第1章_虚拟现实技术概述

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1、虚拟现实技术及应用第1章虚拟现实技术概论1.1虚拟现实技术的发展史1.2虚拟现实技术的概念1.3虚拟现实技术的特征1.4虚拟现实系统的分类1.5虚拟现实技术的应用领域1.6虚拟现实技术的研究现状虚拟现实技术虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。1.1虚拟现实技术的发展史1929年，EdwardLink设计出用于训练飞行员的模拟器，，使乘坐者的感觉和坐在真的飞机上是一样的。。1956年，Morto

2、nHeilig开发出摩托车仿真器Sensorama，Sensorama具有三维显示及立体声效果，并能产生振动和风吹的感觉。1.1虚拟现实技术的发展史1965年，IvanSutherland发表论文“UltimateDisplay”（终极的显示）1965年，IvanSutherland在篇名为《TheUltimateDisplay》（终极的显示）的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。1966年，美国的MIT林肯实验室在海军科研办公室的资助下，研制出了第一个头盔式显示器

3、(HMD)，随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。1967年，美国北卡罗来纳大学开始了Grup计划，研究探讨力反馈(ForceFeedback)装置。该装置可以将物理压力通过用户接口引向用户，可以使人感到一种计算机仿真力。1968年，IvanSutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HeadMountedDisplay，HMD）1.1虚拟现实技术的发展史1972年，NolanBushnell（IvanSutherland学生）开发出第一个交互式电子游戏Pong，在一台机器上模拟乒乓球，1977年，DanSandin、TomDeFanti和Ri

4、chSayre研制出第一个数据手套——SayreGlove20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）组织了一系列有关VR技术的研究：1984年，NASAAmes研究中心的M.McGreevy和J.Humphries开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器；1987年，JimHumphries设计了双目全方位监视器（BOOM）的最早原型。1.1虚拟现实技术的发展史1990年，在美国达拉斯召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术研究的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。从20世纪90年代开始，

5、VR技术的研究热潮也开始向民间的高科技企业转移。著名的VPL公司（发出第一套传感手套命名为“DataGloves”，第一套HMD命名为“EyePhones”。20世纪90年代，迅速发展的计算机软件、硬件系统使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能，越来越多的新颖、实用的输入输出设备相继进入市场，而人机交互系统的设计也在不断创新，这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。其中，利用虚拟现实技术设计波音777获得成功，是近几年来又一件引起科技界瞩目的伟大成果。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。后来又出现了大

6、量的VR建模语言，如：X3D，Java3D等。1994年，BurdeaG和Coiffet出版了虚拟现实技术一书，在书中他用3I（Imagination、Interaction、Immersion）概括VR的三个基本特征。进入21世纪后，VR技术更是进入软件高速发展的时期，一些有代表性的VR软件开发系统不断在发展完善，如MultiGenVega、OpenSceneGraph、Virtools等。1.2虚拟现实技术的概念虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。VR让用户使用人的自

7、然技能对虚拟世界中的物体进行操作，并能提供视觉听觉触觉等直观自然的实时感知。1.2虚拟现实技术的概念个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。。虚拟现实交互设备在VR系统中，有许多有趣的、功能不同的专用设备，下面选一些代表性的设备加以介绍。显示设备：头盔显示器BOOM可移动式显示器：它是一种半投入式视觉显示设备。使用时，用户可以把显示器方便地置于眼前，

8、不用时可以