虚拟现实技术概述 曲毅

你对本课程的理解？ 专业选修课 先修课程 计算机图形学 数据结构 程序设计方法学 虚拟场景 虚拟仿真 虚拟人生 增强现实 三维实时游戏

本课程讲什么？ 基本理论 相关技术 硬件设备 工具软件 应用发展

大家能学到什么？ 了解基本理论 了解硬件设备和相关开发工具 了解应用现状和发展动向 掌握实现方法 为将来应用打基础

怎么学？ 课上积极思考 课下广泛探索 理论实践结合 勇于创新想象

怎么考？ 作业 10% 出勤 10% 课堂表现 10% 期末考试 70%

怎么讲？ 课堂讲授 课堂讨论 上机实践

第一章 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实技术的概念  虚拟现实技术（ Virtual Reality ，简称 VR ）是 20 世纪末逐渐兴起的一门崭新的综合性信息技术。  虚拟现实是采用以计算机技术为核心的现代高科 技，生成逼真的视觉、听觉、触觉等一体化的虚 拟环境。用户借助必要的设备以自然的方式与虚 拟世界中的物体进行交互，从而产生身临其境的 感受和体验。

10 时间人物代表作评价 1929Edward Link 室内训练飞行员模拟器体现 VR 思想 1962Morton Heilig 全传感仿真器（如骑车人）没 交互 Morton Heilig 被认为提出并 实践 “ 沉浸式 ”VR 系统概念的 先驱 1965Ivan Sutherland “ 终极的显示 ” 论文（交互显示 力反馈） 头盔式立体显示器 图形学之父、 VR 之父 1972Nolan Bushnell 交互式电子游戏 Pong （乒乓 球） 交互操作 1977Dan Sandin 等 数据手套 1.2 虚拟现实技术的发展史

11 时间人物代表作评价 1980 研究领域 VR 正式提出 1984NASA 火星探测的虚拟环境视觉显 示 VR 进入科学研究领域 1990Siggraph 虚拟现实的主要内容和发展 方向 90 年代 Data Gloves/Eye Phones VR 转向民间 21 世纪 Multigen Vega 、 OpenScenegraph 、 Virtools 、 VRP VR 软件开发公司研发团队 1.2 虚拟现实技术的发展史

虚拟现实之父  伊凡 · 苏泽兰 (Ivan Sutherland )  1938 年，出生于美国  1963 年获得 MIT 电子工 程专业博士学位  1965 年《终极的显示》  1988 年图灵奖获得者

早期的虚拟现实系统 Sensorama 立体电影系统 Ivan Sutherland 设计的头盔式显示器

VR 技术的高速发展阶段

1.3 虚拟现实技术的特性 3I 特征（提出） VR 技术是以沉浸性、交互性和想象性为基本特征 的计算机高级人机界面。

1.4 虚拟现实系统的组成 一个典型的 VR 系统主要 由计算机软、硬件系统 和 VR 输入 / 输出设备等组 成。其中，计算机是 VR 系统的心脏，负责构建 虚拟世界和实现人机交 互。

虚拟现实系统的组成

1.5 虚拟现实系统的分类  桌面式虚拟现实系统 (Desktop VR)  沉浸式虚拟现实系统 (Immersive VR)  增强式虚拟现实系统 (Augmented VR)  分布式虚拟现实系统 (Distributed VR)

桌面式虚拟现实系统 利用个人计算机或初级图形工作站来产生三维空 间的交互场景。参与者使用位置跟踪器、数据手 套、力反馈器、三维鼠标或其他手控输入设备来 驾驭虚拟环境和操纵虚拟场景中的对象。

沉浸式虚拟现实系统 沉浸式虚拟现实系统利用头盔显示器、洞穴式显示 设备和数据手套等交互设备把用户的视觉、听觉和 其他感觉封闭起来，从而使用户全心投入并沉浸其 中的体验。

增强式虚拟现实系统

增强式虚拟现实系统则允许 用户对现实世界进行观察的 同时，将虚拟图像叠加在真 实物理对象之上，为用户提 供与所看到的真实环境有关 的、存储在计算机中的信息， 从而增强用户对真实环境的 感受。

分布式虚拟现实项目 分布式虚拟现实系统是虚拟现实技术和网络技术相 结合的产物，是一个在网络的虚拟世界中，位于不 同地理位置的多个用户或多个虚拟世界通过网络相 连接共享信息的系统。

1.6 虚拟现实系统开发工具  第一种是从底层做起，如利用 C 或 C++ 等高级语言，采用 OpenGL 或者 DirectX 支持的图形库进行编程。  第二种是利用现有成熟、专业的面向对象的虚拟现实开发 软件作为开发工具，例如 Virtools 、 Quest3D 、 Eon Studio 、 Cult3D 、 VRP 、 Converse 3D 等软件。  第三种介于这两者之间，利用专业的虚拟现实编程开发库 或开发包，进行二次开发，例如： Multigen Vega 、 Prime OpenGVS 、 VTree 、 X3D 、 Java 3D 等。

1.7 虚拟现实技术的应用领用 宇航员数码相机互动展示北京故宫 Sprite 灌篮高手 培训产品展示旅游游戏开发 基督教堂室内样板房演示海军潜水艇虚拟小区 文物保护房地产系统仿真城市规划

1.8 虚拟现实技术的研究现状  国外的研究现状  美国  欧洲  亚洲：日本、韩国、新加坡  VR 软件开发平台： WTK 、 VRT 等  国内的研究现状  20 世纪 80 年代开始  北航、清华、北京科技大学、浙大、哈工大、西交大 研究所或实验室  企业和公司： CCTV 、中视典等

1.8 虚拟现实技术的研究现状  发展趋势  提高构建虚拟场景信息模型的效率  混合现实技术将得到越来越多的重视  数据规模增大，对真实感需求提高  多通道交互手段需要完善  技术的集成度需要不断增强  面向网络的应用需求快速增长

参考书  《虚拟现实技术基础与应用 》，苗志宏等编著， 清华大学出版社， 2014 年第 1 版  《人类认识世界的帮手 --- 虚拟现实》，汪成为 编 著，清华大学出版社， 2013 年第 1 版  《虚拟现实技术》，胡小强编著，北京邮电大学 出版社， 2005 年第 1 版。  《虚拟现实系统》，张茂军编著，科学出版社， 2001 年第 1 版。

作 业  1 、检索虚拟现实相关资料，了解虚拟现实概念、 研究现状和发展趋势  2 、检索、研究相关案例，下节课讨论（案例的特 点、创新、技术、启发）  3 、常见软件工具的比较（功能特点、优缺点、适 用场合、典型应用）

THE END