(VRML)虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與VRML編程-1633

1、虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與VRML編程授課教師：趙應(yīng)丁E-Mail:江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院第十三講 VRML交互功能1.接觸傳感器2.環(huán)境傳感器3.感知傳感器4.碰撞編組2022/9/21江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院第十三講 VRML交互功能接觸傳感器:TouchSensor傳感節(jié)點(diǎn)。環(huán)境傳感器:PlaneSensor傳感節(jié)點(diǎn)、SphereSensor傳感節(jié)點(diǎn)以及CylinderSensor傳感節(jié)點(diǎn)。感知傳感器：VisibilitySensor傳感節(jié)點(diǎn)和ProximitySensor傳感節(jié)點(diǎn).碰撞編組：Collision傳感節(jié)點(diǎn)2022/9/22江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院1.接觸

2、傳感器接觸傳感器TouchSensor節(jié)點(diǎn)用于創(chuàng)建檢測(cè)用戶基于指點(diǎn)設(shè)備(如鼠標(biāo)和操縱桿等)的動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)換后以各種形式的事件加以輸出。TouchSensor節(jié)點(diǎn)可以作為任何編組節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)使用，并感知用戶對(duì)該編組節(jié)點(diǎn)中所有造型的指點(diǎn)動(dòng)作。TouchSensor傳感器本身并不創(chuàng)建任何幾何造型或其他可視對(duì)象。2022/9/23江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院1.接觸傳感器(續(xù))TouchSensor節(jié)點(diǎn)語(yǔ)法格式如下：TouchSensor enabled TRUE isOver isActive touchTime hitPoint_changed hitNormal_changed hitT

3、exCoord_changed2022/9/24江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院1.接觸傳感器(續(xù))Enabled域的域值設(shè)置場(chǎng)景中是否激活該接觸傳感器。isOver出事件當(dāng)用戶操縱指點(diǎn)設(shè)備位于被傳感的三維造型上時(shí)，引發(fā)該事件，且事件為TRUE；反之，當(dāng)用戶操縱指點(diǎn)設(shè)備離開被傳感的三維造型上時(shí)，再度引發(fā)該事件，且事件值為FALSE。isActive出事件當(dāng)用戶操縱指點(diǎn)設(shè)備指向、選取并保持選取被傳感的三維造型時(shí)，引發(fā)該事件，且事件值為TRUE；當(dāng)用戶釋放設(shè)備點(diǎn)擊狀態(tài)后，再度引發(fā)該事件，且事件值為FALSE。TouchTime出事件當(dāng)用戶操縱指點(diǎn)設(shè)備指向并選取被感知的三維造型，同時(shí)保持指點(diǎn)設(shè)備指

4、向且釋放指點(diǎn)設(shè)備時(shí)，引發(fā)該事件，事件值是釋放指點(diǎn)設(shè)備時(shí)的系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間。2022/9/25江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2.環(huán)境傳感器環(huán)境傳感器在瀏覽者選取、保持選取并移動(dòng)指點(diǎn)設(shè)備時(shí)產(chǎn)生事件輸出。平面?zhèn)鞲衅鳎篜laneSensor節(jié)點(diǎn)圓柱體傳感器：CylinderSensor節(jié)點(diǎn)球體傳感器：SphereSensor節(jié)點(diǎn)2022/9/26江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2.環(huán)境傳感器(續(xù))PlaneSensor傳感器PlaneSensor enabled TRUE offset 0.0 0.0 0.0 autoOffset TRUE minPosition 0.0 0.0 maxPosit

5、ion 1.0 1.0 isActive tracePoint_changed translation_changed2022/9/27江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2.環(huán)境傳感器(續(xù))Offset域的域值用于設(shè)置人為設(shè)置造型被指點(diǎn)設(shè)備初始觸發(fā)時(shí)的缺省偏移量。2022/9/28江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2.環(huán)境傳感器(續(xù))SphereSensor節(jié)點(diǎn)語(yǔ)法格式如下：SphereSensor enabled TRUE offset 0.0 1.0 0.0 0.0 autoOffset TRUE isActive trace_changed rotation_changed2022/9/

6、29江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2.環(huán)境傳感器(續(xù))CylinderSensor節(jié)點(diǎn)語(yǔ)法格式如下：CylinderSensor enabled TRUE offset 0.0 autoOffset TRUE minAngle 0.0 maxAngle 1.0 diskAngle 0.262 isActive trackPoint_changed rotation_changed2022/9/210江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.感知傳感器感知用戶在場(chǎng)景中是否可見其中的造型或用戶與造型的接近程度。VisibilitySensor節(jié)點(diǎn)ProximitySensor節(jié)點(diǎn)2022/9/21

7、1江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.感知傳感器(續(xù))可視傳感器VisibilitySensor節(jié)點(diǎn)用來(lái)從瀏覽者所在的方位(包括空間位置及空間朝向)感知一個(gè)立方體區(qū)域在當(dāng)前場(chǎng)景中何時(shí)可見、何時(shí)不可見，并產(chǎn)生多種事件輸出。VisibilitySensor節(jié)點(diǎn)語(yǔ)法格式如下：VisibilitySensor enabled TRUE center 0.0 0.0 0.0 size 0.0 0.0 0.0 isActive enterTime exitTime2022/9/212江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.感知傳感器(續(xù))接近傳感器ProximitySensor節(jié)點(diǎn)用來(lái)從瀏覽者所在的方位感

8、知用戶何時(shí)進(jìn)入、退出和移動(dòng)于當(dāng)前坐標(biāo)系內(nèi)的一個(gè)立方體區(qū)域，并產(chǎn)生多種事件輸出。ProximitySensor 節(jié)點(diǎn)語(yǔ)法格式如下：ProximitySensor enabled TRUE center 0.0 0.0 0.0 size 0.0 0.0 0.0 isActive enterTime exitTime position_changed orientation_changed2022/9/213江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2. 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類(續(xù))按傳感器與人的感官分類視覺(jué)聽覺(jué)觸覺(jué)前庭器官嗅覺(jué)或味覺(jué)2022/9/214江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2. 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類(續(xù)

9、)按隔離與融合分類隔離是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界被人所感知時(shí)與人所處的真實(shí)世界相互隔離，即用戶既看不到真實(shí)世界系統(tǒng)、也聽不到真實(shí)世界聲音，完全被虛擬環(huán)境所封閉，該類系統(tǒng)即稱為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。融合是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界可以疊加在人所能感知的真實(shí)世界之上，即虛擬境界直接與人看到的真實(shí)世界疊加在一起，該類系統(tǒng)近年來(lái)被稱之為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。2022/9/215江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件組成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件由4部分組成：虛擬境界生成設(shè)備，感知設(shè)備、跟蹤設(shè)備和基于自然方式的人與環(huán)境交互設(shè)備。1.虛擬境界生成設(shè)備虛擬境界生成設(shè)備可以是一臺(tái)或多臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)，通常又可分為：基于

10、高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)、基于高性能圖形工作站和基于分布式異構(gòu)計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)三大類。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件的圖形處理性能要求較高。2022/9/216江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件組成(續(xù))虛擬境界生成設(shè)備的主要功能如下：(1)視覺(jué)通道信號(hào)的生成與顯示。(2)聽覺(jué)通道信號(hào)的生成與展示。(3)觸覺(jué)與力覺(jué)通道信號(hào)。(4)支持實(shí)時(shí)人機(jī)交互操作，包括3維空間定位、碰撞檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別以及人與環(huán)境實(shí)時(shí)對(duì)話環(huán)境。2022/9/217江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件組成(續(xù))(2)感知設(shè)備視覺(jué)感知設(shè)備。聽覺(jué)感知設(shè)備。觸覺(jué)感知設(shè)備。2022/9/218江西農(nóng)業(yè)大學(xué)

11、 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件組成(續(xù))(3)跟蹤設(shè)備跟蹤設(shè)備是用于跟蹤并檢測(cè)用戶位置和朝向的裝置，用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中基于自然方式的人機(jī)交互操作。跟蹤設(shè)備一般都由一個(gè)或多個(gè)信號(hào)發(fā)射器以及多個(gè)接受器組成。2022/9/219江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院3.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件組成(續(xù))(4)人與環(huán)境交互設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所使用的交互設(shè)備應(yīng)用手勢(shì)、體勢(shì)、眼勢(shì)以及自然語(yǔ)言的人機(jī)交互設(shè)備，常見的有數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、眼球跟蹤器以及語(yǔ)音識(shí)別裝置。2022/9/220江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院4.虛擬現(xiàn)實(shí)研究?jī)?nèi)容虛擬現(xiàn)實(shí)的研究?jī)?nèi)容大致可分為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用兩大類。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

12、人機(jī)自然交互技術(shù)基于圖形學(xué)的研究基于圖像的建模和渲染碰撞技術(shù)基于Internet的研究聲音技術(shù)。2022/9/221江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院4.虛擬現(xiàn)實(shí)研究?jī)?nèi)容(續(xù))虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用真實(shí)世界仿真。抽象概念建模，也稱為可視化。2022/9/222江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概念增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域中產(chǎn)生的一個(gè)新興的研究方向。虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)沉浸感，要求使人感覺(jué)與其所處的環(huán)境完全隔離。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為對(duì)真實(shí)世界的一種補(bǔ)充和增強(qiáng)，豐富了用戶對(duì)真實(shí)世界的感知和人機(jī)交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具有以下3個(gè)主要特征：真實(shí)世界與虛擬境界要求在三維空間上加以整合。具有實(shí)時(shí)人機(jī)交

13、互功能。增強(qiáng)特征適用于所有感知通道，不僅有景象，還應(yīng)包括聲音等；也可以使用增強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)削。2022/9/223江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心是如何將真實(shí)世界與虛擬境界在視覺(jué)領(lǐng)域完美融合，現(xiàn)有兩類基本技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)：基于光學(xué)的技術(shù)和基于視頻的技術(shù)?；诠鈱W(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬融合的基本原理是通過(guò)半透明、半反射的光學(xué)鏡片將虛擬境界和真實(shí)世界疊加在一起；基于視頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)融合的基本原理是通過(guò)攝像機(jī)將真實(shí)世界采樣圖像在圖形處理器中與虛擬對(duì)象疊加在一起后再顯示出來(lái)?；诠鈱W(xué)的透視式HMD實(shí)現(xiàn)方法是把光學(xué)融合器放置在用戶眼前來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)

14、現(xiàn)實(shí)的?；谝曨l的封閉式HMD實(shí)現(xiàn)方法是把一個(gè)封閉的視頻頭盔同1-2個(gè)視頻攝象機(jī)結(jié)合在一起。2022/9/224江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))基于光學(xué)方法的主要優(yōu)點(diǎn)有：簡(jiǎn)單和廉價(jià)。顯示分辨率高。系統(tǒng)安全性好。無(wú)眼睛位置偏移。2022/9/225江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))基于視頻技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：融合靈活。圖像延時(shí)匹配較好。畸變可匹配。亮度匹配容易。2022/9/226江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)聚焦與對(duì)比度。融合精度與實(shí)時(shí)性問(wèn)題。系統(tǒng)可移動(dòng)性。傳感系統(tǒng)。202

15、2/9/227江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。機(jī)械制造、維修?？梢暬瘧?yīng)用。娛樂(lè)應(yīng)用。2022/9/228江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。所謂隨身計(jì)算技術(shù)，實(shí)際上是一種無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)多媒體計(jì)算技術(shù)。隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要概念是把整套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，包括虛擬場(chǎng)景生成器、HMD和跟蹤設(shè)備可帶，這滿足了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)系統(tǒng)可移動(dòng)性的要求，也進(jìn)一步拓寬了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域。2022/9/229江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與隨身增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(續(xù))近年來(lái)，隨著現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬環(huán)境以及增強(qiáng)方法應(yīng)用的不斷充實(shí)、進(jìn)步和完善。著名學(xué)者Paul Milgram提出了一種分類學(xué)方法-虛實(shí)統(tǒng)一體(Virtual Continnum,VC)。 現(xiàn)實(shí)環(huán)境(Real Environment,RE)，指真實(shí)存在的現(xiàn)實(shí)世界。