数字媒体技术专业虚拟现实期末论文虚拟现实学术科技论文.docx
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数字媒体技术专业虚拟现实期末论文虚拟现实学术科技论文
北京印刷学院
2016-2017学年第一学期
《虚拟现实概论》期末大作业
题目：
《虚拟现实学术科技论文》
姓名：
刘静雯
学号：
140430103
班级：
数字媒体技术1班
专业：
数字媒体技术
指导教师：
刘华群
提交时间：
2016.12.27
目录
一、虚拟现实的概念、特征及应用领域1
1.1概念1
1.2特征1
1.3应用领域2
二、虚拟现实涉及关键技术4
2.1分类4
2.2内容5
三、国内外虚拟现实研究的最新进展5
3.1各大公司企业决策5
3.2推出的最新设备7
四、学习心得及总结8
一、虚拟现实的概念、特征及应用领域
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。
它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。
1.1概念
虚拟现实（VirtualReality），简称VR，也称灵境技术或人工环境，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。
该技术集成了计算机图形（CG）技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
1.2特征
技术的角度来说，虚拟现实系统具有下面三个基本特征：
即三个“I”，Immersion-Interaction-Imagination（沉浸—交互—构想），它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。
从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果，到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中；
从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用，到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用；
从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识，到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。
总之，在未来的虚拟系统中，人们的目的是使这个由计算机及其它传感器所组成的信息处理系统去尽量“满足”人的需要，而不是强迫人去“凑合”那些不是很亲切的计算机系统。
1.3应用领域
医疗/军用
主要研究领域涉及传感技术、输入输出设备（如头盔式三维立体显示器、数据手套、多方位体验真实感的传感器和三维声音产生器）等。
中国也建立了专门的研究机构，对虚拟现实技术开展了研究，已取得了一定的成果，并投入到了实际应用。
VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。
在虚拟环境中，建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，可以学习了解人体内部各器官结构，对虚拟的人体模型进行手术等。
模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。
游戏/艺术/教育
游戏。
丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具，VR在该方面发展最为迅猛。
对于游戏的开发，角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏，其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果，而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。
目前已投入市场商业运营，显示出了很好的前景。
艺术领域。
VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。
另外，VR提高了艺术表现能力。
同时，各种大型的文艺演出效果，也可能通过VR技术进行效果模拟。
教育领域。
主要是发挥其互动性和生动的表现效果，用于立体几何、物理化学等相关课件的模拟制作，解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等。
在相关专业的培训机构，虚拟现实技术能够提供学员更多的辅助，比如虚拟驾驶、各种交通规则的模拟，特种器械模拟操作、模拟装备等等。
城市规划/地理交通
VR技术对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。
用VR技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境，而且能很好地模拟飓风、火灾、水灾、地震等自然灾害的突发情况，排水系统，供电系统，道路交通，沟渠湖泊等也都一目了然。
应急推演
对于具有一定危险性的行业（消防、电力、石油、矿产等）来说，定期执行应急推演是传统并有效的防患方式，但投入成本高，使得其不可能进行频繁性的执行。
而虚拟现实为应急演练提供了一种全新的模式，将事故现场模拟到虚拟场景中去，人为制造各种事故情况，组织参演人员做出正确响应。
这样的推演大大降低了投入成本，提高了推演实训时间，从而保证了人们面对事故灾难时的应对技能，并且可以打破空间的限制方便的组织各地人员进行推演。
这样的案例已有应用，必将是今后应急推演的一个趋势。
文物古迹
将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。
其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。
通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享。
Web3D
Web3D主要有四类运用方向：
商业、教育、娱乐、和虚拟社区。
电子商务。
三维的表现形式能够全方位的展现一个物体，具有二维平面图象不可比拟的优势。
教育业。
计算机辅助教学（CAI）的引入，弥补了传统教学所不能达到的许多方面。
在表现一些空间立体化的知识，如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时，三维的展现形式必然使学习过程形象话，学生更容易接受和掌握。
娱乐游戏业。
永远是一个不衰的市场。
虚拟社区。
只须构建一个三维场景，人以第一视角在其中穿行。
场景和控制者之间能产生交互，加之高质量的生成画面使人产生身临其境的感觉。
如果是建立一个多用户而且可以互相传递信息的环境，也就形成了所谓的虚拟社区。
数字地球
拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。
从战略角度来说，数字地球是全球性的科技发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台和集成。
从科技角度分析，数字地球是国家的重要基础设施，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华，是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。
二、虚拟现实涉及关键技术
2.1分类
虚拟现实技术按照不同的标准有不同的分类，通常分为以下四类：
1、桌面虚拟现实
桌面虚拟现实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。
通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩球等。
它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时参与者缺少完全的沉浸，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。
桌面虚拟现实最大特点是缺乏真实的现实体验，但是成本也相对较低，因而，应用比较广泛。
常见桌面虚拟现实技术有：
基于静态图像的虚拟现实QuickTime VR、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实、MUD等。
2、沉浸的虚拟现实
高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。
它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，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等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。
常见的沉浸式系统有：
基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。
3、增强现实性的虚拟现实
增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。
典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。
4、分布式虚拟现实
如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。
在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。
目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。
通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习。
2.2内容
虚拟现实技术的关键技术主要包括：
1、动态环境建模技术，它包括实现环境三维数据获取方法、非接触式视觉建模技术等等。
2、实时、现实三维动画技术，即实时三维动画生成技术。
3、立体现实和传感技术，它包括头盔式三维立体显示器、数据手套、力觉和触觉传感器技术的研究。
4、快速、高精度的三维跟踪技术
5、系统集成技术，包括数据转换技术、语音识别与合成技术等等。
3、国内外虚拟现实研究的最新进展
3.1各大公司企业决策
2014年5月，谷歌推出虚拟现实显示设备GoogleCardboard。
该设备是一款带有透镜的虚拟现实眼镜，与装有3D显示软件的智能手机连接后，可为用户带来震撼的视觉效果。
与该产品类似的还有微软公司开发的虚拟现实眼镜VRKit，二者的设计原理相似，但VRKit定价略高。
2014年9月，三星公司推出了虚拟现实头盔GearVR，该设备可实现360度全景照片和3D视频展示。
但GearVR只能连接三星智能手机GalaxyNote4。
该款智能手机具备头部运动追踪功能，与GearVR同时使用时，用户头部动作可在虚拟世界中带来相同的摆头效果。
Facebook旗下的Oculus公司将在2016年第1季度推出虚拟现实头盔CrescentBay，这款设备是老版设备Rift的升级，升级版CrescentBay提升了显示屏的分辨率和屏幕刷新率，整合了耳麦功能，实现了对头部360度运动的侦测，并从视觉、听觉上为用户提供沉浸式体验。
2015年9月，索尼公司推出了一款游戏专用虚拟现实头盔PlayStationVR，这款产品配备了分辨率高达960×1080的5.7英寸OLED面板，显示器刷新率达到120Hz，是索尼公司争夺2016年VR市场的主打产品。
美国眼镜制造商Vuzix利用原有技术优势，推出了虚拟现实头盔IWear720。
这款VR设备支持几乎任何型号的智能手机。
全球最大的游戏外部设备公司雷蛇（Razer）也涉水VR设备开发，2015年推出了头戴显示设备OSVR，这款设备可适配Linux、Android和Windows等操作系统，还能与其他虚拟现实耳机兼容。
2016年2月，中国台湾企业HTC联合Valve发布了虚拟现实头盔HTCVive的消费者版本，这款设备不仅配备了一个具备电话功能的麦克风，还安装了前置摄像头，用户可通过前置摄像头的影像看到真实世界的画面。
2016年2月底，谷歌推出了一款虚拟现实设备DeepDream，该设备内置了丰富优美的旅游景点画面信息，用户戴上该设备后，可以体验到比到实际旅游景点更美的风景，放佛置身童话世
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