虚拟现实系统的分类

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本文导读目录：

1、虚拟现实系统的分类

2、虚拟现实系统

3、虚拟现实系统可以分为哪几类？

　　来源:用户上传 　　作者: 芦娟 　　[摘要]　简介了虚拟现实系统(VR)，并按其交互性(Interactivity)和沉浸感(Immersion)的不同，把VR分为以下几类：桌面式VR系统(Deskt0pVR)，增强式VR系统(AugmentedVR)、沉浸式VR系统(ImmersiveVR)和分布式VR系统(DistributedVR，DVR). 　　[关键词]　虚拟现实；Virtual Reality 　　 　　“VirtualReality”中文可直译为“虚拟现实”。在虚拟现实技术出现前，计算机技术、通信技术、影视技术、仿真技术、测量技术等已为我们提供了分析世界、观察世界的有力工具，但人类基本上都是借助这些工具的屏幕、仪表，以及绘图仪和音响器，根据它们所输出、显示和报告的结果，去分析和观察客观世界的。基于这些输出结果，再根据已具有的知识，进而利用想象力，去外推探索未知世界。我国著名的科学家钱学森曾建议把该技术译为“灵境技术”，由它所构成的信息处理环境称为“灵境”。一个典型的虚拟现实系统主要包括：虚拟世界、计算机、虚拟现实软件、输入设各和输出设备5大组成部分。其中，虚拟世界是可交互的虚拟环境，涉及模型构筑、动力学特征、物理约束、照明及碰撞检测等：计算机环境涉及处理器配置、实时操作系统等：虚拟现实软件负责提供实时构造和参与虚拟世界的能力，涉及建模、物理仿真等；输入和输出设备则用于观察和操纵虚拟世界，涉及跟踪系统、图像显示、声音交互、触觉反馈等。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术出现了多样化的发展趋势，它包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。VR技术的根本目标就是要达到真实体验和基于自然技能的人机交互，因此，能够达到或者部分达到这样目标的系统就可以被称为虚拟现实系统。交互性(Interactivity)和沉浸感(Immersion)是虚拟现实的两个实质性特征，虚拟现实系统按其交互和浸入程度的不同，可以分为以下几类： 　　 　　一、桌面式VR系统(Desktop VR) 　　 　　桌面式VR系统仅使用个人计算机来产生三维空问的交互场景。它把计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的一个窗口，也被称为窗口虚拟现实系统。参与者需要使用手拿输入设备或位置跟踪器。来驾驭演虚拟环境和操纵虚拟场景中的备种物体。在桌面VR系统中，参与者虽然坐在监视器前面，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虑拟环境：可以通过交互操作，使虚拟环境的物体平移和旋转，从各个方向观看物体；也可以以在虚拟环境中浏览。但参与者并没有完全沉浸，他仍然会受到周围现实环境的干扰。Desktop VR对硬件设备的要求很低，有的简单型的则只需要台式的计算机即可完成，顶多再加上空间追踪装置等辅助设备。 　　 　　二、增强式VR系统(Augmented VR) 　　 　　增强式VR系统(也称为叠加式VR系统)。系统该允许用户对现实世界进行观察的同时，通过穿透型头戴式显示器将计算机虚拟图像叠加在现实世界之上，为操作员提供与他所看到的现实环境有关的、存储在计算机中的信息，从而增强操作员对真实环境的感受，因此又被称为补充现实系统。与其他各类VR系统相比，补充现实式的虚拟现实不仅是利用VR技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。在增强式虚拟现实系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借自身的感觉索能感知到的深层次的信息。增强式系统最常见的是：一个眼睛看到显示屏上的虚拟世界：另一个看到的则是真实的世界。 　　 　　三、沉浸式VR系统(Immersive VR) 　　 　　沉浸式VR系统是一种较高级的VR系统。利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，而使用户真正成为VR系统内部的一个参与者，并能利用这些交互设备操作和驾驭虚拟环境，产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。它是一种较为先进的虚拟现实系统，使得用户有一种身临其境的认同感。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统等。其原理是：首先把用户的各种感觉封闭起来，然后再提供一个与原来不同的感官世界。为了实现用户产生从头到脚的全方位立体沉浸，就要多种设备与多种相关软件的交互作用。 　　 　　四、分布式VR系统(Distributed VR，DVR) 　　 　　分布式VR系统是指基于网络的虚拟环境。它在沉浸式VR系统的基础上，将位于不同物理信置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，并共享信息，从而使用户的协同工作达到一个更高的境界。VR系统之所以运行在分布式环境，一方面是它可以允分利用分布式计算机系统提供的强大计算能力；另一方面是因为有些应用本身具有分布特性。例如许多VR应用要求若干人能同时参与同一个虚拟环境，即协同工作的。这些人既可能在同一个地方，也可能在世界上各个不同的地方，彼此间只通过远距离网络联系在一起。前面所述的那些VR技术虽然可以便动态的虚拟环境构构如生，但它们都无法解决资源共享的问题，应用DVR系统就可以满足这类需求。 　　转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-609433.htm　　虚拟现实（Virtual Reality,VR）是依托计算机技术、传感和显示技术、以及人工智能技术，通过计算机图形构成三维数字模型，并可被编制到显示系统中，生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉等能让参与者获得沉浸体验的人工环境。高级虚拟现实系统提供完全沉浸的功能，利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并利用位置定位器、数据手套、其它手控输入设备等实现交互体验，使得参与者产生一种近乎以假乱真的虚拟环境体验。目前，虚拟现实技术由于其内容的高度可编辑性和可创造性，被广泛运用认知科学的各相关领域研究当中，并成为元宇宙发展的实际载体。目前本实验室配备有两套最新的研究用级别虚拟现实设备，包括HTC VIVE Pro 2头盔式虚拟现实显示系统，并配有全身动作追踪器、面部表情追踪器、无线支持套件，以及美国Oculus Quest 2头盔式一体机虚拟现实系统。为以虚拟现实为干预环境的脑机协同研究提供良好的设备基础。 　　左：HTC头盔式虚拟现实显示系统 右：美国 Oculus头盔式一体机虚拟现实系统　　随着信息技术的不断发展，各行各业对虚拟现实系统的需求日益旺盛。虚拟现实系统也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域。根据用户参与和沉浸感的程度，我们通常把虚拟现实系统分为桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、多人VR等。 　　1. 桌面虚拟现实系统 　　桌面虚拟现实系统（Desktop VR）是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。使用个人计算机（PC）或初级图形PC工作站去产生仿真，计算机的屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口。用户坐在PC显示器前，戴着立体眼镜，利用手柄、数据手套等设备操作虚拟场景中的各种对象。 　　然而这种体验下用户是不完全投入的，因为即使戴上立体眼镜，屏幕的可视角也仅有20度--30度之间，仍然会受到周围现实环境的干扰。 　　2. 沉浸式虚拟现实系统 　　沉浸式虚拟现实系统（Immersive VR）是一种高级的、较理想、较复杂的虚拟现实系统。它采用封闭的场景和音响系统将用户的视听觉和外界隔离，使用户完全置身于计算机生成的环境中。 　　在沉浸式虚拟现实系统中，用户通过利用手柄、数据手套等输入设备输入相关数据和命令，计算机根据获取的数据测得用户的运动和姿态，并将其反馈到生成的视景中，使用户产生一种身临其境、沉浸于其中的感觉。 　　3. 多人VR 　　多人VR可以支持多人在同一虚拟世界里，多角色相互配合、进行团队合作、共同完成任务，破解了团队协作的VR操作技术难题，克服了单人操作的技术局限性。比如大型消防演习的VR教学，通过多人在线的协作过程，有助于用户更加了解消防相关的安全应急措施，也更符合现实模拟环境。 　　另外，在教学中应用多人VR教学，通过设定的后台数据分析，可以记录更多学生学习的路径，操作的结果，整体的评分。而且通过系统大数据分析，老师可以一目了然学生学习的状态，薄弱环节在哪里，感兴趣内容是什么，有助于老师有的放矢地进行下一步教学工作。

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