VR

第二章城市地理信息系统的基础理论（第6讲） 教学内容： 1 基 本 含 义 2 应 用 领 域 3 研 究 成 果 4 虚拟现实中的问题 5 研究 方向(前景)

教学目的： 1、让学生初步了解和掌握虚拟现实的基本含义及应用领域； 2、让学生了解和掌握虚拟现实的研究成果及虚拟现实中的问题； 3、让学生进一步了解虚拟现实的研究前景 教学时间：2课时 教学重点： 虚拟现实技术 教学难点： 虚拟现实中的问题 教学方法：讲授法 多媒体教学法 案例教学法

基本含义 1. 基本含义 1. VR

VR 1.1 科技名词定义（virtual reality） 地理信息学：存在于计算机系统中的逻辑环境，通过输出设备模拟显示现实世界中的三维物体和它们的运动规律和方式。 通信科技学：利用计算机发展中的高科技手段构造的，使参与者获得与现实一样的感觉的一个虚拟的境界。 资源信息学：一种模拟三维环境的技术，用户可以如在现实世界一样地体验和操纵这个环境。 VR

1.2 详细定义 虚拟现实技术是一种综合应用计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能等技术，制造逼真的人工模拟环境，并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知的高级的人机交互技术。 VR

1.3 基本特征 多感知性（Multi-Sensory）：指除了一般计算机技术所具有的视觉之外，还有听觉、力觉、触觉、运动感，甚至包括味觉、嗅觉等。 沉浸感(Immersion)：又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 交互性(Interaction)指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。 构想性(Imagination)指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。 VR

1.4 实现过程 虚拟现实利用计算机技术生成逼真的、具备视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境。它借助于计算机生成一个三维空间，通过将用户置身于该环境中，借助轻便的多维输入输出设备(如跟踪器、头盔显示器、眼跟踪器、三维输入设备和传感器等)和高速图形计算机，并根据由此而产生的一种身临其境的感觉，去感知和研究客观世界的变化规律。 VR

1.5 技术优点 虚拟现实的技术实质在于提供一种高级的人机接口。虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。 虚拟现实的出现，使人们从纷繁复杂的数据中解放出来，这种形式是传统表现方式所无法比拟的，它给人们提供了一个崭新的信息交流平台。 VR

VR 1.6 技术支持 是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。 是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话 的技术。 是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。 VR

VR 1.7 软件要求 模拟实时的相互作用； 模拟人脑所有的智能行为； 模拟复杂的时空关系，主要涉及时间与空间的同步等问题； 1.7 软件要求 复杂的逻辑控制； 模拟实时的相互作用； 模拟人脑所有的智能行为； 模拟复杂的时空关系，主要涉及时间与空间的同步等问题； 感觉的表达，包括人的听觉、视觉、触觉、味觉和嗅觉的计算机表达； 实时数据采集、压缩、分析、解压缩； 支持与虚拟环境交互的定位、操纵、导航等。 VR

VR 1.8 硬件要求 构造一个虚拟环境，在硬件方面需要有以下几类设备的支持： 触觉系统：提供参与者感知力与压力的反馈； 跟踪系统：用以确定参与者的头、手和身躯的位置； 触觉系统：提供参与者感知力与压力的反馈； 音频系统：提供立体声源和判定空间位置； 高性能计算机处理系统：具有高处理速度、大存储量、强联网特性。 图像生成和显示系统：产生视觉图像和立体显示； VR

应用领域 2. 应用领域 2. VR

2.1 飞行模拟 飞行模拟是虚拟现实技术应用的先驱。通过模拟器训练飞行员是一条有效的途径，同时，飞行模拟器可以作为一种试验床，对飞机的操纵性、稳定性和机动性进行测试和评定，较容易分析飞机气动参数的修改对飞行品质的影响。 VR

2.2 空间技术 最为成功的例子就是“哈勃望远镜的修复和维护”。经过这个虚拟系统的训练，宇航员于1993年12月，成功地完成了从航天飞机上取出备件更换哈勃太空望远镜上损坏的MRI这一复杂而又费时的任务。 VR

VR 2.3 医学方面 此外，远程医疗服务也是一个很有潜力的应用领域。 也可以用于医学心理学，尤其是在与心理失调有关的恐惧和忧虑疾病方面。 虚拟现实可以用于教学、复杂手术过程的规划、在手术过程中提供操作和信息上的辅助、预测手术结果等。 此外，远程医疗服务也是一个很有潜力的应用领域。 也可以用于医学心理学，尤其是在与心理失调有关的恐惧和忧虑疾病方面。 VR

VR 2.4 虚拟战场和科学计算可视化 虚拟战场既通过建立虚拟战场环境来训练军事人员，同时又可以通过虚拟战场来检查和评估武器系统的性能。 在科学计算可视化中数据——算法对应——图像，不同颜色代表不同警戒程度，色块之间可渐变也可突变。 VR

VR 2.5娱乐游戏 如家庭中的桌面游戏，公共场所的各种仿真等。目前基于虚拟现实技术的游戏主要有驾驶型游戏、作战型游戏和智力型游戏三类。 在北京奥运会的开幕式中也用到了虚拟现实的技术。 三维沙盘软件：包括各种活动的三维动画展示。 VR

VR 2.6 其他分类 按使用目的分类： 展示：包括直接展示和间接展示，其中间接展示如科学计算可视化。 预测：如产品设计，项目管理。 体验：主要在市场营销的销售环节。 训练：目的是与现实世界接轨，或使受训者更容易适应真实环境。 VR

研究成果 3. 研究成果 3. VR

主要成果 游 戏 成 果 1. 医 疗 成 果 2. 军 事 成 果 3. 古 迹 成 果 4. VR

虚拟现实&视景仿真技术在军事上的应用 中国海警某型主力艇虚拟仿真

虚拟现实技术中的问题 4. 虚拟现实技术中的问题 4. VR

硬件问题 VR问题 软件问题 自身问题 引发的问题

软硬件问题 数据存储设备的速度、容量还十分不足，而显示设备的昂贵造价和它显示的清晰度等问题也没能很好地解决，为VR制造的大部分专用设备不但造价高、使用起来很不方便、效果有限，而且局限性很大，还不能达到人们的要求，更不能达到VR所定义的那种环境 由于硬件的诸多局限性，使得软件的开发费用十分惊人，而且软件所能实现的效果受到时间和空间的很大影响，算法和许多相关理论也很不完善。另外，人们对大脑和人类行为的认识还需进一步提高。

自身问题 虚拟环境感知信息 合成的真实性 环境表示的准确性 人与虚拟环境 交互的自然性 实时显示的问题 智能技术 图形生成的问题

发展方向 5. 发展方向(前景) 5. VR

概述 虚拟现实技术研究内容很广，基于现在的研究成果及国际上近年来关于虚拟研究前沿的学术会议和专题讨论，VRML技术在目前及未来几年的主要研究方向有以下几个。 1. 感知研究领域 2. 人机交互界面 3. 高效的软件和算法 4. 廉价的虚拟现实硬件系统 5. 智能虚拟环境 VR

感知研究领域 从目前虚拟现实技术在感知方面来说，视觉方面较为成熟，但对其图像的质量要进一步加强；在听觉方面应加强听觉模型的建立，提高虚拟立体声的效果，并积极开展非听觉研究；在触觉方面，要开发各种用于人类触觉系统的基础和VR触觉设备的计算机控制的机械装置。 VR

人机交互界面 开展独立于应用系统的交互技术和方法的研究，建立软件技术交换机构以支持代码共享、重用和软件投资，并鼓励开发通用性软件维护工具。 VR

高效的软件和算法 积极开发满足虚拟现实技术建模要求的新一代工具软件计算法、虚拟现实建模语言的研究、复杂场景的快速绘制及分布式虚拟现实技术的研制。 VR

廉价的虚拟现实硬件系统 基于虚拟现实技术的硬件系统价格相对比较昂贵，是影响VRML技术应用的一个瓶颈。虚拟现实技术的主要研究方向是在外部空间的实用跟踪技术、力反馈技术、嗅觉技术及面向自然的交互硬件设备。 VR

智能虚拟环境  智能虚拟环境是虚拟环境和人工智能与人工生命两种技术的结合。它涉及多个不同学科，包括计算机图形、虚拟环境、人工智能与人工生命、仿真、机器人等。该项技术的研究将有助于开发新一代具有行为真实感的实用虚拟环境，支持分布式虚拟环境中的交互协同工作。 小结 虚拟现实技术是一门很新的技术，也是一门尚在发展的技术,更确切的说是一门具有很大发展潜力的高新技术。随着VRML的逐渐推广和流行，相信这一技术将会得到更加进一步的发展。我们将会看到虚拟现实开发工具的极大丰富，而且这些开发工具对虚拟现实的支持也将是越来越完备。随着计算机技术及相关技术的发展，在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。 　　虚拟现实技术的发展与普及，改变了过去人与计算机之间的枯燥、生硬、被动的交流方式，使人机之间的交互变得更人性化。虚拟现实技术是人们世世代代所追求的人机和谐的信息处理环境的继续。 VR

课外作业 1、请从互联网上进一步收集有关虚拟现实的案例，加深对虚拟现实的体验，增加感性认识和理性认识； 2、进一步熟悉虚拟现实关键技术及虚拟现实建模技术