多媒體技術(shù)作業(yè)

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1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念虛擬現(xiàn)實(VirtualReality),簡稱VR技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空I'可的鹿擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計算機圖形(CG)技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。從技術(shù)的角度來說

2、，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有下面三個基本特征：浸沒感浸沒感(Immersion)乂稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。世界屮的感覺一樣。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實交互性交互性(Interactivity)指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包扌舌實時性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的

3、重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。構(gòu)想性(想象性)構(gòu)想性(Imagination)強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范I韋I，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。由于浸沒感、交互性和構(gòu)想性三個特性的英文單詞的第一個字母均為I，所以這三個特性又通常被統(tǒng)稱為引特性。二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展白從計算機誕生以來，傳統(tǒng)的信息處理環(huán)境一直是以計算機為中心，是“人適應(yīng)計算機〃，從而在很大程度上制約了人們以計算機為工具認識和改造世界的能力。要實現(xiàn)以人為本，讓〃計算機適應(yīng)人〃，必須解決

4、一系列技術(shù)問題，形成和諧的人機環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是解決這一類問題的方法之一。1965年，美國ARPA信息處理技術(shù)辦公室(IPTO)主任IvanSutherland發(fā)表了一篇題為-TheUltimateDisplay^的論文。文章指出，應(yīng)該將計算機顯示屏幕作為"一個觀察虛擬世界(VirtualWorld)的窗口〃，計算機系統(tǒng)能夠使該窗口屮的景象、聲音、事件和行為非常逼真。Sutherland的這篇文章給計算機界提出了一個具有挑戰(zhàn)性的目標，人們把這篇論文稱為是研究虛擬現(xiàn)實的開端。1968年，IvanSutherland在麻省理工學(xué)院(MIT)

5、的林肯實驗室研制出第一個頭盔顯示器(Head-MountedDisplay,簡稱HMD)。這個采用陰極射線管(CRT)作為顯示器的HMD可以跟蹤用戶頭部的運動，當(dāng)用戶移動位置或轉(zhuǎn)動頭部時，用戶在虛擬世界屮所在“位置〃和應(yīng)看到的內(nèi)容也隨之發(fā)生變化。人們終于通過這個"窗口〃看到了一個虛擬的，物理上不存在的，卻與客觀世界的物體十分相似的"物體看到虛擬物體的人們進一步想去控制這個艱擬物體，去觸摸、移動、翻轉(zhuǎn)這個熄擬物體。1971年,FrederickBrooks研制出具有力反饋的原型系統(tǒng)Grope-ll,用八通過操縱一個機械手設(shè)備，可以控制“窗口〃

6、里的虛擬機械手去抓取一個立體的虛擬物體，并且人手能夠感覺到虛擬物體的重量。1975年，MyronKruegerM出"Art訐icialReality"(人工現(xiàn)實)的概念,并演示了一個稱為〃Videoplace〃的環(huán)境。用戶面對投影屏幕，攝像機攝取的用戶身影輪廓圖像與計算機產(chǎn)生的圖形合成后，在屏幕上投射出一個虛擬世界。同吋用傳感器采集用戶的動作,來表現(xiàn)用戶在虛擬世界屮的各種行為。不斷提高的計算機硬件和軟件水平，推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)不斷向前發(fā)展。1985年,加州大學(xué)伯克利分校的MichaelMcCreevey研制出一種輕巧的液晶HMD,并且采用了更

7、為準確的定位裝置。同時，JaronLanier與J.Zimmermn合作研制出一種稱為DataGlove的彎曲傳感數(shù)據(jù)手套，用來確定手與指關(guān)節(jié)的位置和方向。1986年，美國航空航天管理局NASA的ScottFisher等人，基于HMD和DataGlove研制出一個較為完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)VIEW(VirtuallnteractiveEnvironmentWorkstation),并將其應(yīng)用于空間技術(shù)、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化和遠程操作等領(lǐng)域。三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用VR技術(shù)問世以來，為人機交互界面開辟了廣闊的天地，帶來了巨大的社會、經(jīng)濟效益。在當(dāng)今世界上

8、，許多發(fā)達國家都在大力研究、開發(fā)和應(yīng)用這一技術(shù)，積極探索其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。統(tǒng)計結(jié)果表明：VR技術(shù)冃前在軍事、航空、醫(yī)學(xué)、機器人、娛樂業(yè)的應(yīng)用占據(jù)主流地位；其次是教育、藝術(shù)和商