虚拟现实技术及其应用ppt课件.ppt

河南师范大学教育技术系 高义栋 开发工具与开发流程开发工具与开发流程 概念与特征概念与特征 需求与应用需求与应用 系统组成系统组成本本节节节节大大纲纲纲纲 一、什么是虚拟现实拟现实 ？ “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。 虚拟现实拟现实 的技术术支撑 虚拟现实 技术综 合了计计算机图图形学、图图像处处理与 模式识别识别 、智能技术术、传传感技术术、语语音处处理与音响 技术术、网络络技术术等多门科学，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 算机对对复杂杂数据进进行可视视化操 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。 虚拟现实拟现实 有哪些类类型 ？ 1 桌面式虚拟现拟现 实实cloud 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。 2 沉浸式虚拟现实拟现实 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。 3 增强性虚拟现实拟现实 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。 4 分布式虚拟现实拟现实 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、虚拟现实拟现实 技术术的应应用 危险环险环 境中作业业科学研究的可视视化医疗实验疗实验 与教学 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。 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。 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。 比如，谷歌公司在近期推出了人体浏览器，可以全方位地观察人体皮肤、肌肉、骨骼 直至内脏和神经。在谷歌Chrome浏览器里输入http:/bodybrowser.googlelabs.com/ 二、虚拟现实拟现实 的应应用-教育应应用 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 扩展阅读 ： 虚拟现实 教育应用探析 桌面式虚拟现实 教学课件的快速制作 交互性虚拟教室的设计 与实现 基于3dmax和VRP-Builder平台的数字校园虚拟漫游系统的设 计与实现 教育培训训中的应应用 用于汽车组 装培训的增强型虚拟 现实 系统 虚拟现实技术在教育行业的应用虚拟技能实训 虚拟技能培训包括： l 虚拟军事作战技能； l 虚拟医疗操作技能； l 虚拟体育竞赛技能； l 虚拟导游实训技能； l 仿真数控机床操作技能； l 虚拟飞行驾驶培训； l 虚拟汽车驾驶技能； l 果树虚拟栽培技能； l 电器仿真维修技能等。 成功应用： 虚拟飞机驾驶训练系统：学员可以反复操作控制设备，学习在各种 天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技 术的目的。 二、虚拟现实拟现实 技术术的应应用行业应业应 用实实 例 VR主题网站 虚拟现实软 件官方网站 vrp3d.com Quest3d.com 虚拟现实 制作公司网站 不得不提的虚拟社区 Second Life 国内的虚拟社区 HipiHi世界：http:/www.hipihi.com 由我世界 http:/www.uworld3d.com/index.ht ml 实例欣赏 了解行业应 用现状及优秀案例， 推荐经常关注如下网站 可以到高老师博客，直接访问这 些网站： http：/blog.sina.com.cn/gaobk 虚虚拟现实拟现实拟现实拟现实 主体网站主体网站 三、虚拟现实拟现实 的基本特征 多感知性（Multi-sensory）：用户户除了视觉视觉 感知外，还还可以有听觉觉 、力觉觉、触觉觉、运动动的感知，甚至包括味觉觉、嗅觉觉等人类类所具有的其 他感知功能。 浸没感（Immersion）：让让用户户有一种临场临场 的感觉觉，真实实的感觉觉，如 同现实现实 世界中一样样。 交互性（Interactivity）：用户户可以对对虚拟环拟环 境中的物体进进行操作并 可以得到及时时的反馈馈，比如抓东东西的过过程，又比如刚刚刚刚 开始流行的体 感游戏戏。 构想性（imagination）：让让用户户有广阔阔的可想象空间间，拓展人类认类认 知范围围，不仅仅可以再现现真实实存在的环环境，也可以随意构想出不存在的 环环境。 多感知性 （Multi-sensory） 用户户除了视觉视觉 感知外，还还可以有听觉觉、力觉觉、 触觉觉、运动动的感知，甚至包括味觉觉、嗅觉觉等人类类 所具有的其他感知功能。 浸没感 （Immersion） 让让用户户有一种临场临场 的感觉觉，真实实的感觉觉，如同 现实现实 世界中一样样。 交互性 （Interactivity） 用户户可以对对虚拟环拟环 境中的物体进进行操作并可以得 到及时时的反馈馈，比如抓东东西的过过程，又比如刚刚 刚刚开始流行的体感游戏戏。 构想性 （imagination） 让让用户户有广阔阔的可想象空间间，拓展人类认类认 知 范围围，不仅仅可以再现现真实实存在的环环境，也可 以随意构想出不存在的环环境。 四、虚拟现实拟现实 系统统的构成 1. 【虚拟现实环拟现实环 境】 2. 【高性能的计计算机】 3. 以头头盔、显显示器为为核心的【视觉视觉 系统统】 4. 以语语音识别识别 、声音合成与定位为为核心的【听觉觉系 统统】 5. 以方位跟踪器、数据手套、数据衣服为为主体的身体 方位和姿势势【跟踪设备设备 】 6. 味觉觉、嗅觉觉、触觉觉与力觉觉【反馈馈系统统】 虚拟现实设备拟现实设备 三维空间跟踪定位器三维空间交互球 数据手套 头盔显示器 立体显示器 多通道立体投影系 统统 华北水利水电大学虚拟现实三通道立体投影系统 国家农业信息中心双通道立体系统 三通道立体环幕投影系统关键设备介绍 必备硬件设备： 1.工程投影机 2.专业金属投影屏幕 3.高端三维图形处理集群 4.三通道高清媒体播放机 5.六通道立体数字图像融合机 6.5.1声道立体音响 7.偏振立体眼镜和立体镜片 8.千兆交换机、矩阵切换器 9.操控台、UPS和KVM 前置立体声音箱 120度柱面金属幕 系统操作台 工作站机柜 6台投影机，被动式立体投影 观众席 后置立体声音箱后置立体声音箱 整体布局 3通道组成一个120度的环幕画面，环幕弧长9-12米，幕布高度为2.5- 3.0米，整个展示环境为一个大画面无缝拼接投影系统。 投影亮度指标： 考虑到偏振式立体投影方式，透光率在50%以上，单台亮度不低于 6000流明，对比度不低于1000:1。 立体模式指标：采用偏振被动式立体模式，景深和立体程度可调。 噪音指标：整机工作时，观众位置的投影机噪音不超过30分贝。 主机系统指标： 高性能图形工作站，可运行海量数据的仿真系统软件，运行500万面 的场景，画面刷新率超过30 FPS。 网络运算指标： 同步运算时，不同主机间的同步延时不超过0.02秒，画面连续性好， 无抖动或丢帧现象。 配套软件 虚拟现实播放器 虚拟现实编辑器 立体投影模块 SDK二次开发工具包 平面设计软件 三维建模软件 其他软件 配套设备 数据手套 位置跟踪器 数据头盔 眼动仪 力反馈系统 立体快速成型机 三维扫描仪 裸眼立体电视 其他设备 洞穴式虚拟环 境 VR6系列眼动仪 ASL可以将微型眼动 光学模块击沉到虚拟现 实头带显示器（HMD） 里面，集成光学模块是 虚拟现实头盔最理想的 应用产品，他可以轻易 的装进任何合适的设备 里。 头盔显示器也叫数据头盔 、头戴式显示器。顾名思 义，头盔显示器是一种头 戴式的图形显示与观察设 备，它的原理是将小型2 维显示器所产生的影像藉 由光学系统放大。 头盔显示器（HMD） 6自由度位置跟踪器 位置跟踪器是用于空间跟踪与定位的装置，一 般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体 眼镜、数据手套等。 增强现实 增强现实（AR），也被称之为混合现实。它通过电脑技 术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的 物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。 它是一种3D体感摄影机 (开发代号“Project Natal”)， 同时，它导入了即时动态捕捉、影 像辨识、麦克风输入、语音辨识、 社群互动等功能。 伴随Kinect名称的正式发布， Kinect还推出了多款配套游戏，包括 Lucasarts出品的星球大战、MTV推出 的跳舞游戏、宠物游戏、运动游戏 Kinect Sports、冒险游戏Kinect Adventure、赛车游戏Joyride等 唐·马特里克还说：“先前，有种障碍把电动游戏玩家和所有人 都分隔了开，”“现在，有了Natal，大家都能加入游戏，使用发 明史上最棒的遥控器你。 五、虚拟拟现实软现实软 件 Quset3D VRP 目前国内比较流行的虚拟现实软件 WebMax：最大特点在于它的压缩比，号称可以 达到150：1，因此成品的文件量较小，网络发布上 有天生的优势，画面方面也比较细腻，互动方面需 要配合一些代码编写能力，扩展性也较强，而且对 客户端机器的配置要求很低，凭借软件永久免费的 理念，WebMax在国内有着大批的粉丝。 VRPIE：人性化程度好，软件成熟度高，上手 快，一些简单的互动不需要编程即可完成，软件也 提供编程接口。 Converse3D：最晚出现，一起步就提升到了 Dx9的API图形接口上，免费版仅有模型面数的限制 ，连恼人的官方logo都消失了，率先提出了“一个 场景，一个社区”的概念,领先业界开发出了Web3D 在线多人互动交流功能。 六、虚拟现实项拟现实项 目开发发流程 1、制作低模 2、展UV并绘制贴图 3、灯光渲染烘焙贴图 4、vr软件中交互设 置 创建灯光系统，设置全局照明，为场景设定照明效果； 测试渲染并不断调整灯光参数，达到满意的渲染效果； 烘焙贴图，PS中对烘焙出的贴图做进一步的修改调整； 将烘焙好贴图的模型导入VR软件进行下一阶段的制作。 模型导入VRP并进行检查和调整； VRP中进行材质与贴图的后期编辑， 主要对镂空贴图、水面、玻璃和金属等材质属性进行设 置； VRP中制作天空、阳光系统及其其他视觉特效； 创建角色动画； 制作景区场景交互； 创建行走相机并制作摄相机路径动画； VRP中制作系统的运行界面， 包括背景界面元素、交互按钮和背景音乐的制作； 加入视频、和flash等媒体，并与模型、按钮进行交互的链接； 前期系统设计与准备工作 展UV，主要用到Unwrap UVW修改器； Photoshop软件中合成模型的固有色贴图； 3dsmax中赋予材质和贴图并调整贴图位置。 古建筑房屋阁楼低模； 地形、地面、池塘等； 树木和植被和雕塑等面片模型 ； 人物、动物等角色的低模的制 作。 1、与项目投资单 位沟通并进行系统设计 ； 2、收集整理规划图、效果图、现场 照片； 3、撰写并录制需要的解说词 ； 4、制作相关介绍的专题 片和其他媒体资料； 参考资资料 1. Virtual Reality.PPT.Sagar Reddy. http:/www.slideshare.net/SagarRed/virtual-reality-1069264 虚拟拟现实现实 与人类类未来.PPT.北京大学 尚俊杰 博士 北京中视视典VRP官方网站. http:/www.vrp3d.com 谢谢 高义栋 河南师范大学 教育技术系 办公室：物理北楼 A207 Q Q：42525177 Email：gaoyidong01gmail.com 博 客：http:/blog.sina.com.cn/gaobk