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Day13【元宇宙的实践构想02】—— 元宇宙与沉浸式交互技术介绍、支撑开发与应用

卫冕711 2023-07-12 原文

💃🏼 本人简介：男
👶🏼 年龄：18
✍今日内容：《元宇宙的实践构想》02——元宇宙与沉浸式交互技术
🚩 今日留言：亮亮被迫去练科目二啦，定时发布的文章，回来统一给大家三连回复嗷~😉
❗❗❗从1.31日开始，阿亮每天会查阅一些元宇宙方面的小知识，和大家一起分享。一是由于元宇宙作为现在热门领域，引发广泛关注，而且我自己也很感兴趣；二是最近在搞挑战杯，做这方面的研究报告，正好借助博客来积累，方便最后写总结。由于亮的能力实在有限，而且了解甚微，所以博客的部分配图和30%内容为借鉴而来，如有侵权，会第一时间删掉。最后，内容不多，但也欢迎各位大佬们提供一些好的建议或者前来指点一二嗷，多多支持，如有错误，也请各位大佬及时点评，感谢大家！

部分资料参考文献: 成生辉教授的《元宇宙：概念、技术及生态》

文章目录

写在前面

“元宇宙”在2021年成为时髦的概念。元宇宙到底是什么？元宇宙是否是互联网技术的下一次革命？未来人类是否可以实现元宇宙？元宇宙由谁来主导建立？元宇宙是未来的技术方向还是只是一个暂时的热点？在新的时代如何考虑技术对人类社会的正面或者负面影响呢？？？想知道嘛，从第一篇开始追起来叭👉👉👉Day12【元宇宙的实践构想01】—— 元宇宙概念和发展历程

1. 前言

元宇宙概念的兴起，对其核心技术的发展是机会亦是挑战，而在虚拟技术、可视化技术、图形学技术、沉浸式交互技术等众多的核心技术之中，沉浸式交互技术无疑具有不可替代的作用。现阶段沉浸式交互技术在辅助医疗、工业设计、VR游戏、3D电影等领域都已得到广泛应用，在元宇宙方面，带给用户的高沉浸感是元宇宙其核心内容之一，而这一技术支撑在于沉浸式交互技术。

2. 沉浸式交互技术介绍

  • 沉浸式交互技术可以使元宇宙中人们的试听触感更加逼真，从而使人们更好地感受这个世界。关于元宇宙的沉浸式技术包括四种——虚拟现实(Virtual Reality, VR)、增强现实(Augmented Reality, AR)、混合现实(Mi-xed Reality, MR)、扩展现实(eXtended Reality, XR)。

2.1 虚拟现实(VR)

  • VR通过设备可以隔绝现实世界的一切，创造出一个完整的“世外桃源”，并对这个虚拟环境中的信息实现输入输出，通过全面接管人的视觉、听觉、触觉和动作捕捉以带给人全方位的沉浸式体验。
  • VR设备也经过了数次迭代更新：CardBoard—VR一体机—VR分体机—PC VR—家用主机VR【感兴趣的朋友们可以自行去查哦，由于与本文元宇宙的主题稍有偏颇，这里就不做详细解释了】

2.2 增强现实(AR)

  • AR是在保留真实世界的基础上叠加一层虚拟信息，但是在此阶段尚且还不能实现交互。

与VR不同的是，AR是对现实世界的增强，而VR的核心结构主要以环境模拟系统为主，完全放弃了现实世界，力求构造完美的能欺骗人感官的虚拟世界。

  • AR用户基数更大，应用场景更多，医药、教育、工业上的各种实际应用已经佐证了AR作为工具对人类的影响更为深远。

2.3 混合现实(MR)

  • MR是虚拟和现实的混合体，能在真实和虚拟世界融合后产生的新的可视化环境，在该环境下真实实体和数据实体共存，同时能创造出可以与真实环境交互的虚拟物体，通过在视网膜上投射光场，实现部分虚拟影像的保留与现实的自由切换。

MR介于增强现实和虚拟现实之间，模糊了二者之间的界限，将数字虚拟物体融入现实世界进行交互，在虚拟世界中的现实物体又以虚拟现实的形态出现。

2.4 扩展现实(XR)

  • XR则是通过计算机将真实与虚拟相结合，打造一个人机交互的虚拟环境，并推动虚拟数字人、仿真机器人等新型领域不断发展。也是VR、AR、XR等多种技术的统称。
  • XR技术主要能够进行视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉上的感官模拟，还有体感模拟（通过肢体动作变化来操作交互）和脑机接口（在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交流与控制通道，从而实现大脑与外部设备的直接交互）。

2. 沉浸式交互技术的支撑与开发

沉浸式交互离不开其背后的技术开发与支撑，比如图像显示原理，以及数据可视化（以图形方式表达数据）、计算机图形学（3D模型，建立更加逼真的模型），还有其他的支撑技术（如后台基建：5G/算力与算法/云计算、底层架构等）。本文不做任何解释技术的原理和实现方法，只是简单介绍沉浸式技术支撑与开发的简要内容的介绍。

3. 沉浸式交互技术的应用

3.1 数字孪生

前面所讲的VR、AR、MR、XR等硬件操作系统作为进入元宇宙的入口，既能呈现逼真的艺术特效，又能让用户直接作为虚拟化身实现交互。也正是由于这些，硬件设施直接决定了元宇宙的用户规模，而底层架构则决定了元宇宙运行的稳定性，落地应用则展示了元宇宙的前景与魅力。要想创建出一个与现实接近的新的虚拟空间，无疑要对现实世界的数据进行复刻模仿，但如果将现实世界里物理对象的一个个数据存储起来，并释放在虚拟空间里，即使是计算机进行运算，几乎也是不太可能，所以早期时候的元宇宙一直处于空想阶段。而数字孪生技术的出现则就打破了这个瓶颈!!!【具体内容如下】

  • 在数字孪生中，会先将物理对象转化为数据，再将数据和原理建模，然后由模型中的机理模型和数据驱动实现自我学习与动态调整，最后将模型载入软件中，进而实现对物理对象的描述、诊断、预测、决策等功能。

  • 通过数字孪生实现了真实物理系统向虚拟空间数字模型的反馈，从而对现实生活中极其丰富的细节的逼真环境进行构建，并创造身临其境的临场经验。元宇宙则根据现实或幻觉(如超现实、科幻等)的逻辑对现实世界进行复制和修改，并以开放模式呈现“多元宇宙”。

  • 把数字孪生的特点总结为互操作性、实时性、可扩展性、保真度和闭环性【这里节选自《元宇宙：概念、技术及生态》的3.3.1数字孪生】
    • **互操作性：**数字孪生中的物理对象和数字空间可以双向映射、动态交互和连接。因此，数字孪生具有将物理实体映射到各种数字模型的能力，并且具有在不同数字模型之间相互转换和融合的能力。
    • **实时性：**因为数字孪生要去再现随着时间轴而变化的物理实体，所以需要以计算机可识别和处理的方式管理数据，即数字化。
    • **可扩展性：**数字孪生技术具有集成、添加和替换数字模型的能力，并且可以对模型内容进行扩展。
    • **保真度：**数字孪生要求虚拟物体不仅要保持对实体几何结构的高度模拟，还要在状态、相位和时态方面进行模拟，尽力保证数字虚拟模型与物理实体之间的相似度。
    • **闭环性：**数字孪生中的数字虚拟体用于描述物理实体的可视化模型和内部机制，从而监控物理实体的状态数据，进行分析推理，优化工艺参数和运行参数，并实现决策功能，即对虚拟体和物理实体使用一个闭环系统

3.2 其他应用

  • 沉浸式交互技术目前应用比较多，除了数字孪生以外，这里也可以介绍几个常见的应用，如全息投影沙盘、沉浸式互动体验室、全息透明屏以及全息直播等

4. 感谢大家支持u （^ _ ^）

以上就是我今天搜集到的资料啦，也是我们小组报告的第一部分，欢迎大家指点嗷~ 感谢支持！
【ps：2月份也要努力!!!】

mdash构想xff0cxffxff0元宇宙虚拟现实VR/AR/MR/XR沉浸式交互

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