多媒体技术 广东技术师范学院工业中心 陈华竣 ： Tel ： 020-38256221 虚拟现实技术概述.

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1 多媒体技术 广东技术师范学院工业中心 陈华竣 Email ： hustchen@163.com Tel ： 020-38256221 虚拟现实技术概述

2 www.gdin.edu.cn 2 虚拟现实概述 虚拟现实 (Virtual Reality) 是以沉浸性、交互性和构想 性为基本特征的计算机高级人机界面。可以模拟人的视觉、 听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的 虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行 实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。 一．虚拟现实的三种基本技术 1. 三维计算机图形学技术； 2. 采用多种功能传感器的交互式接口技术； 3. 高清晰度显示技术 二．虚拟现实技术的主要特征 1. 沉浸感 2. 交互性 3. 构想性 Immersion Imagination Interaction I 3

3 www.gdin.edu.cn 3 虚拟现实系统 一．虚拟现实系统的构成 1.VR 系统的构成 ①高性能计算机系统和高速计算机网络 ②虚拟环境生成器 ③三维视景图像生成及立体显示系统 ④立体音响生成系统 ⑤力反馈触觉系统 ⑥人体的姿势、头、眼、手位置的跟踪测量系统 ⑦人机接口界面及多维的传感装置 ⑧软件支撑环境和相应的数据库。

4 www.gdin.edu.cn 4 虚拟现实系统

5 www.gdin.edu.cn 5 虚拟现实的基本系统

6 www.gdin.edu.cn 6 虚拟现实的基本系统

7 www.gdin.edu.cn 7 虚拟现实系统分类 1. 桌面式 利用个人计算机和低级工作站进行仿真, 将计算机的屏 幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口（立体眼镜） 2. 沉浸式 利用头盔式显示器或其它设备, 把参与者的视觉、听觉 和其它感觉封闭起来, 提供一个新的、虚拟的感觉空间, 使得参 与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。通过位 置跟踪器、数据手套或跟踪球来交互。 3. 增强现实式 利用已有的真实世界，为用户提供一种复合的视觉效果， 用户观察到的真实世界同计算机产生的虚拟场景相融合。 4. 分布式 多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作, 共 同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的。

8 www.gdin.edu.cn 8 桌面式虚拟现实系统

9 www.gdin.edu.cn 9 沉浸式虚拟现实系统

10 www.gdin.edu.cn 10 环幕展示

11 www.gdin.edu.cn 11 增强现实式虚拟现实系统

12 www.gdin.edu.cn 12 分布式虚拟现实系统

13 www.gdin.edu.cn 13 虚拟现实工具软件 一． COOL 360 1. 制作全景图，用于 360 度浏览。 步骤： ①选取相机镜头 ②拍摄原始照片 ③连续拍摄照片 2. 制作广角照 3. 制作 360° 全景图 4. 调整照片

14 www.gdin.edu.cn 14 虚拟现实工具软件 二． QuickTimeVR 是一种在个人计算机平台上使用，基于静态图像处理的 初级虚拟实境技术 两种使用方式： 1. 使用者从各个侧面观看对象 2.360 度视野的全景图，使用者可以进入一个空间，例如一个房间或者计算 机产生的模拟环境进行体验。 制作步骤 1. 拍摄：相机和三脚架 2. 图像素材的获取和处理 3. 制作前的参数设置 4. 图像的拼接 5. 图像的混合 6. 设置人机交互热区 7. 图像的压缩

15 www.gdin.edu.cn 15 虚拟现实工具软件 三． VirTools 是一套具备丰富的互动行为模块的实时 3D 环境虚拟实境编辑软件，可 以制作具有沉浸感的虚拟环境，也可以制作出许多不同用途的 3D 产品，如 网际网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿 真与产品展示等 四． EON Studio 是一种依据图形使用者接口，用来研发实时 3D 多媒体应用程序的工 具，主要应用在电子商务／营销／数字学习／教育训练与建筑空间等领域。 五． Unity 是一款跨平台的游戏开发工具

16 www.gdin.edu.cn 16 3D 立体显示原理  世界因双眼而立体，平面图像无法跃然纸上 人双眼大约相隔 6.5 厘米，观察物体时，两只眼睛从不同的位置和角度 注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成 像，左右两面的印象合起来人就得到对它的立体感觉了。引起这种立体感 觉的效应叫做 “ 视差位移 ” 。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点 对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越 大，视差位移也越大。 正是这种视差位移，使我们能区别物体的远近，并获得有深度的立体感。 试验 闭上一只眼，两只食指由 远及近移动，能否对上

17 www.gdin.edu.cn 17 3D 立体显示原理  立体电影拍摄 模拟人眼观察景物的方法，用两台并列安置的摄影机，同步拍摄出两 条略带水平视差的电影画面，这样影片所包含的信息就与人的双眼亲临拍 摄现场所看到的画面一致了。

18 www.gdin.edu.cn 18 3D 立体显示原理  主动立体显示 用一台输出刷新频率范围为 96-144Hz 的投影机将左右眼画面交替显示，实际画面 的刷新频率为 48-72Hz 普通银幕，配置外部同步装置和主动立体眼镜，靠同步切换 主动立体眼镜来实现左、右眼的影像分离。当显示器输出左眼图像时，左眼镜片为 透光状态，而右眼为不透光状态，而在显示器输出右眼图像时，右眼镜片透光而左 眼不透光，以这样地频繁切换来使双眼分别获得有细微差别的图像，通过视觉上的 错觉，使 2D 画面产生真实的 3D 效果。 缺点：立体眼镜的频繁开关闪烁会造成眼睛的不适。

19 www.gdin.edu.cn 19 3D 立体显示原理  被动立体显示 偏振分光技术 通过两个放映机，把两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅 图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是重影模糊不清的，要 看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片。从两架放映机射出的光，通过 偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因 而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。 这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。当观众带上偏 振眼镜后，左右两片偏振镜的偏振轴互相垂直并与放映镜头前的偏振轴一致，所以 每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看 到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。

20 www.gdin.edu.cn 20 3D 立体显示原理  光栅立体显示 柱透镜立体光栅由许多结构参数和性能完全相同的小圆柱透镜组成， 这一特性使得它对图像具有 “ 压缩 ” 和 “ 隔离 ” 作用。圆柱立体光栅能将 从不同角度拍摄到的许多图像以条纹状态记录在同一张图片上。在观看时， 也利用同一种圆柱立体光栅，使人双眼看到的是同一景物的两个不同的像， 于是人的意念中就产生具有视差立体效果的深度图像。 平面照片形不成深度感

21 www.gdin.edu.cn 21 3D 立体显示原理  空气 3D 立体投影 通过一个特殊的投影机，使白光在距离投影机 2 到 3 米的位置投射出三维立体图像。主要由在固定 的点激发空气的氮和氧形成的微小等离子发射产生 。 3D 立体图像是则是利用上述原理的激发的微小 的 “ 点阵 ” 组成的图像，这些点阵组合在一起就形成 了投影机上方非常真实的 3D 图像。