第二章 虚拟现实概论 第一节 虚拟现实简介.pptVIP

第二章 虚拟现实技术概述?§ 1 虚拟现实简介 1.1 虚拟现实的产生与发展历史 (1) 虚拟现实的技术背景 (2) 虚拟现实技术的起源 (3) 虚拟现实技术的迅速发展时期 20世纪50年代末期，Morton Heiling开始尝试设计多感觉的虚拟经历，他开发了一台名为Sensorma的机器，综合了电影的播放、音效、振动、风和味觉效果，让电影观众有如身临其境。头盔式屏幕的创意也是由他提出的。 1965年，具有“计算机图形学之父”美誉的美国麻省理工学院的科学家兼美国高等研究计划局信息处理技术办公室主任伊凡·萨瑟兰(Ivan Sutherland)发表了一篇题为“The Ultimate Display”（《最终显示》）的论文，提出使计算机显示屏成为观察客观世界窗口的设想，这被看作是研究虚拟现实技术的开端。 1966年，他完成了第一台能使用户观看“虚拟世界”的头盔显示器，通过这种立体观察装置，可以使用户看不到计算机的存在，而是完全进入到计算机生成的环境中。 1968年Douglas Engelbart发明了可以与计算机进行交互的装置，即最早的鼠标，人机交互这一面向用户的计算机技术从此诞生。 1971年Frederick Brooks开发出了反馈力系统(Force-Feedback System)。 1982年Thonmas Zimmerman等人设计出了数据手套，可以作为虚拟现实的输入装置。 1984年，米切尔·麦格里威和他的同事在美国航空航天局开发了数据护目镜，它允许使用者环视在计算机屏幕上描绘的图形世界。 随后美国Ames航天研究中心利用流行的液晶显示电视和其它设备开始研究低成本的虚拟现实系统，极大地推动了虚拟现实技术软硬件的研制和开发。 1985年，Jaron Lanier与Jean Jaeques Grimaud创建了VPL Research公司，这是第一个虚拟现实的商业化公司，也是一个虚拟现实王国。 他们不仅正式提出了虚拟现实(Virtual reality)的概念，而且开发研制出了实现人机自然交互的装置—数据手套。如今HMD和数据手套已经成为虚拟现实的硬件象征。 1986年美国航天局的Ames研究中心研制出了VIEW(Virtual Interactive Environment Workstation)，这是世界上第一个较为完整、多用途、多感知的VR系统。 它使用了立体头盔显示、数据手套、语音识别技术、跟踪技术与遥现技术。 用户可以从中看到立体图像、听到三维声音，可口头发出命令，伸手捉取由软件生成的虚拟物体。 虚拟现实技术的研究需要充足的经费支持，美国国防部为此投入了大量的经费（它也因此被称为虚拟现实的摇篮），因此其研究成果主要在军事领域得到应用。 1989年Autodesk公司开发了第一个以PC为平台的虚拟现实系统。 1990年，在美国达拉斯召开的SIGGRAPH国际会议上，首次将虚拟现实用三种基本技术进行了概括： 三维计算机图形学技术; 采用多种功能传感器的交互式接口装置; 高清晰度显示装置。 至90年代，由于计算机芯片能力的增强及浮点处理器和图形加速器的引入，陆续研制出一批较实用的头盔三维显示器、六自由度手套、立体声耳机。 充分的硬件支持使软件系统得到了飞速的发展，互联网的出现则促使VRML的提出及相关标准的制定。 尽管从虚拟现实技术的基本目标来看，目前的研究尚处于初级阶段，但从已有的研究成果看，它已显示出十分诱人的应用前景。人们对它越来越感兴趣，它也正从研究领域走向实际应用领域。 1.2 虚拟现实的概念 (1) 虚拟现实的定义 虚拟现实技术发展到今天，也只能说处于初级阶段。目前的系统受软、硬件条件的限制，只是在一定程度上给予用户“真实感”的体验，许多技术问题尚有待解决。现在还没有明确的定义。此处给出几个基于虚拟现实系统特征的定义 定义一： 是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的沉浸式虚拟交互环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。 定义二： 虚拟现实技术三角形（3I）: Burdea G. 在1993年召开的Electro 93国际会议上所发表的“Virtual Reality System and Application”一文中，提出了虚拟现实技术三角形，简捷地概括了虚拟现实技术在人机关系上的基本特征。此即三个I的定义： 沉浸感(Immersion) 交互性(Interaction) 想象力(Imagination) 定义三： 在Steuer J.发表的报告Defining Virtual Re