虛擬現(xiàn)實答案

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1、1. 什么叫虛擬現(xiàn)實技術 虛擬現(xiàn)實技術(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， 是在數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、 人一機接 口技術、計算機仿真技術及傳感器技術等許多信息技術基礎上發(fā)展起來的一門多學科的交叉 技術。 2. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成 典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要是由計算機、 應用軟件系統(tǒng)、輸入輸出設備、用戶和數(shù)據庫等組成。 如圖： 3. 虛擬現(xiàn)實技術的特征 虛擬現(xiàn)實技術有 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 )的產生，主要借助于 VR系統(tǒng)中的特殊硬件設備(如數(shù)據手套、 力反饋裝置等)，使用戶能通過自然的方式，產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)出設計者相應 的思想，因而可以用來實現(xiàn)一定的目標。 4. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類 在實際應用中，根據虛擬現(xiàn)實技術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備，采用立體圖形、自然交互等技術，產生三維 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)據手套、其它手控輸入設備

4、、聲音等使得參 與者產生一種身在虛擬環(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)據手套等交互設備進行的飛機戰(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)境通過網絡相 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)技術的局限性和研究方向？ 虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀及研究方向 (1) 國外研究現(xiàn)狀 ① 美國是 VR 技術的發(fā)源地。 美國 VR 研究技術的水平基本上就代表國際 VR 技術發(fā)展的水 平。目前美國在該領域的基礎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 技術的研究與開發(fā)的某些方面， 如分布式并行處理、 輔助設備 (觸覺反聵設備 等)設計、應用研究等方面，在歐洲是領先的。 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 間領域的應用、宇航員的訓練、分子結構的模擬研究等。 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) 國內研究現(xiàn)狀 ①清華大學對虛擬現(xiàn)實及其臨場感等方面進行了大量的研究。 ② 北京科技大學成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統(tǒng)。 ③ 北京航空航天大學開發(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。 國內還有浙江大學、西安交通大學、南京大學、國防科技大學、天津大學、北京理工大學、 西北大學、 山東大學、 大連海事大學和香港中文大學等高校以及其他民營研究機構進行了相 關的研究。 (3)目前虛擬現(xiàn)實技術的局限性 ①硬件設備的局限性。 ②軟件的局限

8、性。 ③應用的局限性。 ④ 效果的局限性。 ( 4) VR 技術的研究方向 ① 感知研究領域 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備在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的作用？ 1.VR 的三維跟蹤傳感設備 虛擬現(xiàn)實技術是在三維空間中與人交互的技術 ,為了能及時、準確地獲取人的動作信息 ,需要 有各類高精度、 高可靠的跟蹤、 定位設備。 三維跟蹤傳感設備是它實現(xiàn)人機之間溝通的極其 重要的通信設備，是實時處理的關鍵技術。 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)境建模技術的主要內容和方法？ 1.環(huán)境建模技術 虛擬環(huán)境建模的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據， 并根據應用的需要， 利用獲取的三維數(shù)據 建立相應的虛擬環(huán)境模型。 VR 系統(tǒng)中環(huán)境的建模技術與其圖形建模技術相比，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， 當用戶與物體進行交互時，

10、物體必須以某種適 當?shù)姆绞絹碜鞒龇磻? VR 系統(tǒng)包括三維視覺和三維聽覺建模等。在當前應用中，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 幾何建模技術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)據結 構，以及相關的構造與操縱數(shù)據結構的算法建模方法。 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 典型的物理建模技術有分形技術和粒子系統(tǒng)。

11、 ① 分形技術 分形技術是指可以描述具有自相似特征的數(shù)據集。 分形技術的優(yōu)點是用簡單的操作就可以完成復雜的不規(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雜的運動建模。 （3）行為建模技術 行為建模負責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， 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運動學方法 運動學方法是通過幾何變換，如物體的平移或旋轉等來描述運動。 ②動力學仿真 運動力學仿真

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的內容和方法 實時三維圖形繪制技術 實時三維圖形繪制技術指利用計算機為用戶提供一個能從任意視點及方向實時觀察三 維場的手段，它要求當用戶的視點改變時，圖形顯示速度也必須跟上視點的改變速度， 否則就會產生遲滯現(xiàn)象。 基于幾何圖形的實時繪制技術 目前，用于降低場景的復雜度， 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的內容和方法 基于圖像的繪制技術 基于圖像的繪制技術（ Ima

13、ge Based Rending,IBR ）是采用一些預先生成的場景畫面 , 對 接近于視點或視線議程的畫面進行交換、插值與變形，從而快速得到當前視點處的場景 畫面。 與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術相比，基于圖像的實時繪制技術的優(yōu)勢在于： ① 圖形繪制技術與場景復雜性無關，僅與所要生成畫面的分辨率有關。 ② 預先存儲的圖像（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)復雜場景的實時顯 示。 基于圖像的繪制技術主要有以下兩種： ① 全景技術 全景技術是指在一個場景中的一個觀察點用相機每旋轉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 根據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，采用 插值或視圖變換的方法，求出對應于其他點的圖像，生成新的視圖。