虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述-課件

第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實(shí)定義（一）：由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動(dòng)作，替代或增強(qiáng)一種或多種感覺(jué)反饋，從而產(chǎn)生一種精神沉浸或出現(xiàn)在仿真環(huán)境（虛擬世界）中的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)定義（一）：采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶從自己的視點(diǎn)出發(fā)，借助特殊的輸入輸出設(shè)備，采用自然的方式與虛擬世界的物體進(jìn)行交互，相互影響。虛擬現(xiàn)實(shí)定義（二）：采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)——“3I”圖

Immersion-Interaction-ImaginationImmersionImaginationInteraction虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)——“3I”圖Immersion-Int四類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)四類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)+虛擬現(xiàn)實(shí)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：

=用戶+硬件+虛擬環(huán)境交互性用戶

虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：用戶虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息第二章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件用戶+硬件+虛擬環(huán)境交互性用戶

虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息用戶+硬件+虛擬環(huán)境用戶虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息輸入輸出設(shè)備必要性：交互性——VR基本特性特殊的人機(jī)接口與外部設(shè)備是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的必要手段商品化，不成熟原型終極目標(biāo)：

能滿足快速、自然的交互輸入輸出設(shè)備必要性：如：身體運(yùn)動(dòng)——3-D位置跟蹤器；手勢(shì)——傳感手套；視覺(jué)反饋——立體顯示器；虛擬聲音——3-D聲音生成器；觀察方向——跟蹤球和操縱桿。

如：身體運(yùn)動(dòng)——3-D位置跟蹤器；VR硬件的系統(tǒng)集成VR系統(tǒng)需要：一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心、將多種I/O交互設(shè)備協(xié)調(diào)組合在一起的硬件平臺(tái)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能：保障虛擬三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示，盡量減少延遲；協(xié)調(diào)各種I/O交互設(shè)備之間的工作，確保系統(tǒng)整體運(yùn)行的性能。PC機(jī)、工作站和超級(jí)計(jì)算機(jī)等VR硬件的系統(tǒng)集成VR系統(tǒng)需要：一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心、將多種IVIEW系統(tǒng)組成VR系統(tǒng)平臺(tái)——VIEW（VirtualInterfaceEnvironmentWorkstation）VIEWVR系統(tǒng)平臺(tái)——VIEW（VirtualInter

VIEW:一組由計(jì)算機(jī)控制的I/O子系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境所需的各種感覺(jué)通道的識(shí)別和控制功能HP公司的HP900／835SGI的圖形計(jì)算機(jī)或HPSRX圖形系統(tǒng)——圖形處理Plohemus空間跟蹤系統(tǒng)——跟蹤手部位置LEEP廣角立體視景頭戴顯示器和單色液晶顯示器麥克風(fēng)——語(yǔ)音識(shí)別兩個(gè)耳機(jī)——三維聲音跟蹤VPL數(shù)據(jù)手套——識(shí)別使用者手勢(shì)控制系統(tǒng)的行為BOOMCRT顯示器及FakeSpace遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)VIEW:一組由計(jì)算機(jī)控制的I/O子系統(tǒng)三維跟蹤傳感設(shè)備立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置3-D聲音生成器典型輸入輸出裝置：三維跟蹤傳感設(shè)備典型輸入輸出裝置：跟蹤器的作用：

獲得移動(dòng)對(duì)象的位置和方向信息；應(yīng)用：

航行、導(dǎo)彈、CG藝術(shù)、交通、GPS等VR：

高精度、快速、測(cè)量范圍小

1、三維位置跟蹤器跟蹤器的作用：1、三維位置跟蹤器跟蹤器：跟蹤身體

身體跟蹤：VR系統(tǒng)感知參與者位置和動(dòng)作；身體姿態(tài)與手勢(shì)；跟蹤頭部：頭的朝向，影響繪制場(chǎng)景手和手指：手提供了與世界交互的方法跟蹤器：跟蹤身體身體跟蹤：VR系統(tǒng)感知參與者位置和動(dòng)作；眼睛：眼睛的注視方向軀干：軀干的方向腳：確定漫游速度和方向其它身體部位：體溫、心率等間接跟蹤：使用物理對(duì)象而不是身體部位來(lái)估計(jì)參與者的位置；眼睛：眼睛的注視方向跟蹤器跟蹤物體的移動(dòng)：3-D空間中移動(dòng)物體的參數(shù)：在移動(dòng)物體上捆綁一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系，則對(duì)象有：三個(gè)平移參數(shù)：沿X，Y，Z軸移動(dòng)；三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)：沿X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)，稱為“yaw”，“pitch”，“roll”；六個(gè)運(yùn)動(dòng)方向相互正交，構(gòu)成六個(gè)獨(dú)立變量：x，y，z，水平角，俯仰角，偏轉(zhuǎn)角，被稱為6自由度（DegreeofFreedom，DOM）跟蹤器跟蹤物體的移動(dòng)：3-D空間中移動(dòng)物體的參數(shù)：不良跟蹤器的后果不良跟蹤器即定位誤差較大的跟蹤器定位誤差：跟蹤對(duì)象出現(xiàn)在不該出現(xiàn)的位置上；體驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)相違背；定位誤差將給用戶造成一種類(lèi)似于運(yùn)動(dòng)病的癥狀，如眩暈、暈船感、視覺(jué)混亂、身體乏力等；不良跟蹤器的后果不良跟蹤器即定位誤差較大的跟蹤器衡量跟蹤器性能的參數(shù)精度抖動(dòng)偏差延遲更新率衡量跟蹤器性能的參數(shù)跟蹤器的性能參數(shù)－精度跟蹤器的精度

指對(duì)象真實(shí)的三維位置與跟蹤器測(cè)量出的三維位置值之間的差值跟蹤器的性能參數(shù)－精度跟蹤器的精度注意：差值↓

跟蹤器的精度↑

跟蹤器越精確精度的單位：毫米，度精度隨著與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離的增加而降低精度與分辨率不同：一個(gè)是表征測(cè)得的位置與真實(shí)位置的差值，一個(gè)是可測(cè)得的被跟蹤對(duì)象的最小的三維位置變化注意：跟蹤器的性能參數(shù)－抖動(dòng)跟蹤器的抖動(dòng)

指當(dāng)被跟蹤對(duì)象固定不變時(shí)，跟蹤器輸出結(jié)果的變化。跟蹤器的性能參數(shù)－抖動(dòng)跟蹤器的抖動(dòng)注意：理想情況下，抖動(dòng)應(yīng)該為零，測(cè)得的位置為固定值抖動(dòng)不是一個(gè)常數(shù)，受周?chē)h(huán)境的影響嚴(yán)重的抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致虛擬對(duì)象振動(dòng)和跳動(dòng)注意：跟蹤器的性能參數(shù)－偏差跟蹤器的偏差

指跟蹤器隨著時(shí)間的推移而積累的誤差。跟蹤器的性能參數(shù)－偏差跟蹤器的偏差注意：偏差的根源在于跟蹤器的不準(zhǔn)確性偏差與時(shí)間相關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)，積累的偏差越大校正：使用另一個(gè)無(wú)偏差的跟蹤器周期性的對(duì)當(dāng)前的跟蹤器進(jìn)行零位調(diào)整。注意：跟蹤器的性能參數(shù)－延遲跟蹤器的延遲

指對(duì)象的位置或方向的變化與跟蹤器檢測(cè)到這種變化之間的時(shí)間差跟蹤器的性能參數(shù)－延遲跟蹤器的延遲注意：延遲的原因在于：跟蹤器對(duì)移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)總是滯后的。系統(tǒng)延遲＝測(cè)量延遲＋通信延遲＋繪制與顯示延遲導(dǎo)致HMD的運(yùn)動(dòng)與用戶看到的虛擬場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)之間有很大的時(shí)間遲滯對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，一方面沉浸感降低，另一方面導(dǎo)致“仿真病”。注意：降低延遲的方法：同步鎖相：讓跟蹤器和通信的周期與顯示的周期同步。使用高速通信線路提高跟蹤器的采樣率（更新率）降低延遲的方法：跟蹤器的性能參數(shù)－更新率跟蹤器的更新率

指跟蹤器每秒鐘報(bào)告的測(cè)量數(shù)據(jù)集的次數(shù)跟蹤器的性能參數(shù)－更新率跟蹤器的更新率3種常用跟蹤技術(shù)的主要性能指標(biāo)跟蹤器類(lèi)型分辨率精度延遲跟蹤范圍電磁波1mm0.03mm3mm0.1mm50ms半徑<1.6m的半球形超聲波10mm0.5mm依空氣密度變化30ms4～5m3光學(xué)2mm0.02mm1mm＜1ms4～8m3（可擴(kuò)展至14m3）3種常用跟蹤技術(shù)的主要性能指標(biāo)跟蹤器類(lèi)型分辨率精度延遲跟蹤范三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器機(jī)械跟蹤器定義：

機(jī)械跟蹤器：一個(gè)串行或并行的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)帶有傳感器的關(guān)節(jié)連接在一起的連桿構(gòu)成。機(jī)械跟蹤器定義：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件Gypsy動(dòng)作捕獲系統(tǒng)無(wú)線動(dòng)作捕獲系統(tǒng)范圍：在戶外的有效距離可以達(dá)到0.8公里，相當(dāng)于450個(gè)足球場(chǎng)的范圍；室內(nèi)的范圍為180米沒(méi)有攝象頭--直接記錄人體的身體動(dòng)作操作非常簡(jiǎn)單便攜Gypsy動(dòng)作捕獲系統(tǒng)無(wú)線動(dòng)作捕獲系統(tǒng)Gypsy特點(diǎn)：15個(gè)關(guān)節(jié)位置由42個(gè)單向?qū)щ娝芰暇茈娢挥洔y(cè)得精度0.08度，范圍18米，采樣頻率30使用了腳步微動(dòng)開(kāi)關(guān)使用了陀螺儀Gypsy特點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件機(jī)械跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易用精度保持相對(duì)穩(wěn)定，基本取決于關(guān)節(jié)傳感器的分辨率相對(duì)于電磁跟蹤器，不受周?chē)h(huán)境中金屬物質(zhì)和磁場(chǎng)的影響相對(duì)于光學(xué)跟蹤器，不存在視覺(jué)阻擋問(wèn)題機(jī)械跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易用機(jī)械跟蹤器的缺點(diǎn)工作范圍有限：機(jī)械臂有尺寸限制，過(guò)長(zhǎng)則重量和慣性增加，機(jī)械振動(dòng)敏感性增加。自由度小跟重量有關(guān)的人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題機(jī)械跟蹤器的缺點(diǎn)工作范圍有限：機(jī)械臂有尺寸限制，過(guò)長(zhǎng)則重量和三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器非接觸式跟蹤器的原理介質(zhì)：電磁、超聲波、紅外照相、LED、加速計(jì)、陀螺儀。定義：電磁跟蹤器：一種非接觸式的位置測(cè)量設(shè)備，由一個(gè)固定發(fā)射器產(chǎn)生電磁場(chǎng)，確定移動(dòng)接受單元的實(shí)時(shí)位置。非接觸式跟蹤器的原理介質(zhì)：電磁、超聲波、紅外照相、LED、加電磁跟蹤器：發(fā)射器：發(fā)射磁場(chǎng)接收器：接受磁場(chǎng)，將信號(hào)送到控制部件控制部件：計(jì)算得出跟蹤目標(biāo)的數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：不受視線阻擋的限制電磁跟蹤器：交流電磁跟蹤器基本原理：發(fā)射器：（三個(gè)相互垂直的線圈天線）依次產(chǎn)生三個(gè)正交交流磁場(chǎng)接收器（三個(gè)正交線圈）產(chǎn)生9個(gè)電壓值計(jì)算接收器相對(duì)于發(fā)射器的位置和方向。交流電磁跟蹤器基本原理：Polhemus跟蹤器Polhemus公司生產(chǎn)方位跟蹤器：Isotrak3Space跟蹤器FastrakPolhemus跟蹤器VPLDataGlove：IsotrackIsoTrack特點(diǎn)：交流電磁式延遲：30ms采樣率：60抖動(dòng)：1度，導(dǎo)致顫動(dòng)VPLDataGlove：IsotrackIsoTrackFASTRAK：非金屬上的快速動(dòng)作捕捉器，取樣頻率達(dá)每秒120次；適用于頭部跟蹤、手部跟蹤、儀器追蹤、生物機(jī)械分析、機(jī)械臂動(dòng)作捕捉等應(yīng)用VPLDataGlove：FastrackFASTRAK：非金屬上的快速動(dòng)作捕捉器，取樣頻率達(dá)每秒12FastTrack特點(diǎn)：交流電磁式使用DSP體系結(jié)構(gòu)采樣率：120抖動(dòng)：0.1度工作范圍：0.75m,3×0.75m可掛接多個(gè)接收器，采樣率隨之下降FastTrack特點(diǎn)：交流電磁跟蹤器的缺點(diǎn)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境：金屬物質(zhì)：交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生小磁場(chǎng)磁性物質(zhì)：本身具有磁場(chǎng)措施：避免附近有強(qiáng)磁場(chǎng)、大塊金屬和磁性物質(zhì)存在。交流電磁跟蹤器的缺點(diǎn)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境：措施：避免附近有強(qiáng)磁場(chǎng)、大虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件直流電磁跟蹤系統(tǒng)：減少畸變渦流的影響只在測(cè)量周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生渦流渦流衰減到零時(shí)系統(tǒng)會(huì)達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)直流電磁跟蹤系統(tǒng)：減少畸變渦流的影響直流電跟蹤器基本原理：發(fā)射器（三個(gè)相互垂直的線圈天線）依次產(chǎn)生三個(gè)脈沖磁場(chǎng)接收器（三個(gè)磁力計(jì)或霍爾效應(yīng)傳感器）產(chǎn)生9個(gè)電壓值，計(jì)算接收器相對(duì)于發(fā)射器的位置和方向直流電跟蹤器基本原理：Ascension技術(shù)公司直流電磁跟蹤器：BirdFlockofBirdsERT（BigBird）Ascension技術(shù)公司直流電磁跟蹤器：AscensionBird跟蹤器發(fā)射器：發(fā)射一系列脈沖，控制發(fā)射場(chǎng)的開(kāi)與關(guān)。特點(diǎn)：減小由金屬物體所感應(yīng)的畸變渦流場(chǎng)，渦流只在磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生。Polhemus3space發(fā)射器發(fā)射連續(xù)變化的磁場(chǎng)，連續(xù)不斷地產(chǎn)生渦流Bird發(fā)射器發(fā)射磁脈沖，只在測(cè)量周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生渦流。一旦磁場(chǎng)達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，就不再產(chǎn)生渦流AscensionBird跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器超聲波跟蹤器定義：

利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差及聲壓差，進(jìn)行定位與跟蹤。超聲波跟蹤器定義：Piltdown三維羅盤(pán)六自由度的實(shí)時(shí)方向和位置跟蹤器第一個(gè)使用相位相干技術(shù)的商用跟蹤器。位置的跟蹤：使用超音速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不受外部磁場(chǎng)和鋼鐵材料的影響Piltdown三維羅盤(pán)羅盤(pán)控制單元：控制羅盤(pán)操作，管理數(shù)據(jù)采集，位置計(jì)算。發(fā)射器系統(tǒng)：發(fā)射不同的頻率超音速信號(hào)。接收器系統(tǒng)：采集發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的超音速信號(hào)，通過(guò)電纜把它們傳回控制單元。控制單元：通過(guò)RS-232C接口與主機(jī)進(jìn)行通信。羅盤(pán)控制單元：三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器2、立體鼠標(biāo)普通鼠標(biāo):平面運(yùn)動(dòng)立體鼠標(biāo)：六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)Spacemouse，如3Space公司的SpaceBallcubicmouseSpaceBall50002、立體鼠標(biāo)普通鼠標(biāo):平面運(yùn)動(dòng)SpaceBall50003Dconnexion公司的Spacemouse3Dconnexion公司的Spacemouse三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器VR強(qiáng)調(diào)以自然方式進(jìn)行交互——手勢(shì)把手勢(shì)用于人機(jī)交互：賦予手勢(shì)確切的交互操作的含義帶傳感器的手套，能把手指和手掌伸屈時(shí)的各種姿態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)；3、傳感手套VR強(qiáng)調(diào)以自然方式進(jìn)行交互——手勢(shì)3、傳感手套傳感手套要配備位置跟蹤器以檢測(cè)手的實(shí)際位置和方位；傳感手套：數(shù)據(jù)手套、賽伯手套、威力手套、手控制器、說(shuō)話手套傳感手套要配備位置跟蹤器以檢測(cè)手的實(shí)際位置和方位；最早的傳感手套（VPL）把人手的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào)；構(gòu)成：很輕的彈性材料構(gòu)成。彈性材料緊貼在手上，同時(shí)附許多位置、方向傳感器和光纖導(dǎo)線，以檢測(cè)手的運(yùn)動(dòng)。光纖：測(cè)量手指的彎曲、伸展，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，手指的動(dòng)作信息被計(jì)算機(jī)識(shí)別。DataGlove最早的傳感手套（VPL）DataGlove光導(dǎo)纖維傳感器：監(jiān)視手指彎曲和伸展位置方向跟蹤系統(tǒng)：監(jiān)視手的位置和方向微處理器：監(jiān)控通過(guò)光導(dǎo)纖維的光量及由空間跟蹤器返回的信息，對(duì)數(shù)據(jù)分析后傳遞給主機(jī)。光導(dǎo)纖維傳感器：監(jiān)視手指彎曲和伸展工作原理：光導(dǎo)纖維：測(cè)量手指角度。當(dāng)光導(dǎo)纖維彎曲時(shí)，傳輸?shù)墓鈱?huì)有損失，傳輸?shù)墓饬颗c其彎曲程度有關(guān)。手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，纖維彎曲導(dǎo)致光的散失。工作原理：高精度傳感器系統(tǒng)，準(zhǔn)確跟蹤人手的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)外輪廓附著在手的背面，監(jiān)視手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程每一個(gè)手指關(guān)節(jié)上附著一個(gè)HallEffect傳感器，測(cè)量手指三個(gè)彎曲動(dòng)作及手指間的動(dòng)作。測(cè)量20個(gè)關(guān)節(jié)的角度，并將數(shù)據(jù)送給主機(jī)。

EXOS的精巧手控設(shè)備EXOS精巧手控設(shè)備高精度傳感器系統(tǒng)，準(zhǔn)確跟蹤人手的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)EXOS精巧手控設(shè)備為家庭視頻游戲市場(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，性能比其他同類(lèi)產(chǎn)品低得多，但價(jià)格較為便宜使用基于有一恒定彈力的塑料的張力測(cè)量?jī)x。一個(gè)單獨(dú)的傳感器一次測(cè)量所有關(guān)節(jié)，不能檢測(cè)某一特殊的關(guān)節(jié)。PowerGlove為家庭視頻游戲市場(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，性能比其他同類(lèi)產(chǎn)品低得多，但價(jià)Virtex公司的一種新高精度關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來(lái)創(chuàng)建、終止、定位三維物體。有22個(gè)傳感器，每個(gè)手指三個(gè)彎曲傳感器和一個(gè)外展肌傳感器。拇指與小手指由一傳感器相連，手腕處有一傳感器。一個(gè)高精度設(shè)備，能提供準(zhǔn)確而連續(xù)的輸出。CyberGloveVirtex公司的一種新高精度關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來(lái)創(chuàng)建、傳感手套DataGloveCyberGloveCyberGrasp傳感手套DataGloveCyberGloveCyberG虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)對(duì)人體大約50多個(gè)不同的關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，身體的運(yùn)動(dòng)信息被計(jì)算機(jī)識(shí)別。光纖系統(tǒng):大量光纖裝在一個(gè)緊身衣服上，能測(cè)量肢體的位置，用計(jì)算機(jī)重建出圖象。4、數(shù)據(jù)衣識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)4、數(shù)據(jù)衣問(wèn)題??人外形變化太大需要使用多個(gè)空間跟蹤器：檢測(cè)肢體伸展?fàn)顩r檢測(cè)肢體的空間位置及方向多個(gè)跟蹤器提高計(jì)算速度，達(dá)到實(shí)時(shí)性更加困難。問(wèn)題??人外形變化太大三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器5、立體顯示設(shè)備立體顯示原理常用立體顯示裝置HMDBOOM立體眼鏡立體投影顯示3D顯示器5、立體顯示設(shè)備立體顯示原理立體視覺(jué)：人眼感覺(jué)到空間立體感的主要原因；兩只眼睛之間存在一定的距離。看物體時(shí)，兩只眼睛從不同的角度來(lái)看，看到的畫(huà)面是不完全一樣的，中間存在一定的差別（雙眼立體視覺(jué)），這個(gè)差別稱為“視差”。大腦根據(jù)視差，產(chǎn)生物體遠(yuǎn)近位置的信息這種信息的直觀表現(xiàn)即立體感。

（1）立體顯示原理立體視覺(jué)：人眼感覺(jué)到空間立體感的主要原因；（1）立體顯示原虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件如果能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副具有視差的有區(qū)別的畫(huà)面，反映到大腦，就會(huì)產(chǎn)生立體感。立體顯示設(shè)備就是為了實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)過(guò)程。如果能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副具有視差的有區(qū)別的首先，產(chǎn)生兩副具有視差的畫(huà)面真實(shí)場(chǎng)景：用兩架照相機(jī)相距一定的距離同時(shí)拍攝即可得到具有視差的兩副畫(huà)面；3D游戲：通過(guò)計(jì)算來(lái)得到具有視差的兩副畫(huà)面。然后：在顯示器上顯示出來(lái)最后：讓左眼只看到左眼的畫(huà)面，右眼只看到右眼的畫(huà)面首先，產(chǎn)生兩副具有視差的畫(huà)面立體圖的繪制對(duì)同一場(chǎng)景用左右兩個(gè)視點(diǎn)分別計(jì)算其透視圖，產(chǎn)生兩幅具有一定視差的圖象；在虛擬環(huán)境中，用戶的視場(chǎng)在水平方向至少要有110度，垂直方向60度，還要有不小于30度的雙目立體重疊立體圖的繪制立體圖象的顯示：1、同時(shí)顯示左右兩幅圖象稱為同時(shí)顯示技術(shù)（time-parallel），是對(duì)兩幅圖象用不同的光波長(zhǎng)顯示，用戶的眼睛片分別配以相應(yīng)的濾波片，使雙眼只能看到相應(yīng)的圖象；此技術(shù)在20世紀(jì)50年代被廣泛應(yīng)用于立體電影放映中；立體圖象的顯示：立體圖象的顯示：2、以一定的頻率交替顯示兩幅圖象

稱為分時(shí)顯示技術(shù)（time-multiplexed），兩幅圖象的交替頻率通常為30Hz；同時(shí)為了保證每只眼睛只能看到各自相應(yīng)的圖象，用戶通過(guò)以相同頻率同步切換的立體眼鏡來(lái)觀察圖象；立體圖象的顯示：應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和可視化領(lǐng)域中使用光柵顯示器，光柵顯示器的顯示方式和顯示內(nèi)容是無(wú)關(guān)的；分時(shí)顯示技術(shù)能夠容易地通過(guò)光柵顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在立體圖的顯示中占據(jù)了主導(dǎo)地位。應(yīng)用（2）常用立體顯示器立體眼鏡HMDBOOM立體投影顯示3D顯示器（2）常用立體顯示器立體眼鏡立體眼鏡：保證用戶左右眼只能看到對(duì)應(yīng)的左右視圖；包括：主動(dòng)立體眼鏡（有源立體眼鏡）被動(dòng)立體眼鏡（無(wú)源立體眼睛）——立體眼鏡立體眼鏡：保證用戶左右眼只能看到對(duì)應(yīng)的左右視圖；——立體眼鏡立體眼鏡立體眼鏡主動(dòng)（有源）立體眼鏡鏡框上裝有電池及液晶調(diào)制器控制的鏡片；立體監(jiān)視器配有紅外線發(fā)射器，根據(jù)監(jiān)視器顯示左右眼視圖的頻率發(fā)射紅外控制信號(hào)；眼鏡的液晶調(diào)制器接收紅外控制信號(hào)主動(dòng)（有源）立體眼鏡眼鏡接到紅外控制信號(hào)后，調(diào)制鏡片上液晶的通斷狀態(tài)，即控制左右鏡片的透明和不透明狀態(tài)；如監(jiān)視器顯示左眼視圖，發(fā)射紅外信號(hào)使右眼鏡片處于不透明狀態(tài)，左眼處于透明狀態(tài)，這樣輪流切換；圖象效果好，但價(jià)格昂貴；眼鏡接到紅外控制信號(hào)后，調(diào)制鏡片上液晶的通斷狀態(tài)，即控制左右被動(dòng)（無(wú)源）立體眼鏡根據(jù)光的偏震原理設(shè)計(jì)，左右鏡片是兩片正交的偏震濾光片，分別只允許一個(gè)方向的偏震光通過(guò)監(jiān)視器顯示屏前裝一同樣大小的液晶立體調(diào)制器被動(dòng)（無(wú)源）立體眼鏡顯示器的左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分別透過(guò)左右鏡片，使左眼只能看到左視圖，右眼只能看到右視圖；無(wú)源立體眼鏡價(jià)格低廉，無(wú)須紅外發(fā)射器；顯示器的左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分——頭盔式立體顯示器（HMD）——頭盔式立體顯示器（HMD）頭盔式立體顯示器是VR普遍采用的立體顯示器是安裝在頭盔上的顯示裝置，頭盔顯示器戴在頭部，用機(jī)械方法固定，頭盔顯示器與頭之間不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；頭盔式立體顯示器是VR普遍采用的立體顯示器頭盔式立體顯示器（HMD）頭盔上裝有位置跟蹤器，可實(shí)時(shí)測(cè)出頭部的位置和朝向，并輸入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成反映當(dāng)前位置和朝向的場(chǎng)景圖象并顯示在頭盔顯示器的屏幕上；頭盔式立體顯示器（HMD）用戶只能看到計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，看不到其所處的現(xiàn)實(shí)世界，從而獲得沉浸感；頭盔顯示器的顯示屏不透明，距離人眼很近，需用專(zhuān)用的光學(xué)系統(tǒng)（LEEP系統(tǒng)）使人眼能聚焦在如此近的距離又不易疲勞；用戶只能看到計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，看不到其所處的現(xiàn)實(shí)世界，從三維空間傳感器HMD三維空間傳感器HMD基于LCD的頭盔式顯示器優(yōu)點(diǎn)：便宜缺點(diǎn)：LCD分辨率有限基于LCD的頭盔式顯示器Eyephone頭盔式顯示器

使用單色的便攜LCD電視顯示器，分辨率很低，顯示器是單色的。LX型Eyephone

圖象由寬角FMT光學(xué)器件顯示。使用了Fresnel透鏡，比最初的LEEP視覺(jué)系統(tǒng)輕。Eyephone頭盔式顯示器VPLHRX型Eyephone是基于LX型Eyephone的彩色立體顯示系統(tǒng)。使用的LCD大約有350000個(gè)彩色象素，能夠顯示較高分辨率的圖象VPLHRX型EyephoneVirtualResearch的飛行頭盔低分辨率，使用寬角度LEEP系統(tǒng)。頭盔形式和舒適程度方面設(shè)計(jì)很好，整體舒適程度比其他大多數(shù)基于LCD的頭盔式顯示器要好，重量相對(duì)要輕，容易保持平衡。

VirtualResearch的飛行頭盔基于CRT的頭盔式顯示器優(yōu)點(diǎn)：低成本小規(guī)格高分辨率虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件帶有光導(dǎo)纖維的頭盔式顯示器

CRT設(shè)備比LCD有較高的分辨率，但很笨重。因?yàn)殡娮邮睆?、點(diǎn)的聚焦和磷光體顆粒大小等原因影響CRT的分辨率。帶有光導(dǎo)纖維的頭盔式顯示器解決方法：使用一個(gè)大屏幕、高分辨率的CRT作為圖象源，把它的圖象連接到頭盔式顯示器上光導(dǎo)纖維用來(lái)把CRT的圖象傳送給頭盔上的視覺(jué)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：能使用非常高分辨率的顯示源，卻不給頭部帶來(lái)重量上的難題。解決方法：——BOOMLCD和CRT的HMD都會(huì)受到頭部跟蹤延遲的影響；延遲太大，使用戶產(chǎn)生不適感需要有快速跟蹤機(jī)制和快速圖形繪制NASA的研究與VIEW項(xiàng)目結(jié)合產(chǎn)生了“基于平衡CRT的立體觀察器CCSV”，它使用一個(gè)機(jī)械臂支撐CRT——BOOMLCD和CRT的HMD都會(huì)受到頭部跟蹤延遲的影響CCSV的概念由Fakespace公司發(fā)展為“BOOM”（BinocularOmni-OrientationalMonitor，雙目全方位監(jiān)視器）半投入式視覺(jué)顯示設(shè)備。類(lèi)似于一對(duì)雙目望遠(yuǎn)鏡，把兩個(gè)獨(dú)立的CRT顯示器捆綁在一起，用戶用手操縱顯示器的位置，觀察一個(gè)可移動(dòng)的、寬視角的虛擬空間CCSV的概念由Fakespace公司發(fā)展為“BOOM”（B——立體投影顯示基于空間投影的顯示技術(shù)CAVE洞穴式立體顯示裝置90年代初由美國(guó)Illinois大學(xué)EVL實(shí)驗(yàn)室為克服HMD存在的問(wèn)題而研制的一個(gè)10X10X9英尺大小的房間；每一面墻與地板均由大屏幕背投影機(jī)投上1024X768分辨率的立體圖像；用戶戴上立體眼鏡能從空間中任意方向看到立體圖像；——立體投影顯示基于空間投影的顯示技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件CAVE系統(tǒng)中配有三維立體聲系統(tǒng)；CAVE系統(tǒng)的關(guān)鍵是計(jì)算投影和形成立體圖形，投影面相當(dāng)于墻面；特點(diǎn)：讓幾個(gè)用戶同時(shí)沉浸在同一個(gè)虛擬世界中進(jìn)行協(xié)同工作；CAVE系統(tǒng)中配有三維立體聲系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件——3D顯示器讓畫(huà)面充滿在整個(gè)空間；MIT媒體實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種被稱為邊光顯示器的新型三維顯示器，不需用戶戴上專(zhuān)門(mén)的眼鏡也能觀察到立體的圖像。把光源從顯示器的下面向上發(fā)射，通過(guò)顯示器內(nèi)部的發(fā)射與折射，使用戶能看到立體的圖像。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)顯示器周?chē)沫h(huán)境沒(méi)有任何嚴(yán)格的要求。——3D顯示器讓畫(huà)面充滿在整個(gè)空間；3D顯示器經(jīng)過(guò)兩部分的處理。軟件處理，把圖像處理成需要的格式，比如左右眼交叉的柵狀圖。硬件手段：比如條狀透鏡組將左右眼畫(huà)面分別折射到各自的區(qū)域，觀看者站在一些特定的位置上，左眼處于左眼圖像區(qū)只能看到左眼圖像，右眼只能看到右眼圖像。由于技術(shù)上原因，目前的3D顯示器基本都是基于LCD液晶或者PDP等離子顯示器的。3D顯示器經(jīng)過(guò)兩部分的處理。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件Autostereoscopic：3D顯示裝置產(chǎn)生左右兩副有視差的圖像，顯示出來(lái)，左眼看到左眼圖像，右眼看到右眼圖像以前的3D顯示設(shè)備要使用一個(gè)設(shè)備（液晶眼鏡、紅藍(lán)眼鏡等）來(lái)分離左右眼畫(huà)面，現(xiàn)在的3D顯示器則無(wú)需這樣的設(shè)備，所以稱為autostereoscopic或者glassless——不需佩戴3D眼鏡可以直接看Autostereoscopic：代表性的3D顯示器：德國(guó)4D-Vision公司的4D-Vision技術(shù)DTI的視差照明技術(shù)ParallaxIllumination）利浦的多重視點(diǎn)技術(shù)（Multiview3D-LCD）德累斯頓大學(xué)的D4D技術(shù)代表性的3D顯示器：4D-Vision最吸引人的產(chǎn)品就是4D50將3D技術(shù)應(yīng)用于50英寸大屏幕等離子顯示器，造就一款極具震撼力的產(chǎn)品。4D-Vision最吸引人的產(chǎn)品就是4D50DTI的視差照明技術(shù)ParallaxIlluminationDTI的2015XLS顯示器照片

DTI的視差照明技術(shù)ParallaxIlluminatio原理：左右眼圖像在一副畫(huà)面上顯示將每副畫(huà)面分割成一列一列，左右眼列交叉，形成一副特殊的畫(huà)面，其中奇數(shù)列為左眼畫(huà)面，偶數(shù)列為右眼畫(huà)面最終立體畫(huà)面的分辨率只有顯示器分辨率的一半。假設(shè)顯示器的分辨率為1024x768，那么眼睛所看到的畫(huà)面的分辨率為512x768。原理：飛利浦的多重視點(diǎn)Multiview3D-LCD飛利浦在3D顯示器方面，采用了多重視點(diǎn)的技術(shù)。飛利浦的多重視點(diǎn)Multiview3D-LCD原理：把多視點(diǎn)圖像進(jìn)行分解，按像素劃分成豎列然后把豎列交叉排列拼成一副圖像原理：Dresden3DDisplay（D4D）德累斯頓技術(shù)大學(xué)D4Dc_181照片Dresden3DDisplay（D4D）德累斯頓技術(shù)大增加軌跡探測(cè)系統(tǒng)，跟蹤腦袋的位置，實(shí)時(shí)調(diào)整顯示器左右畫(huà)面反射角度，達(dá)到很好的觀看效果，不受位置限制。不能用于多人觀看增加軌跡探測(cè)系統(tǒng)，跟蹤腦袋的位置，實(shí)時(shí)調(diào)整顯示器左右畫(huà)面反射未來(lái)立體顯示器展望

360度顯示器照片未來(lái)立體顯示器

目前的3D顯示器，屬于單視點(diǎn)的立體顯示裝置，重現(xiàn)的是在某一點(diǎn)的立體視覺(jué)效果，想看到物體側(cè)面或后面是不可能的。將來(lái)的立體顯示器將是多視點(diǎn)的類(lèi)似全息技術(shù)的效果，可通過(guò)改變視點(diǎn)看場(chǎng)景或物體的其它面。目前的3D顯示器，屬于單視點(diǎn)的立體顯示裝置，重現(xiàn)的是在某一點(diǎn)三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺(jué)反饋三維位置跟蹤器6、3-D聲音生成器3-D聲音不是立體聲，是指由計(jì)算機(jī)生成的、能由人工設(shè)定聲源在空間中三維位置的一種聲音；3-D聲音生成器是利用人類(lèi)定位聲音的特點(diǎn)生成出3-D聲音的一套軟硬件系統(tǒng)；6、3-D聲音生成器3-D聲音不是立體聲，是指由計(jì)算機(jī)生成的三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺(jué)反饋三維位置跟蹤器VR產(chǎn)生“沉浸”效果的關(guān)鍵因素之一是用戶能否用手或身體的其他部分去操作虛擬物體，并在操作的同時(shí)能夠感覺(jué)到虛擬物體的反作用力。沒(méi)有力覺(jué)反饋?zhàn)饔玫南到y(tǒng)至少有兩個(gè)缺點(diǎn)：首先是缺乏真實(shí)感；其次是給視覺(jué)計(jì)算帶來(lái)麻煩7、觸覺(jué)反饋VR產(chǎn)生“沉浸”效果的關(guān)鍵因素之一是用戶能否用手或身體的其他觸覺(jué)反饋接觸反饋力反饋觸覺(jué)反饋的分類(lèi)Note：只討論與手和手腕有關(guān)的觸覺(jué)反饋觸覺(jué)反饋接觸反饋力反饋觸覺(jué)反饋的分類(lèi)Note：只討論與手和手接觸反饋：接觸反饋傳送接觸表面的幾何結(jié)構(gòu)、虛擬對(duì)象的表面硬度、滑動(dòng)和溫度等實(shí)時(shí)信息。它不會(huì)主動(dòng)抵抗用戶的觸摸運(yùn)動(dòng)，不能阻止用戶穿過(guò)虛擬表面力反饋：力反饋提供虛擬對(duì)象表面柔順性、對(duì)象的重量和慣性等實(shí)時(shí)信息。它主動(dòng)抵抗用戶的觸摸運(yùn)動(dòng)，并能阻止該運(yùn)動(dòng)。觸覺(jué)反饋接口的要求：真實(shí)性安全性輕便舒適性折中性接觸反饋：力反饋：觸覺(jué)反饋接口的要求：人類(lèi)觸覺(jué)系統(tǒng)－感知類(lèi)型1、觸覺(jué)感知：

2、溫度感知：溫度傳感器：位于表皮層（冷敏），位于真皮層（熱感），空間分別率小傷害感受器：對(duì)超出負(fù)15度－45度的溫度敏感，并引發(fā)疼痛人類(lèi)觸覺(jué)系統(tǒng)－感知類(lèi)型1、觸覺(jué)感知：2、溫度感知：3、本體感知：

即人對(duì)自己身體位置和運(yùn)動(dòng)的感知。神經(jīng)系統(tǒng)、觸覺(jué)傳感器共同作用的結(jié)構(gòu)。4、肌肉運(yùn)動(dòng)感知：人所感知的肌肉的收縮與伸展。是對(duì)本體感受的補(bǔ)充。肌肉疲勞感知，影響對(duì)力的判斷3、本體感知：4、肌肉運(yùn)動(dòng)感知：觸覺(jué)反饋接口觸覺(jué)反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺(jué)鼠標(biāo)觸覺(jué)手套（CyberTouch）溫度反饋手套觸覺(jué)反饋接口觸覺(jué)反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺(jué)鼠標(biāo)觸覺(jué)手觸覺(jué)鼠標(biāo)－iFeeliFeel工作原理：

在普通鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電子激勵(lì)器，其中的質(zhì)量塊隨著磁場(chǎng)的變化上下運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)，使得手得到振動(dòng)觸覺(jué)的回饋。

觸覺(jué)鼠標(biāo)－iFeeliFeel工作原理：iFeel特點(diǎn)：使用電子激勵(lì)器，振動(dòng)式振動(dòng)幅度和頻率可調(diào)，可以感知觸覺(jué)紋理（窗口邊緣、菜單、超鏈接、不同粗糙程度的地面布料等）光電式USB接口售價(jià)：40美元iFeel特點(diǎn)：觸覺(jué)手套－CyberTuch觸覺(jué)手套－CyberTuchCyberTuch工作原理：

CyberTuch特點(diǎn)：使用6個(gè)振動(dòng)激勵(lì)器（直流、離心質(zhì)體）帶手勢(shì)接口傳感器可產(chǎn)復(fù)雜的觸覺(jué)反饋模式用戶大的運(yùn)動(dòng)自由度RS－232接口售價(jià)：15000美元CyberTuchCyberTuch特點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件溫度反饋手套溫度反饋手套的作用：

幫助用戶確定虛擬物體表面的熱量特性（溫度高低），幫助用戶確定虛擬物體的材質(zhì)（如高導(dǎo)熱性的金屬和低導(dǎo)熱性的木頭等），從而提高虛擬環(huán)境的真實(shí)感

溫度反饋手套中對(duì)熱量激勵(lì)器的要求：能進(jìn)行較快的溫度變化。（熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射）小巧輕便干凈快捷，以保持溫度變化的快速溫度安全溫度反饋手套溫度反饋手套的作用：溫度反饋手套中對(duì)熱量觸覺(jué)反饋接口觸覺(jué)反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺(jué)鼠標(biāo)觸覺(jué)手套（CyberTouch）溫度反饋手套觸覺(jué)反饋接口觸覺(jué)反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺(jué)鼠標(biāo)觸覺(jué)手力反饋接口力反饋接口的特點(diǎn)：能提供真實(shí)的力來(lái)阻止用戶的運(yùn)動(dòng)，使用戶感到力的存在需要更大的激勵(lì)器和更重的結(jié)構(gòu)，更昂貴和復(fù)雜需牢固地固定，以防滑動(dòng)和事故一個(gè)重要特性是機(jī)械帶寬機(jī)械帶寬：

力反饋接口的機(jī)械帶寬表示用戶（通過(guò)手指附件、手柄和萬(wàn)向接頭等）感覺(jué)到力的頻率和轉(zhuǎn)矩的刷新率（HZ）力反饋接口力反饋接口的特點(diǎn)：機(jī)械帶寬：力反饋接口力反饋操縱桿（Joystick）PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce力反饋接口力反饋操縱桿（Joystick）力反饋操縱桿特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、便宜三自由度、兩個(gè)自由度上有力反饋按鈕有反饋直流電子激勵(lì)器產(chǎn)生中等大小的力有較大的機(jī)械帶寬

典型設(shè)備－Logitech

的

WingManForce3D力反饋操縱桿特點(diǎn)：典型設(shè)備－Logitech的操縱桿的力反饋系統(tǒng)操縱桿的力反饋系統(tǒng)力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom特點(diǎn)小型桌面，鐵筆末端，直觀六自由度，三個(gè)活躍自由度提供反饋三個(gè)力反饋激勵(lì)器位置解碼器，跟蹤位置能提供比較真實(shí)的碰撞反饋，特別是與堅(jiān)硬物體的碰撞機(jī)械帶寬比較小接口：并行接口反饋力比較?。撼掷m(xù)力1.7N,峰值6.4N。價(jià)格：16000美元PhanTom特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce力反饋接口力反饋操縱桿HapiticMaster臂特點(diǎn)較大型的柱狀機(jī)器人，更大的工作范圍三自由度：旋轉(zhuǎn)、上下移動(dòng)、前后移動(dòng)主要用途：VR輔助康復(fù)醫(yī)療等較大的力反饋：250N機(jī)械帶寬較小慣性較大價(jià)格：34000美元HapiticMaster臂特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce力反饋接口力反饋操縱桿CyberGrasp特點(diǎn)手腕三維跟蹤器靈活的手勢(shì)、運(yùn)動(dòng)空間激勵(lì)器通過(guò)機(jī)械放大裝置傳送到手指，力是單向的FCU（力控制單元）：位置信息、手勢(shì)信息、力、以太網(wǎng)通信較大的力反饋：16N價(jià)格：39000美元CyberGrasp特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce力反饋接口力反饋操縱桿CyberForce特點(diǎn)CyberGrasp的附屬品模擬對(duì)象的重量和慣性無(wú)跟蹤器三自由度，無(wú)扭矩適中的力反饋：8.8N工作范圍有限：0.3m×0.3m×0.5m價(jià)格：56000美元(加CyberGrasp)CyberForce特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件VR系統(tǒng)中人的因素VR系統(tǒng)組成：計(jì)算機(jī)，接口和用戶。

接口設(shè)計(jì)必須考慮人的因素，人的因素與VR系統(tǒng)性能直接相關(guān)。VR系統(tǒng)中人的因素VR系統(tǒng)組成：VR系統(tǒng)中人的因素眼睛耳朵身體感覺(jué)平衡和運(yùn)動(dòng)眩暈VR系統(tǒng)中人的因素眼睛眼睛——調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)作用保證某個(gè)距離的物體清晰，而其它距離物體模糊。這起了濾波器的作用，使人集中關(guān)注視場(chǎng)中部分區(qū)域。在HMD中沒(méi)有調(diào)節(jié)，2個(gè)圖象聚焦在2到3米距離。眼睛——調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)作用保證某個(gè)距離的物體清晰，而其它距離物體模眼睛——視覺(jué)暫留

視覺(jué)暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺(jué)的反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時(shí)，視桿細(xì)胞得到約0.25s的峰，視錐細(xì)胞快4倍(0.04s)。這種現(xiàn)象造成視覺(jué)暫留。是電影、電視、VR顯示的基礎(chǔ)。

眼睛——視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺(jué)的反應(yīng)眼睛——臨界熔合頻率臨界熔合頻率(CriticalFusionFregnency,CFF)效果會(huì)產(chǎn)生把離散圖象序列組合成連續(xù)視覺(jué)的能力，CFF最低20Hz，并取決于圖象尺寸和亮度。眼睛——臨界熔合頻率臨界熔合頻率(CriticalFusi眼睛——立體視覺(jué)HMD提供兩個(gè)顯示，不但應(yīng)保持雙目視差，而且應(yīng)該重疊。實(shí)際上,由于兩眼有6.5cm的瞳距，所以兩者視場(chǎng)總有些差別,有不重疊的區(qū)域。

眼睛——立體視覺(jué)HMD提供兩個(gè)顯示，不但應(yīng)保持雙目視差，而且眼睛——視場(chǎng)雙目的視場(chǎng)約為水平±1000，垂直±600，而水平的雙目重疊視場(chǎng)1200。實(shí)際的全景顯示可能產(chǎn)生水平±1000，垂直±300視場(chǎng)，這已經(jīng)有強(qiáng)的沉浸感。頭盔顯示（HMD顯示）的主要問(wèn)題是分辯率、彩色、視場(chǎng)、場(chǎng)深度、動(dòng)態(tài)范圍、光學(xué)失真與全面沉浸感。

眼睛——視場(chǎng)雙目的視場(chǎng)約為水平±1000，垂直±600，而水VR系統(tǒng)中人的因素眼睛耳朵身體感覺(jué)平衡和運(yùn)動(dòng)眩暈VR系統(tǒng)中人的因素眼睛耳朵——聲音耳聽(tīng)到的頻率范圍約20Hz到20kHz。隨年歲增加，頻率范圍縮小，特別是高頻段。人耳的尺寸約7cm，這是5kHz的波長(zhǎng)。這說(shuō)明耳會(huì)影響這種頻率聲音的收集。人的身體也會(huì)與聲波交互，這也會(huì)影響聲音的質(zhì)量。這類(lèi)似音樂(lè)廳中的音響效果。

耳朵——聲音耳聽(tīng)到的頻率范圍約20Hz到20kHz。隨年歲增耳朵——聲音感覺(jué)耳分為外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳把聲音引導(dǎo)進(jìn)內(nèi)耳，它也作為濾波器而改變聲音。把手放在耳前面，就會(huì)感到聲音變化。聲音最終沖擊耳膜，使之振動(dòng)。耳膜振動(dòng)再傳到耳蝸，并且振動(dòng)加大20倍。

耳朵——聲音感覺(jué)耳分為外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳把聲音引導(dǎo)進(jìn)內(nèi)耳耳朵——聲音方向一般認(rèn)為，人腦識(shí)別聲源位置，是利用兩耳收到的聲音的時(shí)間差和聲音幅度差。當(dāng)人面對(duì)聲源時(shí)，兩耳的聲強(qiáng)和路徑相等。當(dāng)人向左轉(zhuǎn)以后，右耳聲音比左耳強(qiáng)，且更早聽(tīng)到。若兩耳路徑之差為20cm，則時(shí)間差0.6ms。

耳朵——聲音方向一般認(rèn)為，人腦識(shí)別聲源位置，是利用兩耳收到VR系統(tǒng)中人的因素眼睛耳朵身體感覺(jué)平衡和運(yùn)動(dòng)眩暈VR系統(tǒng)中人的因素眼睛身體感覺(jué)涉及到感覺(jué)表面粗糙、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、位置、壓力、疼痛和溫度。按身體不同部位，可分四類(lèi)：

深部感覺(jué)：它提供關(guān)節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉及壓力、疼痛和振動(dòng)。

內(nèi)臟感覺(jué)：它提供胸腹腔中的內(nèi)臟的狀況，主要是疼痛。

身體感覺(jué)涉及到感覺(jué)表面粗糙、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、位置、壓力、疼痛和溫本體感覺(jué)：它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺(jué)。也涉及與其它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺(jué)接受器位于關(guān)節(jié)、肌肉和深部組織。外感受感覺(jué)：它是身體表面的接觸感覺(jué)。

本體感覺(jué)：它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺(jué)。也涉及與其它物體VR系統(tǒng)中人的因素眼睛耳朵身體感覺(jué)平衡和運(yùn)動(dòng)眩暈VR系統(tǒng)中人的因素眼睛平衡平衡是在飛行仿真和運(yùn)動(dòng)眩暈中的問(wèn)題眩暈的原因很多，但往往來(lái)自視覺(jué)和前庭器官信息的沖突。例如在固定座艙的飛行仿真中，視覺(jué)接收人體運(yùn)動(dòng)感覺(jué)，前庭器官不感覺(jué)人體運(yùn)動(dòng)。又如在乘車(chē)旅行中，前庭器官感覺(jué)人體與車(chē)同時(shí)的運(yùn)動(dòng)，視覺(jué)沒(méi)有或較少接收人體運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。

平衡平衡是在飛行仿真和運(yùn)動(dòng)眩暈中的問(wèn)題運(yùn)動(dòng)眩暈VR中的HMD考慮了瞳距等因素。但沒(méi)有考慮運(yùn)動(dòng)眩暈等因素。沉浸感顯示的副作用：

用HMD看不同遠(yuǎn)處物體時(shí)，不能用會(huì)聚和調(diào)節(jié)，使人不適應(yīng)。HMD與內(nèi)瞳距不匹配也使眼疲勞運(yùn)動(dòng)眩暈VR中的HMD考慮了瞳距等因素。但沒(méi)有考慮運(yùn)動(dòng)眩暈等VR運(yùn)動(dòng)眩暈：150個(gè)實(shí)驗(yàn)者，有8人產(chǎn)生強(qiáng)烈眩暈實(shí)驗(yàn)者經(jīng)歷了20分鐘沉浸環(huán)境5分鐘：22%10分鐘：32%15分鐘：40%20分鐘：45%人沉浸經(jīng)歷后5分鐘：36%10分鐘后還有27%的人眩暈VR運(yùn)動(dòng)眩暈：150個(gè)實(shí)驗(yàn)者，有8人產(chǎn)生強(qiáng)烈眩暈第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述第一章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實(shí)定義（一）：由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動(dòng)作，替代或增強(qiáng)一種或多種感覺(jué)反饋，從而產(chǎn)生一種精神沉浸或出現(xiàn)在仿真環(huán)境（虛擬世界）中的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)定義（一）：采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶從自己的視點(diǎn)出發(fā)，借助特殊的輸入輸出設(shè)備，采用自然的方式與虛擬世界的物體進(jìn)行交互，相互影響。虛擬現(xiàn)實(shí)定義（二）：采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)——“3I”圖

Immersion-Interaction-ImaginationImmersionImaginationInteraction虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)——“3I”圖Immersion-Int四類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)四類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)）增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)+虛擬現(xiàn)實(shí)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：

=用戶+硬件+虛擬環(huán)境交互性用戶

虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：用戶虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息第二章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件用戶+硬件+虛擬環(huán)境交互性用戶

虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息用戶+硬件+虛擬環(huán)境用戶虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息輸入輸出設(shè)備必要性：交互性——VR基本特性特殊的人機(jī)接口與外部設(shè)備是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的必要手段商品化，不成熟原型終極目標(biāo)：

能滿足快速、自然的交互輸入輸出設(shè)備必要性：如：身體運(yùn)動(dòng)——3-D位置跟蹤器；手勢(shì)——傳感手套；視覺(jué)反饋——立體顯示器；虛擬聲音——3-D聲音生成器；觀察方向——跟蹤球和操縱桿。

如：身體運(yùn)動(dòng)——3-D位置跟蹤器；VR硬件的系統(tǒng)集成VR系統(tǒng)需要：一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心、將多種I/O交互設(shè)備協(xié)調(diào)組合在一起的硬件平臺(tái)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能：保障虛擬三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示，盡量減少延遲；協(xié)調(diào)各種I/O交互設(shè)備之間的工作，確保系統(tǒng)整體運(yùn)行的性能。PC機(jī)、工作站和超級(jí)計(jì)算機(jī)等VR硬件的系統(tǒng)集成VR系統(tǒng)需要：一個(gè)以計(jì)算機(jī)為核心、將多種IVIEW系統(tǒng)組成VR系統(tǒng)平臺(tái)——VIEW（VirtualInterfaceEnvironmentWorkstation）VIEWVR系統(tǒng)平臺(tái)——VIEW（VirtualInter

VIEW:一組由計(jì)算機(jī)控制的I/O子系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境所需的各種感覺(jué)通道的識(shí)別和控制功能HP公司的HP900／835SGI的圖形計(jì)算機(jī)或HPSRX圖形系統(tǒng)——圖形處理Plohemus空間跟蹤系統(tǒng)——跟蹤手部位置LEEP廣角立體視景頭戴顯示器和單色液晶顯示器麥克風(fēng)——語(yǔ)音識(shí)別兩個(gè)耳機(jī)——三維聲音跟蹤VPL數(shù)據(jù)手套——識(shí)別使用者手勢(shì)控制系統(tǒng)的行為BOOMCRT顯示器及FakeSpace遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)VIEW:一組由計(jì)算機(jī)控制的I/O子系統(tǒng)三維跟蹤傳感設(shè)備立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置3-D聲音生成器典型輸入輸出裝置：三維跟蹤傳感設(shè)備典型輸入輸出裝置：跟蹤器的作用：

獲得移動(dòng)對(duì)象的位置和方向信息；應(yīng)用：

航行、導(dǎo)彈、CG藝術(shù)、交通、GPS等VR：

高精度、快速、測(cè)量范圍小

1、三維位置跟蹤器跟蹤器的作用：1、三維位置跟蹤器跟蹤器：跟蹤身體

身體跟蹤：VR系統(tǒng)感知參與者位置和動(dòng)作；身體姿態(tài)與手勢(shì)；跟蹤頭部：頭的朝向，影響繪制場(chǎng)景手和手指：手提供了與世界交互的方法跟蹤器：跟蹤身體身體跟蹤：VR系統(tǒng)感知參與者位置和動(dòng)作；眼睛：眼睛的注視方向軀干：軀干的方向腳：確定漫游速度和方向其它身體部位：體溫、心率等間接跟蹤：使用物理對(duì)象而不是身體部位來(lái)估計(jì)參與者的位置；眼睛：眼睛的注視方向跟蹤器跟蹤物體的移動(dòng)：3-D空間中移動(dòng)物體的參數(shù)：在移動(dòng)物體上捆綁一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系，則對(duì)象有：三個(gè)平移參數(shù)：沿X，Y，Z軸移動(dòng)；三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)：沿X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)，稱為“yaw”，“pitch”，“roll”；六個(gè)運(yùn)動(dòng)方向相互正交，構(gòu)成六個(gè)獨(dú)立變量：x，y，z，水平角，俯仰角，偏轉(zhuǎn)角，被稱為6自由度（DegreeofFreedom，DOM）跟蹤器跟蹤物體的移動(dòng)：3-D空間中移動(dòng)物體的參數(shù)：不良跟蹤器的后果不良跟蹤器即定位誤差較大的跟蹤器定位誤差：跟蹤對(duì)象出現(xiàn)在不該出現(xiàn)的位置上；體驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)相違背；定位誤差將給用戶造成一種類(lèi)似于運(yùn)動(dòng)病的癥狀，如眩暈、暈船感、視覺(jué)混亂、身體乏力等；不良跟蹤器的后果不良跟蹤器即定位誤差較大的跟蹤器衡量跟蹤器性能的參數(shù)精度抖動(dòng)偏差延遲更新率衡量跟蹤器性能的參數(shù)跟蹤器的性能參數(shù)－精度跟蹤器的精度

指對(duì)象真實(shí)的三維位置與跟蹤器測(cè)量出的三維位置值之間的差值跟蹤器的性能參數(shù)－精度跟蹤器的精度注意：差值↓

跟蹤器的精度↑

跟蹤器越精確精度的單位：毫米，度精度隨著與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離的增加而降低精度與分辨率不同：一個(gè)是表征測(cè)得的位置與真實(shí)位置的差值，一個(gè)是可測(cè)得的被跟蹤對(duì)象的最小的三維位置變化注意：跟蹤器的性能參數(shù)－抖動(dòng)跟蹤器的抖動(dòng)

指當(dāng)被跟蹤對(duì)象固定不變時(shí)，跟蹤器輸出結(jié)果的變化。跟蹤器的性能參數(shù)－抖動(dòng)跟蹤器的抖動(dòng)注意：理想情況下，抖動(dòng)應(yīng)該為零，測(cè)得的位置為固定值抖動(dòng)不是一個(gè)常數(shù)，受周?chē)h(huán)境的影響嚴(yán)重的抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致虛擬對(duì)象振動(dòng)和跳動(dòng)注意：跟蹤器的性能參數(shù)－偏差跟蹤器的偏差

指跟蹤器隨著時(shí)間的推移而積累的誤差。跟蹤器的性能參數(shù)－偏差跟蹤器的偏差注意：偏差的根源在于跟蹤器的不準(zhǔn)確性偏差與時(shí)間相關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)，積累的偏差越大校正：使用另一個(gè)無(wú)偏差的跟蹤器周期性的對(duì)當(dāng)前的跟蹤器進(jìn)行零位調(diào)整。注意：跟蹤器的性能參數(shù)－延遲跟蹤器的延遲

指對(duì)象的位置或方向的變化與跟蹤器檢測(cè)到這種變化之間的時(shí)間差跟蹤器的性能參數(shù)－延遲跟蹤器的延遲注意：延遲的原因在于：跟蹤器對(duì)移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)總是滯后的。系統(tǒng)延遲＝測(cè)量延遲＋通信延遲＋繪制與顯示延遲導(dǎo)致HMD的運(yùn)動(dòng)與用戶看到的虛擬場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)之間有很大的時(shí)間遲滯對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，一方面沉浸感降低，另一方面導(dǎo)致“仿真病”。注意：降低延遲的方法：同步鎖相：讓跟蹤器和通信的周期與顯示的周期同步。使用高速通信線路提高跟蹤器的采樣率（更新率）降低延遲的方法：跟蹤器的性能參數(shù)－更新率跟蹤器的更新率

指跟蹤器每秒鐘報(bào)告的測(cè)量數(shù)據(jù)集的次數(shù)跟蹤器的性能參數(shù)－更新率跟蹤器的更新率3種常用跟蹤技術(shù)的主要性能指標(biāo)跟蹤器類(lèi)型分辨率精度延遲跟蹤范圍電磁波1mm0.03mm3mm0.1mm50ms半徑<1.6m的半球形超聲波10mm0.5mm依空氣密度變化30ms4～5m3光學(xué)2mm0.02mm1mm＜1ms4～8m3（可擴(kuò)展至14m3）3種常用跟蹤技術(shù)的主要性能指標(biāo)跟蹤器類(lèi)型分辨率精度延遲跟蹤范三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器機(jī)械跟蹤器定義：

機(jī)械跟蹤器：一個(gè)串行或并行的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)帶有傳感器的關(guān)節(jié)連接在一起的連桿構(gòu)成。機(jī)械跟蹤器定義：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件Gypsy動(dòng)作捕獲系統(tǒng)無(wú)線動(dòng)作捕獲系統(tǒng)范圍：在戶外的有效距離可以達(dá)到0.8公里，相當(dāng)于450個(gè)足球場(chǎng)的范圍；室內(nèi)的范圍為180米沒(méi)有攝象頭--直接記錄人體的身體動(dòng)作操作非常簡(jiǎn)單便攜Gypsy動(dòng)作捕獲系統(tǒng)無(wú)線動(dòng)作捕獲系統(tǒng)Gypsy特點(diǎn)：15個(gè)關(guān)節(jié)位置由42個(gè)單向?qū)щ娝芰暇茈娢挥洔y(cè)得精度0.08度，范圍18米，采樣頻率30使用了腳步微動(dòng)開(kāi)關(guān)使用了陀螺儀Gypsy特點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件機(jī)械跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易用精度保持相對(duì)穩(wěn)定，基本取決于關(guān)節(jié)傳感器的分辨率相對(duì)于電磁跟蹤器，不受周?chē)h(huán)境中金屬物質(zhì)和磁場(chǎng)的影響相對(duì)于光學(xué)跟蹤器，不存在視覺(jué)阻擋問(wèn)題機(jī)械跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易用機(jī)械跟蹤器的缺點(diǎn)工作范圍有限：機(jī)械臂有尺寸限制，過(guò)長(zhǎng)則重量和慣性增加，機(jī)械振動(dòng)敏感性增加。自由度小跟重量有關(guān)的人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題機(jī)械跟蹤器的缺點(diǎn)工作范圍有限：機(jī)械臂有尺寸限制，過(guò)長(zhǎng)則重量和三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器非接觸式跟蹤器的原理介質(zhì)：電磁、超聲波、紅外照相、LED、加速計(jì)、陀螺儀。定義：電磁跟蹤器：一種非接觸式的位置測(cè)量設(shè)備，由一個(gè)固定發(fā)射器產(chǎn)生電磁場(chǎng)，確定移動(dòng)接受單元的實(shí)時(shí)位置。非接觸式跟蹤器的原理介質(zhì)：電磁、超聲波、紅外照相、LED、加電磁跟蹤器：發(fā)射器：發(fā)射磁場(chǎng)接收器：接受磁場(chǎng)，將信號(hào)送到控制部件控制部件：計(jì)算得出跟蹤目標(biāo)的數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：不受視線阻擋的限制電磁跟蹤器：交流電磁跟蹤器基本原理：發(fā)射器：（三個(gè)相互垂直的線圈天線）依次產(chǎn)生三個(gè)正交交流磁場(chǎng)接收器（三個(gè)正交線圈）產(chǎn)生9個(gè)電壓值計(jì)算接收器相對(duì)于發(fā)射器的位置和方向。交流電磁跟蹤器基本原理：Polhemus跟蹤器Polhemus公司生產(chǎn)方位跟蹤器：Isotrak3Space跟蹤器FastrakPolhemus跟蹤器VPLDataGlove：IsotrackIsoTrack特點(diǎn)：交流電磁式延遲：30ms采樣率：60抖動(dòng)：1度，導(dǎo)致顫動(dòng)VPLDataGlove：IsotrackIsoTrackFASTRAK：非金屬上的快速動(dòng)作捕捉器，取樣頻率達(dá)每秒120次；適用于頭部跟蹤、手部跟蹤、儀器追蹤、生物機(jī)械分析、機(jī)械臂動(dòng)作捕捉等應(yīng)用VPLDataGlove：FastrackFASTRAK：非金屬上的快速動(dòng)作捕捉器，取樣頻率達(dá)每秒12FastTrack特點(diǎn)：交流電磁式使用DSP體系結(jié)構(gòu)采樣率：120抖動(dòng)：0.1度工作范圍：0.75m,3×0.75m可掛接多個(gè)接收器，采樣率隨之下降FastTrack特點(diǎn)：交流電磁跟蹤器的缺點(diǎn)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境：金屬物質(zhì)：交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生小磁場(chǎng)磁性物質(zhì)：本身具有磁場(chǎng)措施：避免附近有強(qiáng)磁場(chǎng)、大塊金屬和磁性物質(zhì)存在。交流電磁跟蹤器的缺點(diǎn)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境：措施：避免附近有強(qiáng)磁場(chǎng)、大虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件直流電磁跟蹤系統(tǒng)：減少畸變渦流的影響只在測(cè)量周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生渦流渦流衰減到零時(shí)系統(tǒng)會(huì)達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)直流電磁跟蹤系統(tǒng)：減少畸變渦流的影響直流電跟蹤器基本原理：發(fā)射器（三個(gè)相互垂直的線圈天線）依次產(chǎn)生三個(gè)脈沖磁場(chǎng)接收器（三個(gè)磁力計(jì)或霍爾效應(yīng)傳感器）產(chǎn)生9個(gè)電壓值，計(jì)算接收器相對(duì)于發(fā)射器的位置和方向直流電跟蹤器基本原理：Ascension技術(shù)公司直流電磁跟蹤器：BirdFlockofBirdsERT（BigBird）Ascension技術(shù)公司直流電磁跟蹤器：AscensionBird跟蹤器發(fā)射器：發(fā)射一系列脈沖，控制發(fā)射場(chǎng)的開(kāi)與關(guān)。特點(diǎn)：減小由金屬物體所感應(yīng)的畸變渦流場(chǎng)，渦流只在磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生。Polhemus3space發(fā)射器發(fā)射連續(xù)變化的磁場(chǎng)，連續(xù)不斷地產(chǎn)生渦流Bird發(fā)射器發(fā)射磁脈沖，只在測(cè)量周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生渦流。一旦磁場(chǎng)達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，就不再產(chǎn)生渦流AscensionBird跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器三維位置跟蹤器類(lèi)型機(jī)械跟蹤器超聲波跟蹤器定義：

利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差及聲壓差，進(jìn)行定位與跟蹤。超聲波跟蹤器定義：Piltdown三維羅盤(pán)六自由度的實(shí)時(shí)方向和位置跟蹤器第一個(gè)使用相位相干技術(shù)的商用跟蹤器。位置的跟蹤：使用超音速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不受外部磁場(chǎng)和鋼鐵材料的影響Piltdown三維羅盤(pán)羅盤(pán)控制單元：控制羅盤(pán)操作，管理數(shù)據(jù)采集，位置計(jì)算。發(fā)射器系統(tǒng)：發(fā)射不同的頻率超音速信號(hào)。接收器系統(tǒng)：采集發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的超音速信號(hào)，通過(guò)電纜把它們傳回控制單元?？刂茊卧和ㄟ^(guò)RS-232C接口與主機(jī)進(jìn)行通信。羅盤(pán)控制單元：三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器2、立體鼠標(biāo)普通鼠標(biāo):平面運(yùn)動(dòng)立體鼠標(biāo)：六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)Spacemouse，如3Space公司的SpaceBallcubicmouseSpaceBall50002、立體鼠標(biāo)普通鼠標(biāo):平面運(yùn)動(dòng)SpaceBall50003Dconnexion公司的Spacemouse3Dconnexion公司的Spacemouse三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器VR強(qiáng)調(diào)以自然方式進(jìn)行交互——手勢(shì)把手勢(shì)用于人機(jī)交互：賦予手勢(shì)確切的交互操作的含義帶傳感器的手套，能把手指和手掌伸屈時(shí)的各種姿態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)；3、傳感手套VR強(qiáng)調(diào)以自然方式進(jìn)行交互——手勢(shì)3、傳感手套傳感手套要配備位置跟蹤器以檢測(cè)手的實(shí)際位置和方位；傳感手套：數(shù)據(jù)手套、賽伯手套、威力手套、手控制器、說(shuō)話手套傳感手套要配備位置跟蹤器以檢測(cè)手的實(shí)際位置和方位；最早的傳感手套（VPL）把人手的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào)；構(gòu)成：很輕的彈性材料構(gòu)成。彈性材料緊貼在手上，同時(shí)附許多位置、方向傳感器和光纖導(dǎo)線，以檢測(cè)手的運(yùn)動(dòng)。光纖：測(cè)量手指的彎曲、伸展，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，手指的動(dòng)作信息被計(jì)算機(jī)識(shí)別。DataGlove最早的傳感手套（VPL）DataGlove光導(dǎo)纖維傳感器：監(jiān)視手指彎曲和伸展位置方向跟蹤系統(tǒng)：監(jiān)視手的位置和方向微處理器：監(jiān)控通過(guò)光導(dǎo)纖維的光量及由空間跟蹤器返回的信息，對(duì)數(shù)據(jù)分析后傳遞給主機(jī)。光導(dǎo)纖維傳感器：監(jiān)視手指彎曲和伸展工作原理：光導(dǎo)纖維：測(cè)量手指角度。當(dāng)光導(dǎo)纖維彎曲時(shí)，傳輸?shù)墓鈱?huì)有損失，傳輸?shù)墓饬颗c其彎曲程度有關(guān)。手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，纖維彎曲導(dǎo)致光的散失。工作原理：高精度傳感器系統(tǒng)，準(zhǔn)確跟蹤人手的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)外輪廓附著在手的背面，監(jiān)視手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程每一個(gè)手指關(guān)節(jié)上附著一個(gè)HallEffect傳感器，測(cè)量手指三個(gè)彎曲動(dòng)作及手指間的動(dòng)作。測(cè)量20個(gè)關(guān)節(jié)的角度，并將數(shù)據(jù)送給主機(jī)。

EXOS的精巧手控設(shè)備EXOS精巧手控設(shè)備高精度傳感器系統(tǒng)，準(zhǔn)確跟蹤人手的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)EXOS精巧手控設(shè)備為家庭視頻游戲市場(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，性能比其他同類(lèi)產(chǎn)品低得多，但價(jià)格較為便宜使用基于有一恒定彈力的塑料的張力測(cè)量?jī)x。一個(gè)單獨(dú)的傳感器一次測(cè)量所有關(guān)節(jié)，不能檢測(cè)某一特殊的關(guān)節(jié)。PowerGlove為家庭視頻游戲市場(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，性能比其他同類(lèi)產(chǎn)品低得多，但價(jià)Virtex公司的一種新高精度關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來(lái)創(chuàng)建、終止、定位三維物體。有22個(gè)傳感器，每個(gè)手指三個(gè)彎曲傳感器和一個(gè)外展肌傳感器。拇指與小手指由一傳感器相連，手腕處有一傳感器。一個(gè)高精度設(shè)備，能提供準(zhǔn)確而連續(xù)的輸出。CyberGloveVirtex公司的一種新高精度關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來(lái)創(chuàng)建、傳感手套DataGloveCyberGloveCyberGrasp傳感手套DataGloveCyberGloveCyberG虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)對(duì)人體大約50多個(gè)不同的關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，身體的運(yùn)動(dòng)信息被計(jì)算機(jī)識(shí)別。光纖系統(tǒng):大量光纖裝在一個(gè)緊身衣服上，能測(cè)量肢體的位置，用計(jì)算機(jī)重建出圖象。4、數(shù)據(jù)衣識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)4、數(shù)據(jù)衣問(wèn)題??人外形變化太大需要使用多個(gè)空間跟蹤器：檢測(cè)肢體伸展?fàn)顩r檢測(cè)肢體的空間位置及方向多個(gè)跟蹤器提高計(jì)算速度，達(dá)到實(shí)時(shí)性更加困難。問(wèn)題??人外形變化太大三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺(jué)和力覺(jué)反饋裝置三維位置跟蹤器5、立體顯示設(shè)備立體顯示原理常用立體顯示裝置HMDBOOM立體眼鏡立體投影顯示3D顯示器5、立體顯示設(shè)備立體顯示原理立體視覺(jué)：人眼感覺(jué)到空間立體感的主要原因；兩只眼睛之間存在一定的距離。看物體時(shí)，兩只眼睛從不同的角度來(lái)看，看到的畫(huà)面是不完全一樣的，中間存在一定的差別（雙眼立體視覺(jué)），這個(gè)差別稱為“視差”。大腦根據(jù)視差，產(chǎn)生物體遠(yuǎn)近位置的信息這種信息的直觀表現(xiàn)即立體感。

（1）立體顯示原理立體視覺(jué)：人眼感覺(jué)到空間立體感的主要原因；（1）立體顯示原虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件如果能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副具有視差的有區(qū)別的畫(huà)面，反映到大腦，就會(huì)產(chǎn)生立體感。立體顯示設(shè)備就是為了實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)過(guò)程。如果能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副具有視差的有區(qū)別的首先，產(chǎn)生兩副具有視差的畫(huà)面真實(shí)場(chǎng)景：用兩架照相機(jī)相距一定的距離同時(shí)拍攝即可得到具有視差的兩副畫(huà)面；3D游戲：通過(guò)計(jì)算來(lái)得到具有視差的兩副畫(huà)面。然后：在顯示器上顯示出來(lái)最后：讓左眼只看到左眼的畫(huà)面，右眼只看到右眼的畫(huà)面首先，產(chǎn)生兩副具有視差的畫(huà)面立體圖的繪制對(duì)同一場(chǎng)景用左右兩個(gè)視點(diǎn)分別計(jì)算其透視圖，產(chǎn)生兩幅具有一定視差的圖象；在虛擬環(huán)境中，用戶的視場(chǎng)在水平方向至少要有110度，垂直方向60度，還要有不小于30度的雙目立體重疊立體圖的繪制立體圖象的顯示：1、同時(shí)顯示左右兩幅圖象稱為同時(shí)顯示技術(shù)（time-parallel），是對(duì)兩幅圖象用不同的光波長(zhǎng)顯示，用戶的眼睛片分別配以相應(yīng)的濾波片，使雙眼只能看到相應(yīng)的圖象；此技術(shù)在20世紀(jì)50年代被廣泛應(yīng)用于立體電影放映中；立體圖象的顯示：立體圖象的顯示：2、以一定的頻率交替顯示兩幅圖象

稱為分時(shí)顯示技術(shù)（time-multiplexed），兩幅圖象的交替頻率通常為30Hz；同時(shí)為了保證每只眼睛只能看到各自相應(yīng)的圖象，用戶通過(guò)以相同頻率同步切換的立體眼鏡來(lái)觀察圖象；立體圖象的顯示：應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和可視化領(lǐng)域中使用光柵顯示器，光柵顯示器的顯示方式和顯示內(nèi)容是無(wú)關(guān)的；分時(shí)顯示技術(shù)能夠容易地通過(guò)光柵顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在立體圖的顯示中占據(jù)了主導(dǎo)地位。應(yīng)用（2）常用立體顯示器立體眼鏡HMDBOOM立體投影顯示3D顯示器（2）常用立體顯示器立體眼鏡立體眼鏡：保證用戶左右眼只能看到對(duì)應(yīng)的左右視圖；包括：主動(dòng)立體眼鏡（有源立體眼鏡）被動(dòng)立體眼鏡（無(wú)源立體眼睛）——立體眼鏡立體眼鏡：保證用戶左右眼只能看到對(duì)應(yīng)的左右視圖；——立體眼鏡立體眼鏡立體眼鏡主動(dòng)（有源）立體眼鏡鏡框上裝有電池及液晶調(diào)制器控制的鏡片；立體監(jiān)視器配有紅外線發(fā)射器，根據(jù)監(jiān)視器顯示左右眼視圖的頻率發(fā)射紅外控制信號(hào)；眼鏡的液晶調(diào)制器接收紅外控制信號(hào)主動(dòng)（有源）立體眼鏡眼鏡接到紅外控制信號(hào)后，調(diào)制鏡片上液晶的通斷狀態(tài)，即控制左右鏡片的透明和不透明狀態(tài)；如監(jiān)視器顯示左眼視圖，發(fā)射紅外信號(hào)使右眼鏡片處于不透明狀態(tài)，左眼處于透明狀態(tài)，這樣輪流切換；圖象效果好，但價(jià)格昂貴；眼鏡接到紅外控制信號(hào)后，調(diào)制鏡片上液晶的通斷狀態(tài)，即控制左右被動(dòng)（無(wú)源）立體眼鏡根據(jù)光的偏震原理設(shè)計(jì)，左右鏡片是兩片正交的偏震濾光片，分別只允許一個(gè)方向的偏震光通過(guò)監(jiān)視器顯示屏前裝一同樣大小的液晶立體調(diào)制器被動(dòng)（無(wú)源）立體眼鏡顯示器的左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分別透過(guò)左右鏡片，使左眼只能看到左視圖，右眼只能看到右視圖；無(wú)源立體眼鏡價(jià)格低廉，無(wú)須紅外發(fā)射器；顯示器的左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分——頭盔式立體顯示器（HMD）——頭盔式立體顯示器（HMD）頭盔式立體顯示器是VR普遍采用的立體顯示器是安裝在頭盔上的顯示裝置，頭盔顯示器戴在頭部，用機(jī)械方法固定，頭盔顯示器與頭之間不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；頭盔式立體顯示器是VR普遍采用的立體顯示器頭盔式立體顯示器（HMD）頭盔上裝有位置跟蹤器，可實(shí)時(shí)測(cè)出頭部的位置和朝向，并輸入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成反映當(dāng)前位置和朝向的場(chǎng)景圖象并顯示在頭盔顯示器的屏幕上；頭盔式立體顯示器（HMD）用戶只能看到計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，看不到其所處的現(xiàn)實(shí)世界，從而獲得沉浸感；頭盔顯示器的顯示屏不透明，距離人眼很近，需用專(zhuān)用的光學(xué)系統(tǒng)（LEEP系統(tǒng)）使人眼能聚焦在如此近的距離又不易疲勞；用戶只能看到計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，看不到其所處的現(xiàn)實(shí)世界，從三維空間傳感器HMD三維空間