人机交互 实验四.doc

中北大学实 验 报 告专 业 软件工程 课程名称 人机交互的软件工程方法 学 号 姓 名 辅导教师 常旭青 成绩 实验日期20141029实验时间8:00-9:401实验名称 ：虚拟现实系统中的交互设备2、实验目的 掌握虚拟现实系统中人机交互设备的工作原理和方法。3、实验要求 通过网络查询人机交互设备相关知识。重点查找虚拟现实中使用的交互设备和较新的交互设备的工作原理和方法，如：数据手套、三维鼠标、空间跟踪定位器、触觉和力反馈器、头盔式显示器等。（实验报告中写出3种以上）4、实验内容 (1) 、人机交互设备主要有输入设备、输出设备和虚拟现实交互设备。其中输入设备主要有文本输入设备、语音输入设备、图像/视频输入设备、指点输入设备。主要原理:外力-陶瓷片形变-电阻变化,不同电信号-判断移动方向和速度。而输出设备主要有显示器、数字纸/打印机/绘图仪、音响/喇叭等。虚拟现实交互设备又分为三维空间定位设备与三维显示设备。其中三维空间定位设备有空间跟踪定位器、数据手套、触觉和力反馈器。三维显示设备有立体视觉、头盔式显示器、裸眼立体显示器等。(2) 虚拟现实中使用的交互设备有： 、数据输入设备：动作捕获位置跟踪设备（用来在VR环境中采集人体设备3D坐标数据的），如力反馈设备、数字手套（按照数量点来选择，不是节点越高就越好，用来表现在VR环境中，做抓拿放等动作）、数据衣（按照设备工作模式，又分为电磁式、机械式、光纤式、被动光学、惯性陀螺式、主动光学和姿态识别式）、位置跟踪器（超声波式、电磁式、光学式）、3D扫描仪（根据被扫描目标大小、距离、色彩等要求来选择，用来采集3D模型数据的）、3D摄像机（用来采集立体视频的）等等。、数据输出设备：除了显示系统，还有包括立体音响、3D打印机、2-6自由度平台（用来表现平衡的）在类的VR外设。、“桌面级显示系统”，包括CRT立体（120HZ）、液晶立体（120HZ）、数字头盔、裸眼立体显示器等入门级的设备，一般就佩戴主动液晶快门眼镜、光学偏振眼镜。（简单的说，就是看立体实时3D内容的设备）。、“多通道显示系统”，包括单通道立体（正投/背投皆可，成本有巨大的差距，下面几个也是这样）、120-360环幕立体、洞穴式立体（CAVE、MOVE等），其中又按照通道数量不同，分别有双通道-N通道的区别。在这类系统中，环幕立体是需要增加一个叫“融合机”的设备。(3) 、人机交互设备工作原理及方法、三维鼠标的工作原理及方法三维鼠标是目前全数字摄影测量系统工作站的主要三维采集装置,与传统的三维采集器手轮脚盘脚开关相比较,三维鼠标在设计理念、技术应用和实际作业效果等方面均先进,目前已经较广泛地应用于各种类型的数字摄影测量作业,降低了劳动强度,提高了作业效率,受到了普遍欢迎。 三维鼠标一般分为光电式和机械式两种，光电鼠标在的X、Y 两个通道采用光电模式，Z 方向采用机械码盘模式，性能稳定，故障率低，但在要求快速精确切准目标时，效率不是很高。而机械三维鼠标在X、Y、Z 三个方向全部采用高性能光电码盘作为采集单元，能够准确稳定地送出所需要的计数脉冲。CPU 通过对功能键盘扫描,读取键盘编码值，然后按照通信协议要求将X、Y、Z 三个方向的计数值和各功能键盘编码值组合成规定格式、规定长度的命令字，周期性地通过串行口发送给上位机，实现了对地形地物的三维采集和控制。图1 增量型旋转编码器检相电路及时序 图2 三维鼠标 空中鼠标的工作原理及方法“空中鼠标”（AirMouse）是加拿大公司Deanmark推出的一款全新概念的鼠标，是一款可以像手套一样“戴”在手腕上的鼠标。空中鼠标是一种输入设备，像传统鼠标一样操作屏幕光标，但却不需要放在任何平面上，在空中晃动或者移动就能直接使用。 “空中鼠标”的全部构件都被安装在了线条非常优美的织物“手套”上，有三个触点：食指和中指分别配左右键，虎口处配光电追踪器，利用光学引擎，由于该款鼠标内置了某种类似姿态判断和控制的系统，在使用“空中鼠标”的时候，用户不需要将之取下和重新套上，就能在桌面（鼠标）和键盘间自由切换。当将双手靠近键盘的时候，鼠标会自动做出反应，停止工作，让用户在不取下手套的情况下轻松打字“空中鼠标”能够智能识别打字状态还是在桌面上的状态，从而发挥无线超空的作用。 图3 空中鼠标三维力反馈手控器的工作原理及其方法该手控器通过电机驱动器控制手控器的三维输出，通过电机编码器获取人手运动所产生的运动三维编码信息，采用C8051F340 的USB 接口以方便上下行控制数据的通信，采用上、下行FIFO 输入输出缓冲器以降低对控制器的实时性要求。最后设计了虚拟环境有限空间弹性球运动实验进行功能验证，并对所设计的手控器样机进行了性能测试。结果表明，所设计的手控器控制电路满足了手控器力反馈控制的需要，性能良好。 图4 三维力反馈手控器头盔显示器工作原理及方法 头盔显示器（HMD，Head Mounted Display）的原理是将小型二维显示器所产生的影像藉由光学系统放大。具体而言，小型显示器所发射的光线经过凸状透镜使影像因折射产生类似远方效果。利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全像视觉（Hologram）。液晶显示器（早期用小型阴极射线管，最近已有应用有机电致发光显示器件）的影像通过一个偏心自由曲面透镜，使影像变成类似大银幕画面。由于偏心自由曲面透镜为一倾斜状凹面透镜，因此在光学上它已不单是透镜功能，基本上已成为自由面棱镜。当产生的影像进入偏心自由曲面棱镜面，再全反射至观视者眼睛对向侧凹面镜面。侧凹面镜面涂有一层镜面涂层，反射同时光线再次被放大反射至偏心自由曲面棱镜面，并在该面补正光线倾斜，达到观视者眼睛。头盔显示器的光学技术设计和制造技术日趋完善，不仅作为个人应用显示器，它还是紧凑型大屏幕投影系统设计的基础，可将小型LCD显示器件的影像透过光学系统做成全像大屏幕。除了在现代先进军事电子技术中得到普遍应用成为单兵作战系统的必备装备外，还拓展到民用电子技术中，虚拟现实电子技术系统首先应用了头盔显示器。近期新一代家用仿真电子游戏机和步行者DVD影视系统的出现就是头盔显示器的普及推广应用的实例。图5 头盔显示器5、心得（结论）在这次上机实验中，我通过在网上查询相关资料，了解到人机交互设备相关知识，查找虚拟现实中