《虚拟现实技术基础及应用（第2版）》课后习题答案
习题一
一、名词解释
VR：虚拟现实是从英文Virtual Reality一词翻译过来的，简称“VR”， 是指采用以计算机技术为核心的现代高新技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境，参与者可以借助必要的装备，以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互，并相互影响，从而获得等同真实环境的感受和体验。
AR：AR（Augmented Reality，增强现实）是通过计算机技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间，同时存在。
MR：MR（Mixed Reality，混合现实），混合现实既包括增强现实又包括增强虚拟，指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里，物理和虚拟数字对象共存，并实时互动。
XR：即扩展现实，英文为“Extended  Reality”或者“Cross  Reality”，常见的缩写简称为“XR”或“ER”等，是指通过计算机技术和可穿戴设备产生的一个真实与虚拟结合、可人机交互的环境。扩展现实技术可以看作一种涵盖性术语，包含了虚拟现实 VR、增强现实 AR、混合现实MR及其他因技术进步而可能出现的新型沉浸式技术。
二、填空题
1. 虚拟现实技术的特性有  沉浸感Immersion 、 交互性Interaction  和 构想性Imagination 。
2. 典型的虚拟现实系统主要由三维的虚拟环境产生器及其显示部分、由各种传感器构成的信号采集部分和  由各种外部设备构成的信息输出部分等组成。
3. 根据用户参与虚拟现实的不同形式以及沉浸程度的不同，可以把各种类型的虚拟现实系统划分为四类：沉浸式虚拟现实系统、增强虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统。
三、简答题
1. 简述虚拟现实技术的发展历程。
答：虚拟现实技术的发展经历了三个阶段：
1)虚拟现实技术的探索阶段（20世纪初期——20世纪70年代）
2)虚拟现实技术概念的逐步形成阶段（20世纪80年代初——20世纪80年代末）
3)虚拟现实技术全面发展阶段（20世纪90年代初——至今）
2. 简述虚拟现实技术的原理及本质。
答：虚拟现实基于动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等多项核心技术，主要围绕虚拟环境表示的准确性、虚拟环境感知信息合成的真实性、人与虚拟环境交互的自然性，通过实时显示、图形生成、智能技术等问题的解决，使得用户能够身临其境地感知虚拟环境，从而达到探索、认识客观事物的目的。
其本质是指采用以计算机技术为核心的现代高新技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境，参与者可以借助必要的装备，以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互，并相互影响，从而获得等同真实环境的感受和体验。
3. 简述不同虚拟现实系统的特点及应用情况。
答：一套典型的虚拟现实系统主要由三维的虚拟环境产生器及其显示部分、由各种传感器构成的信号采集部分和由各种外部设备构成的信息输出部分等组成。
由于能够再现真实的环境，并且人们可以沉浸其中参与交互，使得虚拟现实技术已经在许多方面得到广泛应用。随着各种技术的深度融合，相互促进，虚拟现实技术在教育、军事、工业、艺术与娱乐、医疗、城市仿真、科学计算可视化等领域的应用都有极大的发展。
四、论述题
1．谈谈你对虚拟现实技术现状及未来发展的看法。
2．你认为当前虚拟现实技术发展的主要障碍和问题是什么？
（略）
习题二
一、填空题
1.    立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术，现已有多种方法与手段实现，主要有分技术、分光技术、分时技术、光栅技术和全息显示技术。
2. 正是由于人类两眼的  视差  ，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。
3. 三维建模可分为几何建模、物理建模、运动建模。
4. 三维虚拟声音的主要特征：全向三维定位、三维实时跟踪和三维虚拟声音的沉浸感与交互性。
5. 层次包围盒法、空间分解法 是碰撞检测算法中广泛使用的方法。
二、简答题
1. 简述虚拟现实系统中主要有哪些关键技术。
答：虚拟现实技术又是多种技术的综合，关键技术主要包括：立体高清显示技术、三维建模技术、三维虚拟声音技术、人机交互技术等。
2. 简述虚拟现实系统中的立体显示技术。
答：立体高清显示技术是虚拟现实的关键技术之一，它使用户在虚拟世界里具有更强的沉浸感，立体高清显示技术的引入可以使各种模拟器的仿真更加逼真。
立体高清显示可以把图像的纵深、层次、位置全部展现，参与者可以更直观、更自然地了解图像的现实分布状况，从而更全面地了解图像或显示内容的信息。目前，立体高清显示技术主要以佩戴立体眼镜等辅助工具来观看立体影像。比较有代表性的技术有：分技术、分光技术、分时技术、光栅技术和全息显示技术。
3. 简述虚拟现实中的三维建模技术。
答：三维建模是对显示对象或环境的逼真仿真，虚拟对象或环境的建模是虚拟现实系统建立的基础，也是虚拟现实技术中的关键技术之一。评价虚拟建模的技术指标包括：精确度、操纵效率、易用性、实时显示四个方面。三维建模技术主要包括：几何建模、物理建模、运动建模。
4. 三维虚拟声音应该具有哪些特征？
答：三维虚拟声音具有全向三维定位、三维实时跟踪和三维虚拟声音的沉浸感与交互性三大特性。
5. 与虚拟现实相关的建模软件有哪些？
答：与虚拟现实相关的建模软件有数据可视化是什么AutoCAD、3ds MAX、Maya等，这些软件具有可视化、交互性强等特点，可以方便地创建虚拟对象的几何模型。
6. 在虚拟实领域中较为常用的交互技术主要有哪些？
答：在虚拟实领域中较为常用的交互技术主要有手势识别、面部表情识别、眼动跟踪以及语音识别等。
7. 评价虚拟现实建模的技术指标包括哪些？
答：评价虚拟建模的技术指标包括：精确度、操纵效率、易用性、实时显示四个方面。
8. 什么是虚拟现实引擎？虚拟现实引擎的实质是什么?
答：虚拟现实系统是一个复杂的综合系统，其虚拟现实系统的核心部分应该是虚拟现实引擎，引擎控制管理整个系统中的数据、外围设备等资源。虚拟现实系统针对不同的应用选择不同的引擎或者说是虚拟现实的操作系统VROS（Virtual Reality Operation System）。虚拟现实系统在虚拟现实引擎的组织下，才能形成VR系统。
作为虚拟现实系统引擎而言，它的实质就是以底层编程语言为基础的一种通用开发平台，它包括各种交互硬件接口、图形数据的管理和绘制模块、功能设计模块、消息响应机制、网络接口等功能。基于这种平台，程序人员只需专注于虚拟现实系统的功能设计和开发，无须考虑程序底层的细节。
习题三
一、填空
1. 虚拟现实系统的硬件设备主要包括生成设备、输入设备和输出设备。
2. 影响图形工作站的主要因素有图形加速卡、CPU、内存、系统I/O和操作系统。
3. 光学跟踪器使用的技术有标志系统、模式识别系统和激光测距系统。
4. 虚拟现实系统常用的人机交互设备有三维鼠标、 数据手套 和 数据衣 。
5. 快速建模设备主要有 3D摄像机  和 3D扫描仪 。
6. 头盔显示器主要分为基于LCD的头盔显示器、基于CRT的头盔显示器和基于VRD的头盔显示器。
7. 墙式投影显示设备分为单通道立体投影系统和多通道立体投影系统。
8. 听觉感知设备主要有 扬声器 和 耳机 。
9. 触觉反馈由接触反馈和力反馈两部分组成。
10. 常用的接触反馈设备有充气式接触手套和振动式接触反馈手套。
二、简答
1. 虚拟现实应用的个人计算机配置有哪些基本要求？
答：一般个人计算机配置满足虚拟现实设备主流品牌Oculus 和HTC对相关产品的基本配置
要求即可，如下表所示。
表 虚拟现实设备对计算机的基本配置要求
品牌
HTC VIVE
Oculus Rift
处理器
Intel® Core™ i5-4590 及 AMD Ryzen 1500 或更高版本
Intel i5-4590 同等或以上
显卡
NVIDIA® GeForce® GTX 1060及 AMD Radeon RX 480 或更高版本
*全分辨率模式需要GeForce® RTX 20 Series (Turing) 及 AMD Radeon™ 5000 (Navi) 或更高版本
NVIDIAGTX 970 / AMD R9 290 同等或以上
内存
8 GB RAM或以上
8GB 或以上的 RAM
输出
DisplayPort 1.2或更高版本 
*“全分辨率”模式需要带DSC的DisplayPort 1.4或更高版本。
兼容 HDMI1.3 的视频输出
输入
1个USB 3.0**或更高版本的端口
3 个 USB 3.0 接口加上 1 个 USB 2.0 接口
操作系统
Windows® 10
Windows7 SP1 64 位或以上

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