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虚拟现实技术及其应用. 主讲：刘贤梅 2000 年 6 月. 人是多维信息空间和人机和谐仿真环境的主体. VR 系统的一般体系结构. VR 系统开发平台. 什么是虚拟现实（ VR ）？. VR 技术的应用. —VR 技术在油田中的应用 — 其它应用实例. VR 技术的特性. 人与 VR 系统的关系. 研究 VR 技术的意义. VR 技术 的发展过程. VR 技术国内外发展现状. VR 系统分类. 各大公司 VR 软件简介. 虚. 拟现实. 人是多维信息空间的主体. 和谐的人机环境
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虚拟现实技术及其应用 主讲：刘贤梅 2000年6月
人是多维信息空间和人机和谐仿真环境的主体 VR系统的一般体系结构 VR系统开发平台 什么是虚拟现实（VR）？ VR技术的应用 —VR技术在油田中的应用 —其它应用实例 VR技术的特性 人与VR系统的关系 研究VR技术的意义 VR技术的发展过程 VR技术国内外发展现状 VR系统分类 各大公司VR软件简介 虚 拟现实
人是多维信息空间的主体 和谐的人机环境 （1）通过视、听、触、嗅觉、形体、手势或口令，参与到信息处理的环境中，取得身临其境的体验。 （2）多维化的信息空间。 （3）人是主体，计算机围着人转。 传统信息处理环境 （1）打印输出、屏幕显示，从外部观察信息处理的结果。 （2）单维的数字化的信息空间。 （3）计算机是主体，人围着计算机转。 虚拟现实技术是支撑多维信息空间的关键技术
科学 可视化 多媒体 什么是虚拟现实？ 虚拟现实（Virtual Reality）就是利用计算机和其它专用硬件和软件去产生另一种境界的仿真，可以仿真各种环境，参与者通过感觉、视觉和听觉与仿真的内容交互对话。这种交互是直观、自然的，就如同人们在日常生活中人与人交流一样：如可见、可听、可说、可拿等。 虚拟现实技术
IMMERSION 沉浸 这三个I强调了人的主导作 用，使它同多媒体、模拟、 电视等不同。 I3 INTERACTION 交互 IMAGINATION 构想 虚拟现实技术的特性 虚拟现实有三个基本特性，即I3。
虚拟现实与看电视有什么不同？ 电视只是不断的给我们一些东西，却不接受我们的回馈。无交互性，随意性可言 。 虚拟现实与多媒体有什么关系呢？ 如今有一些游戏做得实在很像虚拟实境，但它到底只是多媒体，因为所有的场景，机关或路径都已经预设好了，一个设计者，永远知道下一秒会有什么东西出来，不过多媒体与虚拟现实确是一对好搭挡，因为虚拟现实中常需要有多媒体的展现。 虚拟现实与模拟的异同。 模拟和虚拟现实其实已经很接近了，甚至虚拟现实有些概念也衍生自模拟。通常模拟的交谈性与自由度也不像虚拟现实这般高，所以一旦虚拟现实成熟了，反过来当作模拟的工具。
哇！我已经 上太空了！！！ 广阔的宇宙真奇 妙啊！ 沉浸 功能：虚拟现实技术能使操作者“沉浸”到数据空间中去，使用户暂时与现实环境脱离，进入到了另一个境地，如同“身临其境”，更直接更真实地与数据交互，更快更全面地分析、理解及运用数据。“沉浸”和“参与”是有区别的。
1929年，Edwin Link设计了一种竞赛乘坐器。 1961年，美国 Philoo公司首创了头盔式立体显示器（HMD）。 1962年美国摄影师Morton Heilig研制出了第一套多感知仿真体验系统Sensorama Simulator。 1965年，计算机图形学的创始人指出，人们可以把显示屏当作一个窗口观察一个虚拟世界，使观察者有身临其境的感觉。这一思想提出了虚拟现实概念的雏形。 1968年，Ivan Sutherland使用两个可以戴在眼睛上的阴极射线管（CRT）研制出了第一台头盔式立体显示器（HMD）。 1972年，Nolan Bushnell开发了第一个交互式电子游戏，称为Pong。 1975年，Myron Krueger提出“人工现实”（Artificial Reality)的思想，展示了称之为Videoplace的“并非存在的一种概念化环境”。 虚拟现实的发展过程
从1981年开始，Michael McGreeveyh和Scott Fisher 建立了基于液晶显示技术的虚拟可视环境头盔系统VIVED HMD。1985年，研制了称之为VIEW的数据手套、第一套商用虚拟现实硬件—Intel 386、软件—美国空军的Supercockpit飞行模拟器。1986年，研制成功了第一套基于HMD和数据手套的VR系统VIEW。这是第一个较为完整的多用途、多感知的VR系统。 1987年，美国VPL研究公司发明了数据服。 1988年，VPL建立了一套完整的VR系统。1989年，VPL创始人Jaron Lanier提出了 “Virtual Reality”(虚拟现实）这个名词。 1990年，在美国召开的Siggraph会议上，明确提出VR技术的主要内容是：实时三维图形生成技术、多传感器交互技术，以及高分辨率显示技术，为VR技术的发展确定了研究方向。 1992年，在法国召开了VR的第一次国际会议——真实世界和虚拟世界的接口。 虚拟现实的发展过程
桌面虚拟现实系统 桌面虚拟现实系统是指采用标准的显示器和 立体显示、立体声音技术，并可以用多种空间操纵设 备如三维鼠标、空间球、数据手套等进行操纵。这种系统的分辨率较高，价格也较便宜。 沉浸式虚拟现实系统 沉浸式虚拟现实系统是指利用头盔显示器或其它设备把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全身心投入和沉浸其中的感觉。（基于座舱空间、投影、遥在系统等） 分布式虚拟现实系统 分布式虚拟现实(DVR)系统是指基于网络的虚拟环境,在这个环境中,位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相联结,并共享信息。 虚拟现实系统的分类
用 户 输入设备 输出设备 输入软件 输出软件 计 算 机 系 统 形状编辑器 声音编辑器 虚拟艺术制作工具 虚拟世界编辑器 虚 拟 世 界 虚拟现实开发系统平台
体育运动 医疗保健 石油 科学实验 航空航天 军事作战 服装设计 建筑设计 工业控制 旅游 教育培训 购物 虚拟现实 技术应用
虚拟现实在油田中的应用 特殊作 业培训 地震数据 模型和解释 虚拟现实 油藏工程 中的应用 海洋石 油工程
海洋石油工程 头盔式立体映象双目镜（Telcontrolled remotely operated vehicle,TRV）代替潜水员工作。操作员头带TRV，配备电子数据手套，操纵TROV抵达通常人工无法进入的极恶劣工况下的深水洋底去采集数据，同时根据TROV的摄像和接收到的数据，通过VR系统生成一个实时的“海底作业环境“，让操作者”沉浸“其中。
利用VR技术进行教育培训，可使培训更加生动逼真、内容更加丰富，特别是特殊专业的培训效果更为理想。如采用VR技术，可以“制造”出火灾或爆炸的平台现场，伴随有火、热、光、噪声、维妙维肖，让人如临现场。利用VR技术进行教育培训，可使培训更加生动逼真、内容更加丰富，特别是特殊专业的培训效果更为理想。如采用VR技术，可以“制造”出火灾或爆炸的平台现场，伴随有火、热、光、噪声、维妙维肖，让人如临现场。 虚拟联合站培训以下内容： 油罐区的消防 生产流程 安全报警的模拟 违章操作的严重后果 特殊专业的培训
地震数据模型和解释 专家们描述未来解释工作的情景是：地球科学家不再使用图形工作站，而是戴上特殊的头盔和手套，这时来自现场的地震时延（Time-Lapse Seismic）数据，经过VR系统的处理，显示在地球科学家面前的是一个个所勘探对象地下构造或圈闭的三维透视图像，随着电子数据手套的动作，可以让其旋转，从不同侧面观察，还可变化透明度，调整光照，看到不同的内幕。还可以选择进入其中的不同方向和路线，到构造或圈闭内部作深入的“游览”。
油藏工业中的应用 交互式的模型演示，如转动、倾斜、跟踪、快移放大等； 在任一时间瞬间，显示模型中油藏特征参数分布的立体图像； 模型次一级的结构图像； 模型任意剖面或切面图像； 油藏特征参数分布随时间的变化演绎； 井位置及完井视图； 模型中任意单元位置的特征参数“点测”； 井的综合数据显示及定位； 井周围局部“点测”显示流体流动及轨迹。
虚拟现实技术将地质 工作者从繁重的工作中解脱出来 戴着头盔 和数据手套 的工作人员 虚拟现实
化学家能看到复杂的分子情况以及显现创造物质的新方法。化学家能看到复杂的分子情况以及显现创造物质的新方法。 学生能漫游计算机表现的太阳系以学习地球引力与量之类的知识。 飞行员可以不离开地面进行训练，或者测试昂贵的新型飞机的设计性能而不用冒机毁人亡之险。 一个艺术家可以创造自己逻辑想象的世界而不用关心物理规律之类的麻烦事。 建筑师和客户在第一铲土动工之前就能“看到”一个新建筑，甚至可以在里面行走。 美国电影《泰坦尼克号》采用几百台基于Linux的并行图形工作站来合成虚拟的场景。 其它应用实例
电子商务 Compu Serve的 VRcade，是新 一代的网络在线购物服务，是 世界上第一家虚拟现实购物中 心。位于伦敦街心的这家购物 中心由三部分虚拟购物世界组 成：本地商场，外地商场和地 下商场。网站的访问者可以浏 览不同的商场，并使用信用卡 进行网上购买。使得： 顾客购买轻松有趣。 商家在3D环境下可以更真实的展示产品和服务。
员工培训 英特尔公司开发了基于V R 的库 房员工培训程序，预计每年仅培 训成本就可节省50万美元。英特 尔公司的一个项目部经理讲，交 互性是V R 技术的最大优点，大 大加强了培训应用。使用二维图 形，用户很被动，只是一旁观看； 使用普通的三维仿真，虽然他周 围的物体可能移动，但用户停留在一个地点。而使用虚拟现实时， 物体保持不动，而是用户在动，所以更真实。培训应用的意义重 大。利用虚拟现实，用户可以真实的模仿他们所做的工作。例如， 培训叉车司机，让他们熟悉新的仓库码放，司机可驾驶着虚拟的 卡车向前，转弯，看到真实的新仓库的样子。结果是这样的学习 过程比传统的教室和岗位培训更好，更快捷。
二十一世纪初将是虚拟现实技术的时代。美国在2010年前要重点发展十项高新电子技术，而居十项技术之首的就是虚拟现实技术。二十一世纪初将是虚拟现实技术的时代。美国在2010年前要重点发展十项高新电子技术，而居十项技术之首的就是虚拟现实技术。 虚拟现实技术可用于各个领域，特别是在石油工业中的应用前途光明。 目前，国外的许多大石油公司，在石油勘探和开发中获得了巨大的经济效益。我们要尽快研制自己 的虚拟现实技术软件，必将对石油工业的发展作出贡献。 就目前大庆市场来看，许多单位对利用VR技术在特殊专业的仿真培训、房屋建设等方面有很大的需求，其应用前景极为广阔。 研究VR技术的意义
VR技术国内外发展状况 1）虚拟现实的概念提出已有二三十年历史，只是近年发展很快。目前全世界有两千多个研究单位、大学、公司正在从事此项研究与开发，而实际应用的领域，已遍及到各个方面，几乎是“无所不在，无所不能”。 二十一世纪初将是虚拟现实技术的时代。 2）美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。美国国家航天局和美国国防部高级研究计划所重点致力于航天和军事上的VR应用，另外其它单位对太空训练、哈勃望远境控制、虚拟医疗、数据可视化和智能辅助培训等方面进行了研究。IBM与英国Virtuality公司在联合研究VR开发系统。德国、荷兰、日本等国都对VR技术进行跟踪研究。
VR技术国内外发展状况 3）国内许多有识之士早就预见到虚拟现实技术的巨大潜力,并得到了政府的高度支持。九五规划、国家自然科学基金会、国家技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。北京航空航天大学较早进行VR研究，中科院计算所CAD开放实验室，清华大学、北京大学等许多单位也都高度重视VR技术，并有一批专家在着手研究，且取得了相当的成果。 4）国外石油界人士已经着手在作虚拟现实技术的实用性开发。当前这项新技术处于开始引进和起步的阶段，作为重要应用部门的石油工业正是早期介入的极好时机，需要积极跟踪其应用开发，使其在“科技兴油”事业中发挥作用。
Sense8公司 SGI公司 SuperScape公司 各相关公司简介
Sense8公司开发了世界工具包WTK（World Tool Kit for Windows)，WTK是世界获奖软件，它以Windows动态链接库的形式发布。 WTK由400多个C函数构成。它提供了一个完整的合成虚拟环境的应用开发环境。 WTK的用户必须是一个合格的“C”编程语言。 在国内北京理工大学，清华，北航都在推广和开发。有PC版和工作站版及网络版。比较适合中国国情。 Sense8公司
SGI公司 • SGI制造了一系列适于虚拟环境的图形平台，其图形库OpenGL成为一种事实图形软件接口标准。 • 工作站版：Volumizer 工具软件，IRIS Performer（高档产品），必须配 SGI工作站。 • PC版：Cosmo World for Win95（中低档产品）
SuperScape公司 • VRT是一个专供PC机使用的高水平专业级开发软件，工作于Window95/98、WindowsNT平台。允许较高程度上的交互性和网络处理。 • VRT为一可视化制作软件，不用编程即可制作复杂的三维交互模拟场景。 • 利用SCL高级语言可以进行控制功能的编程，如逻辑预算与外部数据进行动态交换等。 • SDK开发包，它是基于C++的接口工具，有400多种DLL库函数，支持多种C++编程。 • 还有一种是：3DwebMaster，在国内使用较为成功。
设计VR应用系统的简单过程 1、建模 利用3D Max、Maya等应用软件进行建模。 2、数据转换 将利用上述软件制作的模型数据转换为VR创作工具识别的标准格式，如dxf、3dx、OpenInventor的IV格式。 3、纹理处理 利用Photoshop等软件进行纹理处理。 4、场景建立 利用VR创作工具建立场景，并对模型、纹理等进行相应的修改。如Cosmo worlds、IRIS Performer、VRT等VR创作工具。 5、浏览 使用浏览器或专用浏览平台进行浏览。如IE、Cosmo Player、Visualizer等。
