虚拟现实（VR）

1、VR思想及研究方向的发展过程：

<1>VR的七个特征:模拟性、交互作用、人工现实、沉浸性、遥在、全身沉浸、网络通信。
<2>VR的科学技术问题类：VR的目的是利用计算机及其他相关技术复制、仿真现实世界（假想世界），构造近似现实世界的虚拟世界，用户通过与虚拟世界的交互、体验相对应的现实世界，甚至影响现实世界。
<3>定义VR系统为8元组(W,T,C,E,see,in,show,do)

注：设W为现实世界(假想世界)所有状态的集合。将W划分为不交子集的集合T，以使不同的VR建模方法可以模拟化对应划分中的现实世界状态。C：计算机状态序列的集合。E：人机交互设备的集合，e属于E， S(e)为e的状态序列的集合。

see:它把W中的状态映射到所选择的划分。
see:W—>T. 表征对现实世界的模拟
in:把现实世界状态划分映射到计算机状态序列集。
in:T—>p(C) (p(c)为C的幂集)。
show：把计算机状态序列集映射到人机交互设备的状态序列集合。
show:p(C)—>S(E) (S(E)为所有交互设备的状态序列集)
do：表征人对虚拟环境的控制。
do: C x S(E)—> C.

in ,do show三个函数就是虚拟现实的三大科学技术问题类。in是VR中的建模，可以是一个算法、公里系统也可以是一个优有结构的人工计算机输入过程。Show是VR对象的表现，可以是一个算法、数据变换，有结构的数据输出流。do是人或外部世界对虚拟环境的控制，是有结构的数据输出流，与交互设备密切相关。
<4>VR系统中的数据：
a.平台数据（PD）：包括支撑具体虚拟现实系统运行的计算机系统、网络系统、公共平台所生成的元数据，VR系统通用部分生成的管理数据。
b.模型数据（MD）：VR系统中的主体数据，是现实世界事物在数字空间中的映像。
c.感知数据（SD）：或称渲染数据，作用于各种输出设备使用户产生视、听、力等感觉。
d.控制数据（CD）：用户通过输入设备所生成的数据，用于对虚拟环境进行控制和影响。

2、VR中的建模方法（函数in）：

建模：要在数字空间中模拟现实世界中的对象和状态，就需要将现实世界中的对象、对象之间的关系、对象之间的相互作用及发展变化所遵循的规律映射为数字空间中的各种数据表示，这一过程称为建模。
模型数据来源：实际测量，数学生成，人工构造。
建模方法分类:
a.景物外观建模：基于深度图像的建模、基于图像的建模方法、材质光照建模方法、体光照模型、场的建模方法。
b.基于物理模型的建模：刚体运动建模、柔性物体建模方法，流体建模方法，虚拟人运动建模方法。
c.行为建模：基于有限状态自动机的建模方法、基于Agent的建模方法。
d.虚实融合建模：面向虚实融合场景构建的真实环境信息获取与表示、三维对象的三维注册方法、三维对象的空间遮挡处理办法、虚实光照融合处理方法。

3、VR表现技术(函数show)：

视觉表现技术、听觉表现技术、力/触觉表现技术、嗅/味觉表现技术。

4、人机交互及设备：

场景显示方式及设备：头盔式显示、桌面式显示、投影式显示、手持式显示、自由立体显示。
力/触觉交互方式及其设备：力反馈操纵杆、触觉数据手套。
跟踪定位方式及其设备：有源跟踪定位、无源跟踪定位。
行走交互方式极其设备：踏板行走式交互、地面行走式交互、传动平台式行走交互。

5、VR开发平台与支撑环境

建模工具：面向动画制作的建模工具、面向实时绘制的建模工具、Web 3D标准和建模工具、物理引擎
绘制工具：基础三维图形绘制库、三维图形引擎、可视化开发平台。
分布式VR开发平台：虚拟环境服务器、分布式开发平台。

6、VR应用

军事领域、工业领域、医学领域、教育文化领域等。

7、VR需解决的理论及技术问题：

1、可建模、模型复杂性和模型可信性。
2、图像的相似性测度和图像质量评价。
3、复杂逼真虚拟环境的构造与海量数据管理。
4、虚拟实体的物理与行为模型。
5、虚拟景物和真实景物的融合。
6、人机交互的机制与沉浸感。
7、分布式虚拟现实的实时性与一致性。
8、VR应用系统的可组装构建和VR平台的开发策略。
9、VR系统性能和VR应用结果的评价。