独家科普VR技术：虚拟现实技术特点，组成和分类

2024-12-22上海AR开发专家

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  一:虚拟现实技术特点:
  虚拟现实(VirtualReality)又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术,生成三维逼真的虚拟环境,使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备,或利用键盘、鼠标等输入设备,便可以进入虚拟空间,成为虚拟环境的一员,进行实时交互,感知和操作虚拟世界中的各种对象,从而获得身临其境的感受和体会。
   虚拟现实技术具有以下五个主要特征:
  (1)沉浸性使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境”感觉,使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的,而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用,就像真正的客观世界一样。
  (2)交互性是在虚拟环境中,学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系,其中学生是交互的主体,虚拟对象是交互的客体,主体和客体之间的交互是全方位的。
  (3)构想性是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动,不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示,提高感性和理性认识,而且要能使学生产生新的构思。
  (4)动作性是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统,让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。
  (5)自主性是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。
  二:虚拟现实技术组成和分类:
  1 :虚拟现实系统的组成
          用户通过头盔、手套和话筒等输入设备为计算机提供输入信号,虚拟现实软件收到输入信号后加以解释,然后对虚拟环境数据库进行必要更新,调整当前虚拟环境视图,并将这一新视图及其它信息如声音立即传送给输出设备,以便用户及时看到效果。
  系统由输入部分、输出部分、虚拟环境数据库、虚拟现实软件组成。
  2:虚拟现实系统的分类
  虚拟现实系统按照不同的标准有不同的分类,通常分为以下四类:
        (1)桌面虚拟现实系统(Desktop VR)
        (2)沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)
         (3)分布式虚拟现实系统(Distributed VR)
  (4)增强式虚拟现实系统(Augmented Reality AR)
  2.1桌面虚拟现实系统(简称PCVR)
  桌面虚拟现实系统是一套基于普通PC平台的小型虚拟现实系统。利用中低端图形工作站及立体显示器,产生虚拟场景,参与者使用位置跟踪器、数据手套、力反馈器、三维鼠标、或其它手控输入设备,实现虚拟现实技术的重要技术特征:多感知性、沉浸感、交互性、真实性。
  主要特点为全面、小型、经济、适用,非常适合于VR工作者的教学、研发和实际应用。
  2.2沉浸式虚拟现实系统
  利用头盔显示器把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来,产生一种身在虚拟环境中的错觉。主要特点:
  (1)虚拟环境可以是任意虚构的、实际上不存在的世界。
  (2)任何操作不对外界产生直接作用。
  (3)一般用于娱乐或验证某一猜想假设、训练、模拟、预演、检验、体验等。
  2.3分布式虚拟现实系统(简称DVR)
  分布式虚拟现实系统是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境。
  在这个环境中,位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接,或者多个用户同时参加一个虚拟现实环境,通过计算机与其他用户进行交互,并共享信息。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。
  分布式虚拟现实系统的特征:
  ①共享的虚拟工作空间;
  ②伪实体的行为真实感;
  ③支持实时交互,共享时钟;
  ④多个用户以多种方式相互通信;
  ⑤资源信息共享以及允许用户自然操作环境中对象。
  2.4增强式虚拟现实系统
  增强式虚拟现实系统(Augmented Reality,简称AR),也被称之为
  混合现实
  。它是通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,两种信息相互补充、叠加,并同时存在于同一个画面或者空间中。其目的在于通过把计算机生成的虚拟对象与真实环境融为一体的方式来增强用户对真实环境的理解。
  虚拟现实硬件分析:
  三:虚拟现实系统中,硬件设备由三部分组成:输入设备,输出设备,虚拟世界生成设备
  1:输入设备分为两类:
  (1)基于自然的交互设备,用于对虚拟世界信息的输入(如数据手套,数据衣,三维控制器,三维扫描仪)
  (2)三维定位跟踪设备,用于对输入设备在三维空间中的位置进行判断,并送入虚拟现实系统中。
  2:虚拟世界输出设备:感知设备将虚拟世界中各种感知信号转变为人所能接受的多通道刺激信号。(1)视觉感知设备
  (2)听觉感知设备
  (3)触觉(力觉)感知设备
  3:虚拟世界生成设备:现有的虚拟现实系统主要考虑视觉通道,因此对虚拟现实生成设备提出了一下要求,主要对帧频和延迟时间的要求,计算能力和场景复杂性。
  四:虚拟现实的软件分析:
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