虛擬實境系統的三個基本特徵是什麼

三個基本特徵是：1、多感知性，指除了一般電腦科技所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。 2.浸沒感，指使用者感到作為主角存在於模擬環境中的真實程度；理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全心投入電腦創造的三維虛擬環境。 3.互動性，指使用者對模擬環境內物體的可操作程度及從環境得到回饋的自然程度（包括即時性）。

本教學操作環境：windows7系統、Dell G3電腦。

虛擬實境系統（Virtual Reality System，簡稱VR；又譯作靈境、幻真）是近年來出現的圖形影像領域的高新技術，也被稱為靈境技術或人工環境。虛擬實境是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。另外，虛擬實境系統，又稱為虛擬實境平台，即（Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）。

虛擬實境系統的三個基本特徵

#1、多重感知性

（ Multi-Sensory）－所謂多感知是指除了一般電腦技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬實境技術應該具有一切人所擁有的感知功能。由於相關技術，特別是感測技術的限制，虛擬實境技術所具有的感知功能僅限於視覺,聽覺,力覺,觸覺,運動等幾種。

2、浸沒感

（Immersion）－又稱臨場感，指使用者感到作為主角存在於模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全心投入電腦創造的三維虛擬環境中，該環境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現實世界中的感覺一樣。

3、互動性

（Interactivity）－指使用者對模擬環境內物件的可操作程度與從環境得到回饋的自然程度（包括即時性）。例如，使用者可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，並且可以感覺到物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

虛擬實境系統的分類

#在實際應用中，我們根據虛擬實境技術對“沉浸性」程度的高低和互動程度的不同，劃分了4種典型類型：沉浸式虛擬實境系統、桌面式虛擬實境系統、增強式虛擬實境系統、分散式虛擬實境系統。

其中桌面式虛擬實境系統因其技術非常簡單，實用性強，需投入的成本也不高，在實際應用中較為廣泛｡

1、沉浸式虛擬實境系統

沉浸式虛擬實境系統(Immersive VR)是一種進階的、較理想的虛擬實境系統，它提供一個完全沉浸的體驗，使用戶有一種彷彿置身於真實世界之中的感覺。它通常採用洞穴式立體顯示裝置或頭盔式顯示器等設備，首先把使用者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，並提供一個新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置追蹤器、數據手套、三維滑鼠等輸入設備和視覺、聽覺等設備，使用戶產生一種身臨其境、完全投入和沈浸於其中的感覺｡

2、桌面式虛擬實境系統

桌面式虛擬實境系統(Desktop VR)也稱為窗口虛擬實境系統，是利用個人電腦或初級圖形工作站等設備，以電腦螢幕作為使用者觀察虛擬世界的一個窗口，採用立體圖形、自然互動等技術，產生三維立體空間的互動場景，透過包括鍵盤、滑鼠和力矩球等各種輸入設備操縱虛擬世界，實現與虛擬世界的互動。

桌面式虛擬實境系統一般要求參與者使用空間位置追蹤器和其他輸入設備(如資料手套和6個自由度的三維空間滑鼠)，使用戶雖然坐在顯示器前，但可以透過電腦螢幕觀察360°範圍內的虛擬世界。在桌面式虛擬實境系統中，電腦的螢幕是使用者觀察虛擬世界的一個窗口，在一些虛擬實境工具軟體的幫助下，參與者可以在模擬過程中進行各種設計。

使用的硬體設備主要是立體眼鏡和一些互動設備(如資料手套和空間追蹤設備等)。立體眼鏡用來觀看電腦螢幕中的虛擬三維場景的立體效果，它所帶來的立體視覺能使用戶產生一定程度的沉浸感。有時為了增強桌面虛擬實境系統的效果，在桌面虛擬實境系統中還可以藉助於專業的投影設備，達到增大螢幕範圍及多人觀看的目的。

桌面式虛擬實境系統採用設備較少，實現成本低，對於開發者及應用者來說，應用桌面式虛擬實境技術是從事虛擬實境研究工作的初始階段。

3、擴增式虛擬實境系統（沉浸式虛擬實境系統）

#在沉浸式虛擬實境系統中強調人的沉浸感，即沉浸在虛擬世界中，人所處的虛擬世界與現實世界隔離，看不到真實的世界也聽不到真實的世界。而增強式虛擬實境系統（Augmented VR）既可以允許使用者看到真實世界，同時也可以看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環境和虛擬環境組合在一起的一種系統，既可減少構成複雜真實環境的開銷（因為部分真實環境由虛擬環境取代），又可對實際物體進行操作（因為部分物體是真實環境），真正達到了亦真亦幻的境界。在增強式虛擬實境系統中，虛擬物件所提供的資訊往往是使用者無法憑藉其自身感覺器官直接感知的深層訊息，使用者可以利用虛擬物件所提供的資訊來加強現實世界中的認知。

增強式虛擬實境系統可以在真實的環境中增加虛擬物體，如在室內設計中，可以在門、窗上增加裝飾材料，改變各種式樣、顏色等來審視最後的效果以達到擴增實境的目的。

增強式虛擬實境系統常見的有：基於桌上型圖形顯示器的系統、基於單眼顯示器的系統(一個眼睛看到顯示器上虛擬世界，另一隻眼睛看到的是真實世界)、基於光學透視頭盔顯示器、基於視訊透視頭盔顯示器的系統。

目前，擴增實境系統常用於醫學視覺化、軍用飛機導航、設備維護與修理、娛樂、文物古蹟的復原等。典型的實例是醫生在進行虛擬手術中，戴上可視性頭盔式顯示器，既可看到做手術現場的情況，也可以看到手術中所需的各種資料。

4、分散式虛擬實境系統

近年來，電腦、通訊科技的同步發展和相互促進成為全世界資訊科技與產業快速發展的主要特徵。特別是網路技術的快速崛起，使得資訊應用系統在深度和廣度上發生了本質性的變化，分散式虛擬實境系統(Distributed VR)是一個較為典型的實例。分散式虛擬實境系統是虛擬實境技術和網路技術發展和結合的產物，是一個在網路的虛擬世界中，位於不同實體位置的多個使用者或多個虛擬世界透過網路連結共享資訊的系統。

分散式虛擬實境系統的目標是在「沉浸式」虛擬實境系統的基礎上，將分佈在不同地理位置上的多個使用者或多個虛擬世界透過網路連接在一起，使每個使用者同時參與到一個虛擬空間，電腦透過網路與其他使用者進行交互，共同體驗虛擬經歷，以達到協同工作的目的，它將虛擬實境的應用提升到了一個更高的境界。

虛擬實境系統運作在分散式系統下有兩方面的原因：一方面是充分利用分散式電腦系統提供的強大運算能力；另一方面是有些應用本身俱有分散特性，如多人透過網路進行遊戲和虛擬戰爭模擬等。

虛擬實境系統的應用：

#城市規劃

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城市規劃一直是對全新的視覺化技術需求最為迫切的領域之一，虛擬實境技術可以廣泛的應用在城市規劃的各個方面，並帶來切實且可觀的利益： 展現規劃方案虛擬實境系統的沉浸感和互動性不僅能夠帶給使用者強烈、逼真的感官衝擊，獲得身臨其境的體驗，還可以透過其資料介面在即時的虛擬環境中隨時取得專案的資料資料，方便大型複雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理，有利於設計與管理人員對各種規劃設計方案進行輔助設計與方案審查。規避設計風險 虛擬實境所建立的虛擬環境是由基於真實資料建立的數位模型組合而成，嚴格遵循工程專案設計的標準和要求建立逼真的三維場景，對規劃專案進行真實的「再現」。使用者在三維場景中任意漫遊，人機交互，這樣很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由於事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。加快設計速度運用虛擬實境系統，我們可以輕鬆隨意的進行修改，改變建築高度，改變建築外觀的材質、顏色，改變綠化密度，只要修改系統中的參數即可。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金，提供合作平台 。

虛擬實境技術能夠使政府規劃部門、專案開發人員、工程人員及公眾可從任何角度，即時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖。有效的合作是確保城市規劃最終成功的前提，虛擬實境技術為這種合作提供了理想的橋樑，這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。加強宣傳效果對於公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，虛擬實境系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來製作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當專案方案最終確定後，也可以透過影片輸出製作多媒體宣傳片，進一步提升專案的宣傳展示效果。

醫學

VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中，可以建立虛擬的人體模型，借助於追蹤球、HMD、感覺手套，學生可以輕鬆了解人體內部各器官結構，這比現有的採用教科書的方式要有效得多。 Pieper及Satara等研究者在90年代初期基於兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器，用於腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術檯與手術燈，虛擬的外科工具（如手術刀、注射器、手術鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統有待進一步改進，如需提高環境的真實感，增加網路功能，使其能同時培訓多個使用者，或可在外地專家的指導下工作等。另外，在遠距離遙控外科手術，複雜手術的計畫安排，手術過程的資訊指導，手術後果預測及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研製等方面，VR技術都有十分重要的意義。

藝術教育

豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的電玩工具。由於在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高，故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娛樂系統，其主題是關於3025年的一場未來戰爭；英國開發的稱為“Virtuality”的VR遊戲系統，配有HMD，大大增強了真實感；1992年的一台稱為「Legeal Qust」的系統由於增加了人工智慧功能，使電腦具備了自學習功能，大大增強了趣味性及難度，使該系統獲該年度VR產品獎。另外在家庭娛樂方面VR也顯示出了很好的前景。

作為傳輸顯示訊息的媒體，VR在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可小覷。 VR所具有的臨場參與感與互動能力可以將靜態的藝術（如油畫、雕刻等）轉化為動態的，可以讓觀賞者更能欣賞作者的思想藝術。另外，VR提高了藝術表現能力，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

對藝術的潛在應用價值同樣適用於教育，如在解釋一些複雜的系統抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一個“虛擬的物理實驗室”，用於解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。

軍工

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模擬與練一直是軍事與航太產業的重要課題，這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計畫局DARPA自80年代起致力於研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統，以提供坦克協同訓1練，該系統可聯結200多台模擬器。另外利用VR技術，可模擬零重力環境，可以取代非標準的水下訓練太空人的方法。

室內設計

虛擬實境不只是示範媒體，也是設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，例如裝修房屋之前，你首先要做的事是對房屋的結構、外形做細緻的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這些圖紙只能內行人讀懂，虛擬實境可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能藉助傳統的設計模式提升到數位化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計與規劃的品質與效率。運用虛擬實境技術，設計者可以完全按照自己的構思去建造裝飾「虛擬」的房間，並且可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，直到滿意為止。既節省了時間，也節省了做模型的費用。

房地產開發

隨著房地產業競爭的加劇，傳統的展示手段如平面圖、表現圖、沙盤、樣品屋等已經遠遠無法滿足消費者的需要。因此敏銳把握市場動向，果斷啟用最新的技術並迅速轉化 為生產力，方可以領先一步，擊潰競爭對手。虛擬實境技術是集影視廣告、動畫、多媒體、網路科技於一身的最新型的房地產行銷方式，在國內的廣州、上海、北京等大城市，國外的加拿大、美國等經濟和科技發達的國家都非常熱門，是當今房地產行業一個綜合實力的象徵和標誌，其最主要的核心是房地產銷售！同時在房地產開發中的其他重要環節包括申報、審核、設計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

工業模擬

當今世界工業已經發生了巨大的變化，大規模人海戰術早已不再適應工業的發展，先進科學技術的應用顯現出巨大的威力，特別是虛擬實境技術的應用正對工業進行著一場前所未有的革命。虛擬實境已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節，對企業提高開發效率，加強資料收集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業風險起到了重要的作用。虛擬實境技術的引進,將使工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設計中應用虛擬實境技術是可行且必要的。

遊戲中

三維遊戲既是虛擬實境技術重要的應用方向之一，也為虛擬實境技術的快速發展起了巨大的需求牽引作用。儘管有眾多的技術難題，虛擬實境技術在競爭激烈的遊戲市場中還是得到了越來越多的重視與應用。可以說，電腦遊戲自產生以來，一直朝著虛擬實境的方向發展，虛擬實境技術發展的最終目標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，再到網路三維遊戲，遊戲在保持其實時性和互動性的同時，逼真度和沈浸感正在一步步地提高和加強。我們相信，隨著三維技術的快速發展和軟硬體技術的不斷進步，在不遠的將來，真正意義上的虛擬實境遊戲必將為人類娛樂、教育和經濟發展做出新的更大的貢獻。

WEB3D

WEB3D主要有四類運用方向：商業、教育、娛樂、和虛擬社群。對企業與電子商務 三維的表現形式，能夠全方位的展現一個物體，具有二維平面圖像不可比擬的優勢。企業將他們的產品發佈成網上三維的形式，能夠展現出產品外形的方方面面，加上互動操作，演示產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產品。對於網路電子商務，將銷售產品展示做成線上三維的形式，顧客透過觀察和操作能夠對產品有更全面的認識了解，決定購買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來更多的利潤。現在國內最流行的WEB3D平台是VR-Platform Internet Explorer，又稱為VRPIE或VRPIE3D網路平台。

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。電腦輔助教學(CAI)的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多面向。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資訊。使用具有互動功能的3D課件，學生可以在實際的動手操作中得到更深的體會。

對電腦遠距教育系統而言，引進Web3D內容必將達到很好的線上教育效果。對娛樂遊戲產業娛樂遊戲產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，動態HTML、flash動畫、串流音視頻，使整個互連網呈現生機黯然。動感的頁面較之靜態頁面更能吸引更多的瀏覽者。三維的引入，必將造成新一輪的視覺衝擊，使網頁的訪問量提升。娛樂網站可以在頁面上建立三維虛擬主持這樣的角色來吸引瀏覽者。遊戲公司除了在光碟上發布3D遊戲外，可以在網路環境中運行線上三維遊戲。利用互連網路的優勢，受眾和覆蓋範圍迅速擴張。

對虛擬實境展示與虛擬社群使用Web3D實現網路上的VR展示，只須建構一個三維場景，人以第一視角在其中穿梭。場景和控制者之間能產生交互，加上高品質的生成畫面使人產生身臨其境的感覺。對於象虛擬展廳、建築房地產虛擬漫遊展示，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訊息的環境，也就形成了所謂的虛擬社群。

道路橋樑

虛擬實境技術在道路橋樑應用現狀在高速公路與橋樑建設中虛擬實境技術也得到了應用。由於道路橋樑需要同時處理大量的三維模型與紋理數據，導致這種情況需要很高的計算機性能作為後台支持，但隨著近年來計算機軟硬體技術的提高，一些原有的技術瓶頸得到了解決，使虛擬實境的應用達到了前所未有的發展。

在我國，許多學院和機構也一直在從事這方面的研究與應用。三維虛擬實境平台軟體，可廣泛的應用於橋樑道路設計等產業。該軟體適用性強、操作簡單、功能強大、高度視覺化、所見即所得，他的出現將為正在發展的VR產業提示入新的活力。虛擬實境技術在道路橋樑方面的應用虛擬實境技術在高速公路和橋樑建設方面有著非常廣闊的應用前景，可由後台置入穩定的數據庫信息，便於受眾對各項技術指標進行實時的查詢，週邊再輔以多種媒體訊息，如工程背景介紹,標段概況,技術資料,剖面等,電子地圖,聲音、影像、動畫，並與核心的虛擬技術產生交互，從而實現演示場景中的導航、定位與背景資訊介紹等諸多實用、便利的功能。

地理

應用虛擬實境技術，將三維地面模型、正射影像和城市街道、建築物及市政設施的三維立體模型融合在一起，再現城市建築及街區景觀，使用者在顯示器上可以很直觀地看到生動逼真的城市街道景觀，可以進行諸如查詢、測量、漫遊、飛行瀏覽等一系列操作，滿足數位城市技術由二維GIS向三維虛擬實境的視覺化發展需要，為城建規劃、社區服務、物業管理、消防安全、旅遊交通等提供視覺化空間地理資訊服務。

電子地圖技術是集地理資訊系統技術、數位製圖技術、多媒體技術和虛擬實境技術等多項現代技術為一體的綜合技術。電子地圖是一種以可視化的數位地圖為背景，以文字、照片、圖表、聲音、動畫、影片等多媒體為表現手段展示城市、企業、旅遊景點等區域綜合面貌的現代資訊產品，它可以存貯於電腦外存，以唯讀光碟、網路等形式傳播，以桌上型電腦或觸控螢幕電腦等形式提供大眾使用。由於電子地圖產品結合了數位製圖技術的視覺化功能、資料查詢與分析功能以及多媒體技術和虛擬實境技術的資訊表現手段，加上現代電子傳播技術的作用，它一出現就贏得了社會的廣泛興趣!

虛擬演播

随着计算机网络和三维图形软件等先进信息技术的发展，电视节目制作方式发生了很大的变化。视觉和听觉效果以及人类的思维都可以靠虚拟现实技术来实现。它升华了人类的逻辑思维。虚拟演播室则是虚拟现实技术与人类思维相结合在电视节目制作中的具体体现。虚拟演播系统的主要优点是它能够更有效地表达新闻信息，增强信息的感染力和交互性。传统的演播室对节目制作的限制较多。虚拟演播系统制作的布景是合乎比例的立体设计，当摄像机移动时，虚拟的布景与前景画面都会出现相应的变化，从而增加了节目的真实感。用虚拟场景在很多方面成本效益显著。如它具有及时更换场景的能力，在演播室布景制作中节约经费。不必移动和保留景物，因此可减轻对雇员的需求压力。对于单集片，虚拟制作不会显出很大的经济效益，但在使用背景和摄像机位置不变的系列节目中它可以节约大量的资金。另外，虚拟演播室具有制作优势。当考虑节目格局时，制作人员的选择余地大，他们不必过于受场景限制。对于同一节目可以不用同一演播室，因为背景可以存入磁盘。它可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力，利用现有的多种三维动画软件，创作出高质量的背景。

水文地质

虚拟现实技术是利用计算机生成的虚拟环境逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术沉浸感、与计算机的交互功能和实时表现功能，建立相关的地质、水文地质模型和专业模型，进而实现对含水层结构、地下水流、地下水质和环境地质问题（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、盐渍化、沼泽化及区域降落漏斗扩展趋势）的虚拟表达。具体实现步骤包括建立虚拟现实数据库、三维地质模型、地下水水流模型、专业模型和实时预测模型。

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