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虚拟现实技术概述 曲毅 13851277772 quyi@hhit.edu.cn
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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
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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
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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
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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
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怎么考？ 作业 10% 出勤 10% 课堂表现 10% 期末考试 70%
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怎么讲？ 课堂讲授 课堂讨论 上机实践
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第一章 虚拟现实技术概述
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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。
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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
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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
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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
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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
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VR 技术的高速发展阶段
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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。
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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。
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17 1.4 虚拟现实系统的组成
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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)
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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。
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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。
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增强式虚拟现实系统
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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。
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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。
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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）
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THE END
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