿真现实世界,而且要用它来增强参与者对真实环境的感受,即增强现实中无法感知或不方便的感知。 分布式虚拟现实:多个用户通过网络连在一起,同时参加一个虚拟空间,共同体验虚拟经历,将虚拟现实提高到一个更高的境界。 二·虚拟现实技术的应用

危险环境中作业:可以使用VR技术在有放射、有毒的危险环境中,或者在宇宙空间进行监控和遥控作业,处理危险的材料,而不会有任何危险。

科学研究的可视化:给研究者的计算过程提供及时的图形化的反馈,可以让他们观察到方案的整个过程;比如,在美国国家航空和宇航局,地质学家应用VR技术远程分析火星表面的质地构造。

医疗实验与教学:直至目前,医学研究和教学还主要依赖实体解剖和塑料模型,由计算机生产的3D人体模型是进行医学研究和教学的新的方法。 三·虚拟的现实应用的举例

电磁波跟踪器:电磁波跟踪器是一种较为常见的空间跟踪定位器,一般由一个控制部件,几个发射器和几个接收器组成。

优点是其敏感性不依赖于跟踪方位,基本不受视线阻挡的限制,体积小、价格便宜,因此对于手部的跟踪大都采用此类跟踪器。

缺点是其延迟较长,跟踪范围小,且容易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响,从而导致信号发生畸变,跟踪精度降低。

超声波跟踪器:超声波跟踪器是声学跟踪技术最常用的一种,其工作原理是发射器发出高频超声波脉冲(频率20KHz以上),由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等,即可确定跟踪对象的距离和方位。 按测量方法的不同,超声波跟踪定位技术可分为:

飞行时间(Time Of Flight,TOF)测量法: 同时使用多个发射器和接收器,通过测量超声波从发出到反射回来的飞行时间计算出准确的位置和方向。 相位相干(Phase Coherent,PC)测量法:通过比较基准信号和发射出去后发射回来的信号之间的相位差来确定距离。

光学跟踪器: 光学跟踪器可以使用多种感光设备,从普通摄像机到光敏二极

管都有。光源也是多种多样的,如自然光、激光或红外线等,但为避免干扰用户的观察视线,目前多采用红外线方式。 四·虚拟现实的基本特征

多感知性:用户除了视觉感知外,还可以有听觉、力觉、触觉、运动的感知,甚至包括味觉、嗅觉等人类所具有的其他感知功能。

浸没感:让用户有一种临场的感觉,真实的感觉,如同现实世界中一样。 交互性:用户可以对虚拟环境中的物体进行操作并可以得到及时的反馈,比如抓东西的过程,又比如刚刚开始流行的体感游戏。

构想性:让用户有广阔的可想象空间,拓展人类认知范围,不仅可以再现真实存在的环境,也可以随意构想出不存在的环境。 五·虚拟现实的设备 固定式立体显示设备

台式VR显示设备:一般使用标准计算机监视器,配合双目立体眼镜组成。 根据监视器的数目不同,还可分为单屏式和多屏式两类。最简单也是最便宜的VR视觉显示模式,但缺乏沉浸感。

固定式立体显示设备:投影式VR显示设备, 一般可以通过并排放置多个显示器创建大型显示墙,或通过多台投影仪以背投的形式投影在环幕上,各屏幕同时显示从某一固定观察点看到的所有视像,由此提供一种全景式的环境。 三维显示器

三维显示器的实现方法主要分为以下4种:

(1)在普通的显示屏前附着特殊的涂层和滤光器来替代立体眼镜的作用。 (2)利用投影机把同一物体的多幅不同二维影像闪投在显示屏上,同时屏幕快速旋转,观看者大脑就会将不同画面拼合而成似乎漂浮在空中的三维物体影像。 (3)显示器由几十个超薄屏幕叠制而成,每个屏幕快速依次闪现出同一图像,由此流畅的组成完整的三维影像。 (4)利用全息图像技术实现

真正的三维显示HMD通常被固定在用户的头部,随着头部的运动而运动,并装有位置跟踪器,能够实时测出头部的位置和朝向,并输入到计算机中。它是在真实空间内创造出一个完整的立体影像。

头盔显示器:HMD通常被固定在用户的头部,随着头部的运动而运动,并装有位置跟踪器,能够实时测出头部的位置和朝向,并输入到计算机中。计算机根据这些数据生成反映当前位置和朝向的场景图像,进而由两个LCD或CRT显示屏分别向两只眼睛提供图像。

衡量头盔显示器性能的指标包括以下各方面:

1、逼真的立体视觉(双眼视觉) 2、分辨率

3、视场(Fireld Of View,FOV) 4、透射率 5、重叠率 6、重量 7、人的因素

资料参考

1.VirtualReality.PPT.SagarReddy..http://www.slideshare.net/SagarRed/virtual-reality-1069264

2.虚拟现实与人类未来.PPT.北京大学 尚俊杰 博士 3.北京中视典VRP官方网站. http://www.vrp3d.com

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