虛擬現(xiàn)實答案

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1、1. 什么叫虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality簡稱VR)是一種模擬人類視覺、聽覺、力覺、觸覺等感知行 為的高度逼真的人機交互技術(shù)， 是在數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、 人一機接 口技術(shù)、計算機仿真技術(shù)及傳感器技術(shù)等許多信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門多學(xué)科的交叉 技術(shù)。 2. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成 典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要是由計算機、 應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、用戶和數(shù)據(jù)庫等組成。 如圖： 3. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征 虛擬現(xiàn)實技術(shù)有 3個主要特征：沉浸性(Immersio n )、交互性(In teractivity )和想像性 (Imagin

2、ation )。 ⑴沉浸性 沉浸性(Immersion )又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。 (2) 交互性 交互性(In teractivity )的產(chǎn)生，主要借助于 VR系統(tǒng)中的特殊硬件設(shè)備(如數(shù)據(jù)手套、 力反饋裝置等)，使用戶能通過自然的方式，產(chǎn)生同在真實世界中一樣的感覺。 (3) 想像性 想像性(Imagination )指虛擬的環(huán)境是人想像出來的，同時這種想像體現(xiàn)出設(shè)計者相應(yīng) 的思想，因而可以用來實現(xiàn)一定的目標(biāo)。 4. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類 在實際應(yīng)用中，根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)對沉浸程度的高低和交互程度的不同， 將虛擬現(xiàn)實系 統(tǒng)劃分為以下4種類型：

3、 (1) 桌面式VR系統(tǒng) 它是利用個人計算機或圖形工作站等設(shè)備，采用立體圖形、自然交互等技術(shù)，產(chǎn)生三維 立體空間的交互場景，利用計算機的屏幕作為觀察虛擬世界的一個窗口，通過各種輸入 設(shè)備實現(xiàn)與虛擬世界的交互。 桌面式VR系統(tǒng)具有以下主要特點： ① 缺少完全沉浸感， 參與者不完全沉浸， 因為即使戴上立體眼鏡， 仍然會受到周圍現(xiàn)實世界 的干擾。 ② 對硬件要求極低 ③ 應(yīng)用比較普遍，因為它的成本相對較低 (2) 沉浸式VR系統(tǒng) 它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備， 把參與者的視覺、 聽覺和其它感覺封閉起來， 并提供一個 新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備

4、、聲音等使得參 與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有： ①基于頭盔式顯示器的系統(tǒng) ② 投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) ③ 遠程存在系統(tǒng) 沉浸式 VR 系統(tǒng)的特點 ① 高度的沉浸感。 ② 高度實時性。 利用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備進行的飛機戰(zhàn)斗游戲 (3) 增強式 VR 系統(tǒng) 它既允許用戶看到真實世界， 同時也能看到疊加在真實世界上的虛擬對象， 它是把真實環(huán)境 和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。常見的增強式 VR 系統(tǒng)有： ① 基于臺式圖形顯示器的系統(tǒng)。 ② 基于單眼顯示器的系統(tǒng) (一個眼睛看到顯示屏上的虛擬世界， 另一只眼睛看到的是真實世 界)。

5、 ③ 基于透視式頭盔顯示器的系統(tǒng)。 增強式 VR 系統(tǒng)有以下 3 個特點： ① 真實世界和虛擬世界融為一體。 ② 具有實時人機交互功能。 ③ 真實世界和虛擬世界是在三維空間中整合的。 (4) 分布式 VR 系統(tǒng) 它在沉浸式 VR 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 將位于不同物理位置的多個用戶或多個虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)相 連接，并共享信息，從而使用戶的協(xié)同工作達到一個更高的境界。 分布式 VR 系統(tǒng)具有以下 5 個特點： ① 各用戶具有共享的虛擬工作空間。 ② 偽實體的行為真實感。 ③ 支持實時交互，共享時鐘。 ④ 多個用戶可用各自不同的方式相互通信。 ⑤ 資源信息共享以及允許用戶自然操縱虛

6、擬世界中的對象。 5. 闡述虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)技術(shù)的局限性和研究方向？ 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀及研究方向 (1) 國外研究現(xiàn)狀 ① 美國是 VR 技術(shù)的發(fā)源地。 美國 VR 研究技術(shù)的水平基本上就代表國際 VR 技術(shù)發(fā)展的水 平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。 ②英國在 VR 技術(shù)的研究與開發(fā)的某些方面， 如分布式并行處理、 輔助設(shè)備 (觸覺反聵設(shè)備 等)設(shè)計、應(yīng)用研究等方面，在歐洲是領(lǐng)先的。 ③ 在德國，主要從事虛擬世界的感知、虛擬環(huán)境的控制和顯示、機器人遠程控制、 VR在空 間領(lǐng)域的應(yīng)用、宇航員的訓(xùn)練、分子結(jié)構(gòu)的模擬研究等。 ④ 日本主要

7、致力于建立大規(guī)模 VR 知識庫的研究， 另外在 VR 游戲方面的研究也做了很多的 工作 。 (2) 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ①清華大學(xué)對虛擬現(xiàn)實及其臨場感等方面進行了大量的研究。 ② 北京科技大學(xué)成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)。 ③ 北京航空航天大學(xué)開發(fā)了直升飛機虛擬仿真器、 坦克虛擬住仿真器、 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境觀察器、 計算機兵力生成器。 國內(nèi)還有浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京大學(xué)、國防科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京理工大學(xué)、 西北大學(xué)、 山東大學(xué)、 大連海事大學(xué)和香港中文大學(xué)等高校以及其他民營研究機構(gòu)進行了相 關(guān)的研究。 (3)目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的局限性 ①硬件設(shè)備的局限性。 ②軟件的局限

8、性。 ③應(yīng)用的局限性。 ④ 效果的局限性。 ( 4) VR 技術(shù)的研究方向 ① 感知研究領(lǐng)域 ② 人機交互界面 ③ 高效的 VR 軟件和算法 ④ 廉價的 VR 硬件系統(tǒng) 6. 闡述空間位置跟蹤定位設(shè)備在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的作用？ 1.VR 的三維跟蹤傳感設(shè)備 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在三維空間中與人交互的技術(shù) ,為了能及時、準(zhǔn)確地獲取人的動作信息 ,需要 有各類高精度、 高可靠的跟蹤、 定位設(shè)備。 三維跟蹤傳感設(shè)備是它實現(xiàn)人機之間溝通的極其 重要的通信設(shè)備，是實時處理的關(guān)鍵技術(shù)。 Polhemus 的 Fastrak 跟蹤定位 器 (1) 電磁波跟蹤器 (2) 超聲波跟蹤器 (3)

9、光學(xué)跟蹤器 (4) 其他空間跟蹤系統(tǒng) (機械跟蹤器、慣性跟蹤器、圖像提取跟 蹤器 7. 闡述環(huán)境建模技術(shù)的主要內(nèi)容和方法？ 1.環(huán)境建模技術(shù) 虛擬環(huán)境建模的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)， 并根據(jù)應(yīng)用的需要， 利用獲取的三維數(shù)據(jù) 建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。 VR 系統(tǒng)中環(huán)境的建模技術(shù)與其圖形建模技術(shù)相比，主要特點表現(xiàn)在以下 3 個方面： ① 虛擬環(huán)境中可以有很多物體，往往需要建造大量完全不同類型的物體模型。 ② 虛擬環(huán)境中有些物體有自己的行為， 而其他圖形建模系統(tǒng)中一般只有構(gòu)造靜態(tài)的物體， 或 是物體簡單的運動。 ③ 虛擬環(huán)境中的物體必須有良好的操縱性能， 當(dāng)用戶與物體進行交互時，

10、物體必須以某種適 當(dāng)?shù)姆绞絹碜鞒龇磻?yīng)。 VR 系統(tǒng)包括三維視覺和三維聽覺建模等。在當(dāng)前應(yīng)用中，環(huán)境建模一般主要是三維視覺建 模。三維視覺建模又是可分為幾何建模、物理建模、行為建模等。 (1)幾何建模技術(shù) 幾何建模技術(shù)主要研究對象是對物體幾何信息的表示與處理， 它是涉及表示幾何信息數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，以及相關(guān)的構(gòu)造與操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模方法。 幾何建模通常采用以下 4 種方法： ① 利用 VR 工具軟件來進行建模。 ② 直接從某些商品圖形庫中選購所需的幾何圖形。 ③利用常用建模軟件來進行建模。 ④ 直接利用 VR 編輯器。 （2）物理建模技術(shù) 典型的物理建模技術(shù)有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。

11、 ① 分形技術(shù) 分形技術(shù)是指可以描述具有自相似特征的數(shù)據(jù)集。 分形技術(shù)的優(yōu)點是用簡單的操作就可以完成復(fù)雜的不規(guī)則物體建模， 缺點是計算量太大， 不 利于實時性。因此，在 VR 系統(tǒng)中一般僅用于靜態(tài)遠景的建模。 ② 粒子系統(tǒng) 粒子系統(tǒng)是一種典型的物理建模系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)是用簡單的體素完成復(fù)雜的運動建模。 （3）行為建模技術(shù) 行為建模負責(zé)物體的運動和行為的描述。 如果說幾何建模是 VR 建模的基礎(chǔ)， 行為建模則真 正體現(xiàn)出 VR 的特征。 在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有以下兩種： ①運動學(xué)方法 運動學(xué)方法是通過幾何變換，如物體的平移或旋轉(zhuǎn)等來描述運動。 ②動力學(xué)仿真 運動力學(xué)仿真

12、運用物理定律而非幾何變換來描述物體的行為。 8. 闡述基于幾何圖形的實時繪制技術(shù)的內(nèi)容和方法 實時三維圖形繪制技術(shù) 實時三維圖形繪制技術(shù)指利用計算機為用戶提供一個能從任意視點及方向?qū)崟r觀察三 維場的手段，它要求當(dāng)用戶的視點改變時，圖形顯示速度也必須跟上視點的改變速度， 否則就會產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象。 基于幾何圖形的實時繪制技術(shù) 目前，用于降低場景的復(fù)雜度， 以提高三維場景的動態(tài)顯示速度的常用方法有以下幾種 : ①預(yù)測計算。 ②脫機計算。 ③ 場景分塊。 ④ 可見消隱。 ⑤ 細節(jié)層次模型 。 9. 闡述基于圖像的實時繪制技術(shù)的內(nèi)容和方法 基于圖像的繪制技術(shù) 基于圖像的繪制技術(shù)（ Ima

13、ge Based Rending,IBR ）是采用一些預(yù)先生成的場景畫面 , 對 接近于視點或視線議程的畫面進行交換、插值與變形，從而快速得到當(dāng)前視點處的場景 畫面。 與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相比，基于圖像的實時繪制技術(shù)的優(yōu)勢在于： ① 圖形繪制技術(shù)與場景復(fù)雜性無關(guān)，僅與所要生成畫面的分辨率有關(guān)。 ② 預(yù)先存儲的圖像（或環(huán)境映照）既可以是計算機生成的，也可以是用相機實際拍攝的 畫面，也可以兩者混合生成。 ③ 對計算機的資源要求不高， 可以在普通工作站和個人計算機上實現(xiàn)復(fù)雜場景的實時顯 示。 基于圖像的繪制技術(shù)主要有以下兩種： ① 全景技術(shù) 全景技術(shù)是指在一個場景中的一個觀察點用相機每旋轉(zhuǎn)一下角度拍攝得到一組照片， 在計算機采用各種工具軟件拼接成一個全景圖像。 ② 圖像的插值及視圖變換技術(shù) 根據(jù)在不同觀察點所拍攝的圖像，交互地給出或自動得到相鄰兩個圖像之間對應(yīng)，采用 插值或視圖變換的方法，求出對應(yīng)于其他點的圖像，生成新的視圖。