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  • 虚拟现实与增强现实

    万次阅读 2016-09-29 13:24:16
    1.虚拟现实概论(Virtual Reality,VR) 虚拟现实技术以计算机技术为基础,综合了计算机、传感器、图形图像、通信、测控多媒体、人工智能等多种技术,通过给用户同时提供视觉、触觉、听觉等感官信息,使用户如同...

    1.虚拟现实概论(Virtual Reality,VR)

    虚拟现实技术以计算机技术为基础,综合了计算机、传感器、图形图像、通信、测控多媒体、人工智能等多种技术,通过给用户同时提供视觉、触觉、听觉等感官信息,使用户如同亲历其境一般。借助于计算机系统,用户可以生成一个自定义的三维空间。用户置身于该环境中,借助轻便的跟踪器、传感器、显示器等多维输入输出设备,去感知和研究客观世界。在虚拟环境中,用户可以自由运动,随意观察周围事物并随时添加所需信息。借助于虚拟现实,用户可以突破时空域的限制,优化自身的感官感受,极大地提高了对客观世界的认识水平。
     
    虚拟现实有交互性(Interaction)、沉浸性(Immersion)和想象性(Imagination)三大特点,也被称为 3I 特点。借助 3I 特点,通常可以将虚拟现实技术和可视化技术、仿真技术、多媒体技术和计算机图形图像等技术相区别。交互性是指用户与模拟仿真出来的虚拟现实系统之间可以进行沟通和交流。由于虚拟场景是对真实场景的完整模拟,因此可以得到与真实场景相同的响应。用户在真实世界中任何操作,均可以在虚拟环境中完整体现。例如,用户可以抓取场景中的虚拟物体,这时不仅手有触摸感,同时还能感觉到物体的重量、温度等信息。沉浸性是指用户在虚拟环境与真实环境中感受的真实程度。从用户角度讲,虚拟现实技术的发展过程就是提高沉浸性的过程。理想的虚拟现实技术,应该使用户真假难辨,甚至超越真实,获得比真实环境中更逼真的视觉、嗅觉、听觉等感官体验。想象性则是身处虚拟场景中的用户,利用场景提供的多维信息,发挥主观能动性,依靠自己的学习能力在更大范围内获取知识。
    随着相关技术的发展,虚拟现实技术也日趋成熟,这种更接近于自然的人机交互方式,大大降低了认知门槛,提高了工作效率。虚拟现实技术已经从过去的军事和航空领域,拓展到建筑设计、产品设计、科学计算可视化、远程服务和娱乐等众多民用领域,尤其在手术导航和城市规划方面有非常重要的应用。临床上使用的外科手术导航系统,大部分都是采用虚拟现实技术,为医生提供了病灶部位的虚拟影像和计算机生成的其他辅助信号,医生通过计算机和其他设备实时得到视觉、触觉、听觉信息,为手术选择合适路径。作为一种全新的信息处理方式,虚拟现实技术给人类带来全新的生活体验。

    2.增强现实技术概论(Augment Reality,AR)

    增强现实技术,也被称为混合现实技术(Mixed Reality,MR),是伴随着计算机水平的提高而发展来的一门新技术。它以计算机为工具,将人为构建的辅助型虚拟信息应用到真实世界,使虚拟的物体信息和真实的环境信息相叠加到同一个画面或空间,同时呈递给用户被用户感知,获得比真实世界更丰富的信息。增强现实由虚拟现实发展而来。
    增强现实技术是在虚拟现实技术的基础上,于上世纪 90 年代初兴起的。它也是一种以计算机技术为基础的人机交互技术,但与虚拟现实不同,增强现实技术是要在真实场景中添加计算机虚拟产生的物体信息,达到“虚实融合”的效果,提高用户对真实世界的感知能力。增强现实技术借助于多种设备,如光学透视式头盔显示器(SHMD)或不同成像原理的立体眼镜等,使虚拟得到的物体叠加到真实场景中,同时出现在用户的视场中。用户在不丢失真实场景信息的前提下,可以获得虚拟物体的信息并与之交互。相比于虚拟现实,增强现实技术系统的实现要更复杂,因此对相关技术要求更高,除了计算机技术、通信技术、人机界面、传感器、移动计算、分布式计算、计算机网络、信息可视化等技术之外,还对心理学、人机工程学等有比较高的要求。增强现实系统通过分析大量数据获取场景中各种位置信息,以便将计算机生成的虚拟物体以合适的姿态精确地定位到真实场景中特定位置。构建增强现实系统一般包括四个基本步骤:
    (1)利用摄像机获取真实场景信息;
    (2)建立不同坐标系之间关系,对真实场景与摄像机相关位置信息进行数据分析;
    (3)利用计算机生成所需虚拟物体;
    (4)将虚拟物体和真实场景在显示器中进行显示。建立一个增强现实系统的原理如图 所示。增强现实系统中,成像设备、交互技术、跟踪与定位技术被称为三大支撑技术
     

    增强现实系统借助于多种显示设备来显示真实场景和虚拟物体叠加后的图像,如 S-HMD。S-HMD 使用了一种称为分光器的分光镜,能够将其上部的液晶显示器中的影像反射到用户眼睛中,同时不会妨碍真实环境中的光线穿透进去,于是虚拟物体信息和真实场景信息同时被用户获得,实现了增强现实的效果。虽然这种显示技术原理简单,技术成熟,但由于设备过于笨重,佩戴后不舒适,因此实际中更多使用其他商业化的显示系统。为了实现虚拟物体和真实场景的完美融合,必须要确定虚拟物体与真实场景融合后的准确位置。跟踪定位系统便是要实时监测场景中观察者位置和姿态、观察方向和运动状态,以观察者视场为基准建立坐标系,通过仿射变换得到虚拟物体的正确显示位置。大多数增强现实系统使用视频检测的跟踪定位方式,即识别视频中的特定标志点,根据不同标志点的位置信息计算获得整个场景的位置信息。视频检测的方式定位精度高,不再需要其他设备,是目前增强现实技术研究的一大热点。由于在现实世界中与虚拟信息交互比较困难,大多数的增强现实系统依然在使用菜单的交互方式。
     增强现实系统采用了部分与虚拟现实相似的技术,但是两者也有显著的差异:虚拟现实是用虚拟场景代替真实场景,而增强现实则是以真实场景为背景,加入虚拟信息作为补充。用户与真实场景交互的同时,计算机可以收集到真实场景中各种辅助信息。
    在医学上,人体的结构解剖数据可经由计算机进行可视化处理,重构出的虚拟影像可以在增强现实系统中实时投影到患者相应位置,医生便可以通过成像设备透过患者表皮看到内部解剖结构,准确定位病灶,提高手术质量。虚拟现实只是把真实世界展示给用户,而增强现实则是把虚拟世界和真实世界同时展示给用户,实现了虚实结合。它能为人们探索宏观世界和微观世界提供极大的便利,具有很好的经济、社会效益和诱人的发展前景。



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  • 本节书摘来自华章出版社《Unity虚拟现实开发实战》一书中的第1章,第1.3节虚拟现实与增强现实的区别,作者[美] 乔纳森·林诺维斯,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。 1.3虚拟现实与增强现实的...

    本节书摘来自华章出版社《Unity虚拟现实开发实战》一书中的第1章,第1.3节虚拟现实与增强现实的区别,作者[美] 乔纳森·林诺维斯,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

    1.3虚拟现实与增强现实的区别
    也许该花点时间澄清一下虚拟现实不是什么了。
    VR有一项兄弟技术是增强现实(AR),它在现实世界的视图上叠加了计算机成像(Computer Generated Imagery,CGI)。AR的有限使用可以在智能手机、平板、手持游戏系统(例如任天堂3DS),甚至在一些科学博物馆的展览中被发现。它将CGI叠加在来自摄像机的实时视频上。
    最新的AR创新是AR头盔,例如微软的HoloLens和Magic Leap,它们直接将计算机图形在你的视野中显示出来,而并不是融合进视频图像中。如果把VR头盔比作密封的护目镜的话,那AR头盔很像半透明的太阳镜,它使用了称为光场的技术,可以将真实世界的光线与计算机成像进行融合。对于AR来说,有一项挑战是如何保证计算机成像要时刻与现实世界中的物体保持一致且完全映射在其表面,同时在走来走去的时候消除延迟感并让它们(计算机成像与现实世界中的物体)仍然保持一致。
    在未来应用的场景中,人们对AR抱有同VR一样的期待,但是它们还是有所不同。这是因为AR致力于使用户融入到他们当前的环境中,而VR是完全沉浸式的。在AR体验场景中,你可以打开双手并且能够看到一个小木屋正位于你的手掌上;但是在VR中,你可能会被传送到木屋内部并且你可以在它里面随意走动。
    我们同时非常期待融合AR和VR的混合设备,或者可以在这两种模式间切换的设备。

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  • 虚拟现实与增强现实(眼镜或头盔)的现状与未来-简介 http://blog.csdn.net/yanzhanyi/article/details/41982033 标签: 虚拟现实增强现实眼镜未来交互 2014-12-17 15:59 4112人阅读 评论(0) 收藏 举报 ...
    http://www.zhihu.com/question/31996379
    Loki互联网逗比
    郎一飞cathy qin 赞同
    不是偏见,我说个很简单的道理,玩AR的公司比玩VR的公司从技术到资本都雄厚的多。
    看看VR有哪些公司在玩:
    Oculus VR-爸爸Facebook,20亿美元被Facebook收购
    HTC Vive-爸爸HTC+妈妈Valve,两个业务领域一点不搭的HTC和Valve合作推的,他们的前进方向根本不一样,以后难搞。
    PS VR-爸爸索尼,游戏设备,绑死在PS4和游戏上了。

    再看看AR大厂们:
    Metaio-爸爸苹果,这个收购价未知,但Metaio是一家十多年经验的AR老厂,在AR技术商业化积累上也是最牛的。
    HoloLens-爸爸微软,微软今年的大招大家都看到了,表现和技术最佳,20亿美元只为它上面一个游戏,而这个价格就顶上Oculus VR的收购价了。
    Magic Leap-爸爸谷歌,去年谷歌5亿多美元投资,今年又要融资10亿美元,总估值45亿美元,是Oculus收购价的2.5倍。
    Google Glass-爸爸谷歌,虽然是个玩脱了的产品,但是日后一定还会复活的,跟上面的Magic Leap技术搭起来玩,前途不可估量。


    总体看AR大厂们玩的比VR小厂们溜多了,以后的VR可能真的只能局限于游戏影音娱乐,想走出家门形成像手机等设备这样人人都买人人都带的流行趋势,不可能。而后面几个大厂的AR设备则完全有这个趋势,这就是大厂们的大菊观。
     


    虚拟现实与增强现实(眼镜或头盔)的现状与未来-简介

    http://blog.csdn.net/yanzhanyi/article/details/41982033

    标签: 虚拟现实增强现实眼镜未来交互
     4112人阅读 评论(0) 收藏 举报
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    增强现实技术是由虚拟现实技术发展而来,最早应用于军事,今年开始,由于智能手机的普及、智能硬件的兴起以及Google Glass的出现,增强现实技术被大量关注,就目前来看,我比较看好未来的增强现实技术。

    一、现在的虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)

    虚拟现实技术利用计算机创造一个虚拟空间,利用虚拟现实眼镜能够使用户完全沉浸在一个虚拟的合成环境中,无法看到真实环境;利用双目视觉原理,虚拟世界在眼镜中是3D立体的。

    1、VR头盔:

    目前比较有名的是被Facebook收购的Oculus公司,Oculus眼镜可以展示例如Unity这样的软件构建的虚拟场景,并且让用户沉浸在虚拟世界中过山车、玩游戏、看电影等等。

    2、VR眼镜:

    目前解决方案是一种头戴式手机框,将智能手机放入并且分屏显示,就可以产生类似于VR头盔的效果,如三星Gear VR
    在未来,虚拟现实不仅仅会涉及视觉、听觉,还会涉及嗅觉、触觉、味觉,构造一个与真实环境相似的世界。

    二、现在的增强现实(Augmented Reality,简称AR)

    增强现实技术能够把虚拟信息(物体、图片、视频、声音等等)融合在现实环境中,将现实世界丰富起来,构建一个更加全面、更加美好的世界。Google Glass开始,增强现实眼镜开始不断出现,但都还是初级产品,这些眼镜能够做到给用户呈现一些简单的辅助信息,但复杂信息就无能为力了。

    1、单目眼镜:

    Google Glass,单眼呈现信息,导航、短信、电话、录像照相等功能,由于是单眼,无法呈现3D效果,且由于外观原因应用场景有限。

    2、双目眼镜:

    Meta Glass, 双眼呈现影像时,利用双目视差可以产生开发者想要的3D效果。通过对现实场景的探测并补充信息,佩戴者会得到现实世界无法快速得到的信息;而且由于交互方式更加自然,这些虚拟物品也更加真实

    三、未来的增强现实

    在未来,我们佩戴的眼镜或隐形眼镜会再一次变革我们的通讯设备、办公设备、娱乐设备等等;在未来,我们不再需要电脑、手机等实体,只需在双眼中投射屏幕的影响,即可创造出悬空的屏幕以及3D立体的操作界面;在未来,人眼的边界将被再一次打开,双手的界限将被再一次突破,几千公里外的朋友可以立即出现在面前与你面对面对话,你也将会触摸到虚幻世界的任何物件;在未来,一挥手你就可以完全沉浸在另一个虚拟世界,一杯茶,一片海,甚至是另一个人生、现实世界无法到达的千千万万种可能的人生。

     

    四、双目成像原理简介(自己整理,欢迎指正)



    将 3D 成像效果分为三个纬度:远近,前后,深浅。

    远近:整个场景在脑海中的远近效果;

    前后:图像在屏幕的前(出屏幕效果)或屏幕后;

    深浅:场景中各个物体距离所产生的层次;

    1、远近调节:

    场景远近是左右眼两影像间距离决定的;

    立体像在屏幕前时,两影像距离越远则图像越近;

    立体像在屏幕后时,两影像距离越远则图像越远; 





    2、前后调节:

    左(右)相机影像在左(右),则图像在屏幕后方;

    右(左)相机影像左(右),则图像在屏幕前方; 



    3、深浅调节:

    由 3D 摄像机两个摄像头的间距决定;

    间距大则景深大,间距小则景深小; 


    由于人眼目距在65mm左右,大脑已经习惯此目距的景深效果,我认为对还原真实场景效果来说,摄像头间距65mm还是比较合理。

    五、现有可穿戴虚拟现实或增强现实眼镜产品及其技术种类


     

    增强现实眼镜简单调研报告

     

    一、增强现实眼镜(Argumented Reality Glasses)的发展历史

        增强世界博览会(ArgumentedWorld Expo)上展出了增强现实眼镜近50年的发展历史,从1968年犹他大学科学家伊凡的第一代眼镜“达摩克利斯之剑”问世开始,增强现实眼镜的研发脚步从来没有停止过。

        经过无数科技人不断的努力,增强现实眼镜已经更新迭代出了第一代的头盔式单屏幕显示器,第二代头箍式摆动显示器,第三代眼镜式单晶显示屏,知道如今的第四代各种3D增强的眼镜式产品,已经可谓是百家争鸣,百花齐放。

    二、主流增强现实眼镜的实现技术手段

    1、透明显示屏

    爱普生MoverioBT-200智能眼镜

    以Google Glass为主的大部分智能眼镜产品主要采取了透明显示屏技术,与Google Glass眼镜不同的是,爱普生Moverio BT-200尽管同样采用透明显示屏技术,但是区别在于它在两个镜片上都嵌入了一块透明显示屏,所以能够在眼前形成一幅3D立体视觉效果。

    2、虚拟视网膜显示(Virtual Retinal Display)技术

        视网膜显示器能够通过低强度激光或者发光二极管直接将影像投射到使用者的视网膜上,具有不遮挡视野的特点。这一概念是在20多年前提出的,但直到近些年来技术进步才让各种不同的视网膜显示变得可行。比如边发射发光二极管,其比面发射发光二极管的光输出功率大,但比激光的功率要求低,将其应用于视网膜显示器,可提供一个亮度更高而成本更低的选择。与传统显示器相比,视网膜显示器的亮度-功率比更高,能耗也会相应地大幅降低。

       VRD有点类似传统的CRT电视的成像原理,电子枪将光线投射在玻璃屏幕上。在应用VRD的眼镜中,没有这层玻璃将光线吸收并转发到真实的世界,它们的VRD图像会直接投射到用户眼中的视网膜上。

        以这种成像方式,VRD技术会比传统的显示器更让AR有感觉。因为传统的显示技术中,图像被分层堆积在现实世界,巨大的文字或提示信息会浮于实景之上。而VRD设备所产生的画面,会成为你真实视野的一部分,你会完全融入现实,而不会只觉得你的视野被某些信息所覆盖。这在实际应用中,可以解决许多现实问题。例如当你遥控机器人时,你希望获得机器人“全屏”的第一人称视野,而不是以一个视频匡的形式,显示在你视野的右上角。单眼的谷歌眼镜,更不可能让你有这种身临其境的感觉。

        现在正在使用VRD技术的眼镜主要是Avegant公司的Glyph。

    3、半透明分光式LCD投影

    投影模块

    像其他眼镜式设备一样它也是投影式成像,造型极其紧凑的投影仪藏在镜框内,左右各有一个。由LED光源将半透式LCD上的影像投射到分光镜片上成像,从而提供了立体视觉。投影仪的TFT LCD分辨率为960×540像素。


    MetaGlass投影模块

    镜片

    采用半透明分光镜镜片,这样就让你看到的现实场景上,又叠加了一层投影机传来的影像。

    MetaGlass摄像头

    4、ToF摄像头

    它由一对高清摄像头和一个红外探测器组成,可以实现深度探测。所谓ToF是Time of Flight的缩写,也就是光的飞行时间,通过测量光脉冲之间的传输延迟时间,就能得到物体的深度信息。

    这个模块担负的责任很大,包括手势识别、QR码(二维码的一种)跟踪、特征跟踪、惯性测量单元等,算得上这个眼镜的核心输入组件。

    最后给出官方提供的一些参数:

    双960×540像素透过式TFT LCD显示, 23°视野720p RGB 摄像头320×240 像素红外深度探测摄像头三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴罗盘

     

    5、单色玻璃投影

     

       Glass Up最核心的特点在于它的右侧镜架上提供一个微型投影仪,可以在右侧镜面表面投射单色图像,让你来阅读信息、文字或者浏览图片。尽管不能像谷歌眼镜那样实时抓拍或录像,但是相比于售价和外观,已经足够令人心动。

     

     

    三、一些构想——全新的交互

    1、眼镜几个思路

    1)基本条件:不累眼睛,外观漂亮,交互自然,开发流畅;

    2)场景获取:需要对外界场景有感知能力,甚至是重建能力;

    3)显示方式:我认为以屏幕显示的方式,才能达到想要达到的理想效果,但目前似乎还有更好的技术在研究中,例如Magic Leap这种秘密项目;

    4)需要以惊艳的方式让人用,随后独立开发和商业应用再跟上;

    5)创造新的显示方式、交互方式,创造全新的体验。

    2、新的交互系统设想

    1)基本可调用的接口:两眼显示、两个摄像头影像、手势获取、手势深度、三轴加速度计、陀螺仪、GPS、网络、蓝牙等外接设备接口

     

    2)基本交互逻辑:

    l   两组坐标基底:相对于真实世界(可固定屏幕、固定物件等显示效果)、相对于眼镜(可跟随头部位置显示);

    l   有效指尖标亮:当前识别到的手指之间标记出来,方便用户感知与调整;

    l   可触摸:相对真实的距离中,手指碰到的物件有一定响应(如触碰物相对高亮、或者指尖相对高亮);

    l   可旋转:空间由平面扩展到真实世界,物件可以被任意旋转和缩放

    l   规整:按坐标规整视野内窗口或物件

     

    3)一些具体的交互功能

    l   双手五指向前推,从后向前推出所有应用图标,以及所有打开的应用,排布在视野周围

    l   双手五指向两侧拨开,放大视野、图片等

    l   手臂向下挥动,退出当前应用

    l   单手五指,拖移最小可移动物件、以及选中文字、旋转物件等,包括列表、界面的拖移,缩放触碰的图片等

    l   两指从捏紧到打开,实现打开文件功能

    l   三指滚动页面

    l   单指长触或两指触碰实现辅助点按(右键)

     

    l   左手两指打开,配合右手多选

    l   单手五指先选中,另一只手从这只手上移开,实现复制功能

     

    l   屏幕锁定功能:当用户需要暂时固定所有内容,防止误操作的时候使用;

    l   远距提示或者收藏到后台:当用户离开固定屏幕一定距离时生效;

     

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    简介

    本文是https://github.com/china-testing/python-api-tesing/blob/master/books.md的节选。

    欢迎转载,转载请附带此简介,谢谢!

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    人工智能和虚拟现实的科幻鼻祖“神经漫游者”三部曲(套装全3册) - 2013.pdf

    图片.png

    参考资料

    沉浸感:不可错过的虚拟现实革命 - 2017.pdf

    图片.png

    Yeti:2016年虚拟现实(VR)用户调查报告.pdf

    VR虚拟现实 重构用户体验与商业新生态 - 2016.pdf

    OFFLINE · 虚拟现实如何讲故事.pdf

    Learning Web-based Virtual Reality - 2017.pdf

    Building Virtual Reality with Unity and SteamVR - 2017.pdf

    Beginning Windows Mixed Reality Programming For HoloLens and Mixed Reality Headsets.pdf

    Augmented Reality Principles and Practice - 2016.pdf

    Augmented Reality Game Development - 2017.pdf

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    Augmented Reality for Developers - 2017.pdf

    Augmented Reality for Android Application Development - 2013.pdf

    Virtual Reality Enhanced Robotic Systems for Disability Rehabilitation - 2016.pdf

    Virtual Reality and the Built Environment 2nd - 2018.pdf

    图片.png

    Virtual Reality and Medicine (Next-Generation Medical Technology) - 2018.pdf

    Virtual & Augmented Reality For Dummies - 2018.pdf

    图片.png

    Unity Virtual Reality Projects - 2018 2nd.pdf

    图片.png

    Unity 2018 Augmented Reality Projects - 2018 - Jesse Glover.pdf

    图片.png

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