虚拟现实技术
一、VR基本技术
1.VR概述
定义：虚拟现实是由计算机生成的给人以沉浸感的虚拟环境
特性：沉浸性（模拟驾驶）；交互性（数据手套）；想象性（室内设计）
分类：桌面式VR，沉浸式VR，增强式VR，分布式VR
2.VR典型设备
硬件设备：由输入输出显示设备构成
跟踪定位设备，立体显示设备，手部数据交互设备，虚拟声音输出设备，其他交互设备
3.技术
3.1 3D显示
3D显示技术就是利用一系列的光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的画面，在大脑形成3D（3Dimensions）立体效果的技术。
3D显示分类：
全息：（Holography）特指一种可以让从物体发射的衍射光能够被重现的3维技术，其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体，其显示的像也会变化。
非全息： 利用光学等方法产生立体的视觉效果，但不能给人主观选择观看的视角 。色分法，光分法，时分法
3.2 真实感技术
什么是LOD，阐述其基本思想、作用及应用
LOD即Level Of Detials细节层次，用若干不同复杂度模型来表示同一对象技术。我们用LOD来描述一个物体在不同距离上进行渲染时可选的细节程度。在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的集合复杂性，从而提高绘制算法效率的技术。
LOD基本思想：
1.对场景中的不同物体或物体的不同部分，采用不同的细节描述方法。
2.如果物体离视点比较远，或者物体比较小，可以用较粗的LOD模型绘制。
3.如果物体离视点比较近，或者物体比较大，反之用较细的LOD模型绘制。
4.对运动快的物体或处于运动中的物体，用较粗的LOD模型，对静止的物体用较细的LOD模型。
LOD作用：
1.对物体定义具有多种细节水平的几何表示
2.用户根据实际需要选择相应精细程度的模型，使实时绘制场景成为可能
3.有效地控制场景复杂度
4.加速图形绘制速度
LOD应用：虚拟现实，交互式可视化，飞行模拟、3D动画、交互式仿真
LOD分类：视点无关（速度快需要空间大）视点相关
3.3 非真实感技术
特点，效果大于技术
真实感技术（LOD）与非真实感区别
| 真实感绘制 | 非真实感绘制 | |
|---|---|---|
| 基本趋向 | 模拟物理世界 | 模拟艺术家的风格 |
| 评价方式 | 客观 | 主观 |
| 基本方法 | 模拟物理过程 | 研究艺术品特点，研究人类的感知，模拟艺术家的创作 |
| 准确性 | 精确 | 近似 |
| 细节水平 | 相同的细节等级，无法避免细节信息 | 可以突出表达重点部分 |
3.4 几何建模
3.5 3D虚拟声音技术
定义：
在虚拟场景中能使用户准确地判断出声源的精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音。
特点：
1、全向三维定位特性（3 D steering）
全向三维定位特性是指在三维虚拟空间中把实际声音信号定位到特定虚拟专用源的能力。
2、三维实时跟踪特性(3D Rreal－Time Localization)
三维实时跟踪特性是指在三维虚拟空间中实时跟踪虚拟声源位置变化或景象变化的能力
3、沉浸感与交互性
作用：
①声音是用户和虚拟环境的另一种交互方法，人们可以通过语音与虚拟世界进行双向交流，如语音识别与语音合成等。
②数据驱动的声音能传递对象的属性信息。
③增强空间信息，尤其是当空间超出了视域范围。
语音识别三要素音调音色音强
语音合成3个层次
1、从文字到语音的合成（Text-to-Speech）；
2、从概念到语音的合成（Concept-to-Speech）；
3、从意向到语音的合成（Intention-to-Speech）
3.6 自然交互与传感技术
基于位置的服务(LBS)Location-Based Services
目的：可以随时（Anytime）、随地（Anywhere）为所有的人（Anybody）和事（Anything）提供实时的“4A”服务
交互方式：手势面部表情识别，眼动跟踪，触觉反馈
3.7 碰撞检测技术：
在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算几何、机器人和自动化、工程分析、计算机图形学、虚拟现实等领域都遇到了有关碰撞检测的问题，甚至成为其中的关键问题。
碰撞检测的目的主要有三个：检测模型之间是否发生碰撞，报告发生或即将发生碰撞的部位，动态的查询模型之间的距离。
定义：假设三维空间中有N个运动模型，随着时间改变位置和姿态，碰撞检测就是判断他们之间是否发生了碰撞
影响因素：实时性，精确度，模型类别，检测类别，场景特征
二、VR开发技术
1.建模软件：
3Dmax与Maya区别
max的学习较简单，不需要掌握复杂的CG概念，非常适合初学者和效率优先的使用者。
maya的学习比较复杂，有大量的菜单系统和隐藏节点。
MAX的插件也比较多，有了这些插件的支持MAX实现某些特定效果的效率就大大的提高了。
但是在影视方面，追求的更多的是细节的刻画和表现，需要提供给动画师更多可以自由控制的空间，插件越多，集成的东西就越可以施展的空间就会缩小，所以，MAYA中使用者可以随时根据自己的需要编写自己的插件。
就工具使用而言，MAYA掌握起来要也许要比MAX难度大一些，但是，MAYA是很多CG艺术家为之疯狂的软件，因为他们的画笔已经从纸面上拓展到了另外一个更广阔的空间。
max的快捷和方便，而Maya的综合和灵活性是其可以领军CG界的的法宝。
基本操作{简单模型创建，灯光，相机，渲染出图，材质}
2.U3D软件：
基本操作
五个视图：Sence（场景），Game（测试游戏），Hierarchy（层级视图，主要存放对象），Project，Inspector（属性）
编程——基本交互
//通过按键控制左右移动
void FixedUpdate()
{
if (Input.GetKey(KeyCode.A))
{
rs.AddForce(-5, 0, 0);
}
if (Input.GetKey(KeyCode.S))
{
rs.AddForce(5, 0, 0);
}
}
Update和FixedUpdate
Update：在每次渲染新的一帧的时候才会调用，这个函数的更新频率和设备的性能有关以及被渲染的物体。这会导致同一个游戏在不同的机器上效果不一致。
FixedUpdate是在固定的时间间隔执行，不受游戏帧率的影响。在处理Rigidbody的时候最好用FixedUpdate函数
Transform类：控制对象基本变换操作，例如对象移动的方法是translate(), 对象旋转的是Rotate()
Input类：获取用户的键盘，鼠标和控制杆等输入设备的输入信息。
3.全景技术
基于图像生成真实感图形的虚拟现实技术
分类：柱形全景，球形全景，立方体全景，对象全景，球形视频
特点：
（1）全景图片不是利用计算机生成的模拟图像，而是通过对物体进行实地拍摄2-6张照片就可以生成，具有很强的真实感。
（2）文件容量较小，在网络上传输快。
（3）互动性较强，可以用鼠标或键盘控制环视的方向，进行上下、左右、浏览，也可以进行放大缩小。
（4） 一般不需单独下载插件，自动下载一个很小的Java程序后就可以通过浏览器在Internet上观看全景照片。
4.VR开发
每个阶段的开发任务
第一阶段：搜集整理资料。搜集图片、数据、视频等资料。
第二阶段：系统场景模型建立。确定展示系统模型，并利用3Dmax进行场景建模。
第三阶段：系统场景整合，功能完成。
第四阶段：成品发布。将系统打包成exe文件，并保存所有的项目资料。
设计VR功能：漫游（自动手动鸟瞰），局部查看，配置图
5.游戏开发
游戏本质，阶段任务，游戏引擎，逻辑+数据，交互：7+2法则菲茨防错，格式塔，席克定律
三、VR前沿
1.3D打印
3D打印技术概念：3D打印（英语：3D printing），即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术
原理：3D打印机将虚拟的数字化三维模型直接转变成了实体模型
应用：医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计
2.AR
增强现实技术是将虚拟世界直接叠加在人类感知的真实世界之上的一种技术。
VR强调的是虚拟世界给人的沉浸感，强调人能以自然方式与虚拟世界中的对象进行交互操作
AR则强调在真实场景中融入计算机生成的虚拟信息的能力，它并不隔断观察者与真实世界之间的联系。
AR具有较低的硬件要求、更高的注册精度、更具真实感
AR特征：
真实世界和虚拟世界融为一体。
具有人机交互功能。
真实世界和虚拟世界在三维空间上的整合。
