VR

VR

網絡技術
VR(Virtual Reality,即虛拟現實,簡稱VR),是由美國VPL公司創建人拉尼爾(Jaron Lanier)在20世紀80年代初提出的。[1]其具體内涵是:綜合利用計算機圖形系統和各種現實及控制等接口設備,在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術。其中,計算機生成的、可交互的三維環境稱為虛拟環境(即Virtual Environment,簡稱VE)。虛拟現實技術實現的載體是虛拟現實仿真平台,即(Virtual Reality Platform,簡稱VRP)。VR(虛拟現實)技術可廣泛的應用于城市規劃、室内設計、工業仿真、古迹複原、橋梁道路設計、房地産銷售、旅遊教學、水利電力、地質災害、教育培訓等衆多領域,為其提供切實可行的解決方案。
    中文名:虛拟現實 外文名: 所屬學科: 英文名:VR 創建者:美國VPL公司 提出:在20世紀80年代初

技術介紹

虛拟現實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛拟現實技術(VR)豐要包括模拟環境、感知、自然技能和傳感設各等方面。模拟環境是由計算機生成的、實時動态的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外,還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知,甚至還包括嗅覺和味覺等,也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動,眼睛、手勢、或其他人體行為動作,由計算機來處理與參與者的動作相适應的數據,并對用戶的輸入作出實時響應,并分别反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

簡介

虛拟現實(簡稱VR),又稱靈境技術,是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。他綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術,模拟人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能,使人能夠沉浸在計算機生成的虛拟境界中,并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互,創建了一種适人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛拟現實系統感受到在客觀物理世界中所經曆的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制,感受到真實世界中無法親身經曆的體驗。

虛拟現實(Virtual RealITy,簡稱VR),是由美國VPL公司創建人拉尼爾(Jaron Lanier)在20世紀80年代初提出的。其具體内涵是:綜合利用計算機圖形系統和各種現實及控制等接口設備,在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術。其中,計算機生成的、可交互的三維環境成為虛拟環境(即Virtual Environment,簡稱VE)

2014年3月26日,美國社交網絡平台Facebook宣布,将斥資20億美元收購沉浸式虛拟現實技術公司Oculus VR。Fackbook 首席執行官Mark Zuckerberg堅信虛拟現實将成為繼智能手機和平闆電腦等移動設備之後,計算平台的又一大事件。并計劃将Oculus的應用拓展到遊戲以外的業務,在此之前,Oculus主要用于為人們在遊戲過程中創造身臨其境的感覺。Facebook收購Oculus,使得虛拟現實這個科技行業小衆的名詞,開始為更多業外的人們所熟悉。業内人士稱,虛拟現實時隔70多年,又迎來了春天。

Web3D

Oculus Rift開拓虛拟現實遊戲新時代

Oculus Rift開拓虛拟現實遊戲新時代

Web3D主要有四類運用方向:商業、教育、娛樂、和虛拟社區。對企業和電子商務三維的表現形式,能夠全方位的展現一個物體,具有二維平面圖象不可比拟的優勢。企業将他們的産品發布成網上三維的形式,能夠展現出産品外形的方方面面,加上互動操作,演示産品的功能和使用操作,充分利用互聯網高速迅捷的傳播優勢來推廣公司的産品。對于網上電子商務,将銷售産品展示做成在線三維的形式,顧客通過對之進行觀察和操作能夠對産品有更加全面的認識了解,決定購買的幾率必将大幅增加,為銷售者帶來更多的利潤。

對教育業現今的教學方式,不再是單純的依靠書本、教師授課的形式。計算機輔助教學(CAI)的引入,彌補了傳統教學所不能達到的許多方面。在表現一些空間立體化的知識,如原子、分子的結構、分子的結合過程、機械的運動時,三維的展現形式必然使學習過程形象話,學生更容易接受和掌握。許多實際經驗告訴我們,做比聽和說更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D課件,學生可以在實際的動手操作中得到更深的體會。

對計算機遠程教育系統而言,引入Web3D内容必将達到很好的在線教育效果。對娛樂遊戲業娛樂遊戲業永遠是一個不衰的市場。現今,互連網上已不是單一靜止的世界,動态HTML、flash動畫、流式音視頻,使整個互連網呈現生機盎然。動感的頁面較之靜态頁面更能吸引更多的浏覽者。三維的引入,必将造成新一輪的視覺沖擊,使網頁的訪問量提升。娛樂站點可以在頁面上建立三維虛拟主持這樣的角色來吸引浏覽者。遊戲公司除了在光盤上發布3D遊戲外,網絡環境中運行在線三維遊戲。利用互連網絡的優勢,受衆和覆蓋面得到迅速擴張。

對虛拟現實展示與虛拟社區使用Web3D實現網絡上的VR展示,隻須構建一個三維場景,人以第一視角在其中穿行。場景和控制者之間能産生交互,加之高質量的生成畫面使人産生身臨其境的感覺。對于象虛拟展廳、建築房地産虛拟漫遊展示,提供了解決方案。如果是建立一個多用戶而且可以互相傳遞信息的環境,也就形成了所謂的虛拟社區。

如右圖,表演者佩戴17個無線傳感器、3個無線收發器組成的動作捕捉服,連接到實時網,在虛拟情景中互動。加上頭戴式顯示器,跟蹤頭部和身體,可以給到“我”身臨其境的體驗。

Web3D技術同樣可以在三維定位監控,工業過程控制,建築信息模型(BIM),場館虛拟展示等系統中得到應用。

教育

虛拟現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境,由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。

它主要具體應用在以下幾個方面:

1科技研究

當前許多高校都在積極研究虛拟現實技術及其應用,并相繼建起了虛拟現實與系統仿真的研究室,将科研成果迅速轉化實用技術,如北京航天航空大學在分布式飛行模拟方面的應用;浙江大學在建築方面進行虛拟規劃、虛拟設計的應用;哈爾濱工業大學在人機交互方面的應用;清華大學對臨場感的研究等都頗具特色。

有的研究室甚至已經具備獨立承接大型虛拟現實項目的實力。虛拟學習環境虛拟現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境,如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等,在廣泛的科目領域提供無限的虛拟體驗,從而加速和鞏固學生學習知識的過程。親身去經曆、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力,主動地去交互與被動的灌輸,有本質的差别。虛拟實驗利用虛拟現實技術,可以建立各種虛拟實驗室,如地理、物理、化學、生物實驗室等等,擁有傳統實驗室難以比拟的優勢:

1、節省成本通常我們由于設備、場地、經費等硬件的限制。許多實驗都無法進行。而利用虛拟現實系統,學生足不出戶便可以做各種實驗,獲得與真實實驗一樣的體會。在保證教學效果的前提下,極大的節省了成本。

2、規避風險真實實驗或操作往往會帶來各種危險,利用虛拟現實技術進行虛拟實驗,學生在虛拟實驗環境中,可以放心地去做各種危險的實驗。例如:虛拟的飛機駕駛教學系統,可免除學員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。

3、打破空間、時間的限制利用虛拟現實技術,可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體,小至原子粒子,學生都可以進入這些物體的内部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程,通過虛拟現實技術,可以在很短的時間内呈現給學生觀察。例如,生物中的孟德爾遺傳定律,用果蠅做實驗往往要幾個月的時間,而虛拟技術在一堂課内就可以實現。

2虛拟實訓基地:

利用虛拟現實技術建立起來的虛拟實訓基地,其“設備”與“部件”多是虛拟的,可以根據随時生成新的設備。教學内容可以不斷更新,使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時,虛拟現實的沉浸性和交互性,使學生能夠在虛拟的學習環境中扮演一個角色,全身心地投入到學習環境中去,這非常有利于學生的技能訓練。包括軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技、電器維修技能等各種職業技能的訓練,由于虛拟的訓練系統無任何危險,學生可以不厭其煩地反複練習,直至掌握操作技能為止。例如:在虛拟的飛機駕駛訓練系統中,學員可以反複操作控制設備,學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落,通過反複訓練,達到熟練掌握駕駛技術的目的。

3虛拟仿真校園:

教育部在一系列相關的文件中,多次涉及到了虛拟校園,闡明了虛拟校園的地位和作用。虛拟校園也是虛拟現實技術在教育培訓中最早的具體應用,它由淺至深有三個應用層面,分别适應學校不同程度的需求:簡單的虛拟我們的校園環境供遊客浏覽 基于教學、教務、校園生活,功能相對完整的三維可視化虛拟校 以學員為中心,加入一系列人性化的功能,以虛拟現實技術作為遠程教育基礎平台 虛拟遠程教育虛拟現實可為高校擴大招生後設置的分校和遠程教育教學點提供可移動的電子教學場所,通過交互式遠程教學的課程目錄和網站,由局域網工具作校園網站的鍊接,可對各個終端提供開放性的、遠距離的持續教育,還可為社會提供新技術和高等職業培訓的機會,創造更大的經濟效益與社會效益

。随着虛拟現實技術的不斷發展和完善,以及硬件設備價格的不斷降低,我們相信,虛拟現實技術以其自身強大的教學優勢和潛力,将會逐漸受到教育工作者的重視和青睐,最終在教育培訓領域廣泛應用并發揮其重要作用。

4演播室:

随着計算機網絡和三維圖形軟件等先進信息技術的發展,電視節目制作方式發生了很大的變化。視覺和聽覺效果以及人類的思維都可以靠虛拟現實技術來實現。它升華了人類的邏輯思維。虛拟演播室則是虛拟現實技術與人類思維相結合在電視節目制作中的具體體現。虛拟演播系統的主要優點是它能夠更有效地表達新聞信息,增強信息的感染力和交互性。傳統的演播室對節目制作的限制較多。虛拟演播系統制作的布景是合乎比例的立體設計,當攝像機移動時,虛拟的布景與前景畫面都會出現相應的變化,從而增加了節目的真實感。用虛拟場景在很多方面成本效益顯著。

如它具有及時更換場景的能力,在演播室布景制作中節約經費。不必移動和保留景物,因此可減輕對雇員的需求壓力。對于單集片,虛拟制作不會顯出很大的經濟效益,但在使用背景和攝像機位置不變的系列節目中它可以節約大量的資金。另外,虛拟演播室具有制作優勢。當考慮節目格局時,制作人員的選擇餘地大,他們不必過于受場景限制。對于同一節目可以不用同一演播室,因為背景可以存入磁盤。它可以充分發揮創作人員的藝術創造力與想象力,利用現有的多種三維動畫軟件,創作出高質量的背景。

三維遊戲

三維遊戲既是虛拟現實技術重要的應用方向之一,也為虛拟現實技術的快速發展起了巨大的需求牽引作用。盡管存在衆多的技術難題,虛拟現實技術在競争激烈的遊戲市場中還是得到了越來越多的重視和應用。可以說,電腦遊戲自産生以來,一直都在朝着虛拟現實的方向發展,虛拟現實技術發展的最終目标已經成為三維遊戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD遊戲,到二維遊戲、三維遊戲,再到網絡三維遊戲,遊戲在保持其實時性和交互性的同時,逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強。我們相信,随着三維技術的快速發展和軟硬件技術的不斷進步,在不遠的将來,真正意義上的虛拟現實遊戲必将為人類娛樂、教育和經濟發展做出新的更大的貢獻。

國内行業發展

市場需求是很大的,而供應方面卻略顯不足,尤其是擁有核心知識産權,技術過硬的企業并不多,行業整體缺乏品牌效應。

國際行業發展

2015年,Google正在内部研發為VR設備定制的操作系統,項目内有數十名工程師,建成後會降低開發VR應用的門檻。

關聯定義

VR(Virtual Reality)是虛拟現實技術的意思,VRP(Virtual Reality Platform)是虛拟現實仿真平台的意思

VRP的子軟件産品具體包括:

VRP-BUILDER虛拟現實編輯器

軟件用途:三維場景的模型導入、後期編輯、交互制作、特效制作、界面設計、打包發布的工具

客戶群:主要面向三維内容制作公司

VRPIE-3D互聯網平台

軟件用途:将VRP-BUILDER的編輯成果發布到互聯網,并且可讓客戶通過互聯網進行對三維場景的浏覽與互動。

客戶群:直接面向所有互聯網用戶

VRP-PHYSICS物理系統

軟件用途:可逼真的模拟各種物理學運動,實現如碰撞、重力、摩擦、阻尼、陀螺、粒子等自然現象,在算法過程中嚴格符合牛頓定律、動量守恒、動能守恒等物理原理。

客戶群:主要面向院校和科研單位

VRP-DIGICITY數字城市平台

軟件用途:具備建築設計和城市規劃方面的專業功能,如數據庫查詢、實時測量、通視分析、高度調整、分層顯示、動态導航、日照分析等 客戶群:主要面向建築設計、城市規劃的相關研究和管理部門。

VRP-INDUSIM工業仿真平台

軟件用途:模型化,角色化,事件化的虛拟模拟,使演練更接近真實情況,降低演練和培訓成本,降低演練風險

客戶群:主要面向石油、電力、機械、重工、船舶、鋼鐵、礦山、應急等行業。

VRP-TRAVEL虛拟旅遊平台

軟件用途:激發學生學習興趣,培養導遊職業意識,培養學生創新思維,積累講解專項知識,架起學生與社會聯系的橋梁,全方位提升學生講解能力,讓單純的考試變成互動教學與考核雙模式。

客戶群:主要面向導遊、旅遊規劃

VRP-MUSEUM 網絡三維虛拟展館

軟件用途:是針對各類科博館、體驗中心、大型展會等行業,将其展館、陳列品以及臨時展品移植到互聯網上進行展示、宣傳與教育的三維互動體驗解決方案。它将傳統展館與互聯網和三維虛拟技術相結合,打破了時間與空間的限制、最大化地提升了現實展館及展品的宣傳效果與社會價值,使得公衆通過互聯網即能真實感受展館及展品,并能在線參與各種互動體驗,網絡三維虛拟展館将成為未來最具價值的展示手段。

客戶群:科博館、藝術館、革命展館、工業展館、圖書館、旅遊景區、企業體驗中心以及各種園區。

VRP-SDK三維仿真系統開發包

軟件用途:提供C++源碼級的開發函數庫,用戶可在此基礎之上開發出自己所需要的高效仿真軟件

客戶群:主要面向水利電力、能源交通等工業仿真研究與設計單位

VRP-STORY故事編輯器

操作靈活、界面友好、使用方便,就像在玩電腦遊戲一樣簡單 易學易會、無需編程,也無需美術設計能力,就可以進行3D制作

成本低、速度快,能夠幫助用戶高效率、低成本地做出想得到的3D作品

支持與VRP平台所有軟件模塊的無縫接口,可以與以往所有軟件模塊結合使用,實現更炫、更豐富的交互功能。

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