年度虚拟现实VR系列项目可行性分析报告(标准格式模板)

虚拟现实VR项目可行性分析报告5.1头盔显示器(或3D目镜)5.3力(触觉)反馈装置虚拟现实，英文称为，即利用计算机发展中的高科件精美的展品时，你甚至可以上上下下、里里外外仔细地观摩这就是虚拟现实技术给你带来地一切——近乎完美的是信息环境的主体”这一思想。虚拟现实技术具有以下三个基本特征：．沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设拟环境中，一切感觉都是那．交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。．多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应虚拟现实系统按其功能不同，可分成三种类型。．沉浸型虚拟现实系统。沉浸型虚拟系统是一套比较复杂的系统。使用视觉、听觉与外界隔离，因此，用户可排除外界的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。快速虚拟系统，是采用度全景拍摄来生成逼真的虚拟情，易于普及推广，是一套经济实用的系络，对虚拟手术室中的病人进行外科手术。国科学家柏迪有一个精辟这三个“I”是虚拟现实系统的三个基本特征其中人的感受在整个系统中是最重要的，强调了人在虚拟现实系统中的主导作用。美国是技术的发源地。美国研究技术的水平基本上就代表国际用户界面、后台美国宇航局()的mes实验室完善了头盔显示器()；并将的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。研究的重点放在对空们大量运用了面向座舱的飞行模拟技术。完成的一项著名的工作是对哈()的试验计划，这一项目能使“虚拟探索者”(ir)利orer用虚拟环境来考察遥远的行星，他们的第一个目标是火星。现在己经建了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统，叫做像素飞机(ixee大学医学中心成功地将计算机图形及的设备用于探讨与神经疾病相关的问题。他们以数据华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室()在新概念究。将研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。例如，波音公司的运输机就是先在实验室中造出虚拟机后再投入生产的。在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。公司室开发了一种虚拟现实系统，它能让操作中的形体模型，该系统通过公司的数手的运动联系起来。日本国际工业和商业部的工业科学和技术代办处经营的产品科学研究院开发了一种采用、记录器的克服当前显开发一种虚拟全息系统。现在他们已经显示方法。他们开发了九自由度英国的研究与开发，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到年底，英国已有从(英国航空公司)，事职产品销售)。正在开发一系列(工业集团公司)，，和(主要从划推出新型轻量显示头盔和功能强大的图形引擎(多媒体集成系统、医学可视化以及纳米技术()。)。从矫形术到信息技术，从电子和航空工程到纳米技术，以及高级显微学等领域。和发达国家相比，我国技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把列入了这一领域的研究工作。维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提并将要实现与有关单位的远程连接。现实中的体视图象对算法回显及软件接口。他们在硬件开发上己经完成了红外立体眼镜，并且已经实现商品化。多领域都得到了开发和应用，现将其主要的应用领域简介如下：种险象环生、几近真实的立体战场环境。以增强其临场感觉，提高训练质量。平、快速反应能力和心理承拟器，能产生视觉控制，能根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实的”战场之上。误的高难度仪器训练或是需要不断反复练习虚拟现实技术在远程教学中的作用设备、实验场户便可以做各种各样的实避免真实实验或操作所带来的各种危险识。利用虚拟现实技术进行虚环境中，可以放心地去做各种如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生术，可避免由于学生操作失误，而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。彻底打破空间、时间的限制内部进行观察。例如学生可以进入虚拟发电至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟例如，生物中的孟德尔遗传虚拟历史人物题，进行协作化学习。例如，在思想品德课教学生口语的目的。练有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练。例如军事作战技能、外科手术技能、栽培技能、电器维修技能等各种职虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。工程很大程度上依赖于图形工具，以便直观地显示各种产品，目前CAD/CAM已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。VRML使工程进一步提高生产率并削减成本。VRML中的商广与销售，它可使得客户在购锅炉、大型机具、家具、医疗材、健身器材、设计公司等方面都很有帮助。VRVR为我们提供了一个功能十分强大的提 (DOOM)、天旋地转(Descent)等。模拟、车祸现场重现完善，成本的逐步下降以后的市场展望个形象逼真的模型，人与该模型可以进反馈信息，使人们得到与在现实世界构造虚拟环境以代替耗资巨大的现实环境时，虚拟现实技术是必不可少的。实现的需求有着强烈的欲望，他们渴望在这个实社会和虚拟的网络社会是紧密联系但又的网络世界在用户需求方面是有着很大的市场的。2)从现实应用角度来分析，虚拟现实(VR)的生动性和交互性是文字信上的客户端，其广告位是有限的。基于于目前的ICQ，解决了它的最大问题(如何赢利)。4)虚拟现实的网络社会将是一个开放的系统，我们可找各方合作开发。我们可以允许任何有兴趣的人添加他自盔式监视器——HMD，型号为PLM-5。戴上它能使人感觉在眼前两三米处，形成不受任何环境影响的大屏幕投影般的大画面，这也是此头盔魅力之所在。者一半，较前者更具竞争力。不过在广东的各大电器城的货架上只见SONY。全球虚拟现实市场现在每年的规模为亿美元，而且，还在以每年的速度快速增长。虚拟现实系统被用于医疗培训、还处于空白状态。只有个别的代理为，随着技术的完善和成本的不断降低，虚庭娱乐设施，成为每个家庭不可缺少的生活用品。程序必须包括以下两个基本要素：(1)用户具有身临其境的感觉，并有实时随意活动的自由；(2)能够实时地操纵和改变该虚拟境界。因此，虚拟现实系统的核心技术包括虚物实化和计算处理技术三个方间生成相应的虚拟世界。虚物实化通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可给用户。现对虚拟现实系统的各个硬件部分简要介绍如下：1．头盔显示器(或3D目镜)：用于与计算机、电视、游戏机相连，佩带者可直接观看立体影视场景或立体计算机场景，立体效果极佳，可观看3示器(HMD)。连结使用，产生动画立体影视效果。VR4HMD1.3"MDThe5DTHeadMountedDisplayseriesofferstheuseraffordablequality,highresolution,acrispimageandsuperiorsoundqualitypackagedinasleek,comfortableandextremelylightheadmountdesign.(3DVersion-DuelInput)-$4950.00由美国.公后，可代替鼠标操作计算机软件，并可以产生触摸虚拟环境中物体的感觉PowerGlovePowerGlove(能量手套)parallelport-keyboardinterfaceandsoftware/manual.Buildyourownrealityonyour386,486,orPentium-basedcomputerandmanipulateit.Includes2MorrowWorldBuilder,conversionutilities,sampleworldsandsourcecode.Thenew5DTGlovefeaturesadvancedfiber-opticflexsensorstogeneratefinger-benddata.Moveeasilythroughyourvirtualworldbycombininghandgestureswiththepitchandrollofyourhand.Breakthroughpricing,newfeatures,openarchitectureandsoftwaresupporthavemadeitthegloveofchoice.它由触摸反馈和力量反馈组成。虽然它们是两种不同形式的力量感知，但在虚拟环境中，它们都是使用户具有临境体验的交互手段，也是改善虚拟环境的一种重要方式。用以增强VR系统的真实感、沉浸感，提高虚拟任务执行成功的机率。触觉感知是指人与物体对象接触所得到的全部感觉，是触摸觉、压觉、振动觉、刺痛觉等等皮肤感觉的统称。所以触摸反馈代表了作用在您皮肤上的力，它反映了人类触摸的感觉，或者是皮肤上受到与视觉和声音反馈相比，触摸反馈分析比较复杂。因为触摸传感器提供的是关于接触表面的几何性质、表面平滑度、温度、几何构造等信息。而力量反馈提供的是关于全部接触力量的信息，还有表面的硬度或被抓物6-DOFHumanInterfaceDeviceThe6-DOFHIDprovidescompletesixdegreesoffreedomthatletyoumoveforward/backward,strafeleft/right,jump/crouch,lookup/down,watchleft/rightortumbleleft/rightatthesametime.The6-DOFHIDoffers256degreesofresolutionineachdegreeoffreedomandallowsalternatespeed/accelerationineachdirection.Experiencethethrillofrealracingactionin3D!TheFormulaT2VRRacingSystemputsyouinthedriver'sseatofahigh-speedIndycar.Withit'srealisticfeelandfeatures,allyou'llbemissingisthesmellofburningrubberandracingfuel.TheR&RVirtualRealityChairispoweredbycompressedairthatissuppliedbyasmallaircompressorthatistypicallyusedforairbrushpaintguns.TheR&Rusesyourmonitor(Upto35lbs.,ormoreifyoucounterbalancetheweight)andaPCcompatiblejoystick.ou空间中的什么位置。头部运动跟踪器就是解决这个问题的装置，有了这种装置，你的环境就会根据你身体的运动产生相应的变化。现有的头部运动跟踪器基本上可分为四大类：机械式、光学式、超声波式和磁场式。目前美国已有一些公司将头部运动跟踪器固化到头盔显示器或三D目美元)。虚拟现实的软件系统比较多，目前使用较广的是VRML、Cult3D、在此不作详细讨论。(一)娱乐型头盔显示器实现方案对娱乐型头盔显示器的主要功能要求：(1)较高的逼真度(沉浸感)；(2)三维成像；(3)价格较低。头盔显示器与目前流行的游戏机在视景方面最大的不同是：后者多为卡通成像构成的画面仍不够真实，还要使用拍摄的自然景观，两者合成在一起。这将增加一定的技术难度。如果考虑在视景中再出现真实活动的人物和动物难度将更大。但这是今后虚头盔显示器(HMD)的原理是将小型2维显示器所产生的影像借助光学类似远方效果。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。小型液晶显示器(LCD，LiquidCrystalDisplay)的影像通过一个偏心自由面透镜，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。当偏心自由曲面棱镜棱镜光学面的折射力是由面曲率决定，曲率愈大(曲率半径愈小)该面折射力，然而相对的收差也随之变 (n-1)/R(1)。由于折射面的光路中可并排设置数个元件，因此可利用复数1.5时与上述穿透面式(1)比较，1/6的曲率即可获得同等折射力。偏心回转对称光轴光学中若发生偏心便会产生单边光晕，不论如何调整Lens光轴都无法得到有效改善，对光学而言偏心乃是最大忌讳。然而对内面偏心，相对的偏心收差会变大，如此一来会产生更为头疼的问题。的副作用。正确方法应该是先决定评估面，并令该面的中心上各面的轴上主光线形成曲折交叉状，如此才能作收差评估。偏心的优点偏心最大优点是可使光学结构变的非常简洁、小型。传统光于轴上光的长度与光学系统大小不再互动，因此理论上可轻易达成微型化。型化。不过若是偏心光学便可将光路折叠，相下折叠，此外各面相互保持一定间隔，因此各光学面的折射力可大幅降低。自由曲面棱镜所构成的内面镜光学可取出偏心时的光路，形成低收差之自由曲面之设计设计上若能把握以下几项原则，基本上它与传统的回转面对称若只考虑Y-Z面内的偏心则Y轴的正负方向为大偏心。有关X-Z轴的正负方向则为同样形状。换言之Y-Z面必需是对称面的面对称。该对称近轴量一般而言，由物体中心射出并通过中心与像面交叉之光线会有一定义座标的中心不可，因此即使求出定义座标原点附近的曲率，依此定义座义。此外目前的光学设计软体不易作有关近轴需以像高作为补正对象进行收差补正。收差补正如上所述由于无法求得近轴量，因此依式以像高作为补正对象轴亦具正负自由度，Y像高的正负都需成为补正对象。下图所示)。合适的光学系统边缘到中心的距离，如果这个距离大于16毫米，那么把显示屏放置在眼睛正前方是不可行的。采用64毫米的标准瞳距以便大多数人都可以试用我们设计的头盔显示器。因为显示屏比可用空间要大一些；所以就必须解决散视问题。可以买到。首先，我们需要找到足以偏折示意了如何用光路中的一块棱镜把视线偏向显示屏的中心。角度比测得角要大的棱镜，就必须把两块显示屏拉开一点来补偿角度偏差。系统要求的调焦距离不同而改变。的研究指出，一个平凸透镜系统能提供以下三个不同的放大倍率：烦是，放大率太大时会使我们看清LCD的单个象元。下面会讨论如何减小这种影响，但我们也必须像所有头盔显示器的制造商们那样做一些必要的妥协：要想获得大的视场角和浸没决这个问题的确取决于个人选择。光学系统定位所以采用金属框时一定要当心)。如果使用工程塑料做框架，可以用胶来固定个单元。上述方法可以制作出一个很紧凑的部件，然后固定到一个类似于棒球头盔的外壳上。选择散射元件如果买到的透镜系统有较大的视场，就很可能看得见LCD的单个象元，但用一难题。可以用l蜡纸做散射器，也可以用网前或是屏上，用各种线数的纸试验，找到一种最满意的线数。会聚调节的是当同时注视显示屏上的两题。因此可以做一个调节旋钮。显示屏和透镜固定在哪儿才使您能戴在头上?您必须考虑的主要问题是抵消显示器重量的配重。通常配重的最基于头盔的外壳是最容易制作的方法之方和周围，使光线不会4制作这个框架时，需要把原材料切成两片，一片尺寸是2”X37”X．1状(最容易的弯曲方法是用加热枪加热)，一旦塑料变柔软，迅速弯曲到期望的一块配重，为此，直接把一金属物用螺栓固定到塑料框的后部。在上述两种外壳形式中，液晶显示屏和光学系统都是被装在一个盒子里，系统开两个足够大但又不能太大的孔，并用胶把放大系统固定在这两个孔内。有个小孔可做此用。可以利用盒盖和液晶屏背部之间的隔圈(spacer)来调节光固定在塑料框的前部，并如前所述，与棒球头盔相连。为头盔显示器提供良好的视频信号所以我们就必须迁就它的要求。通常，这种电视一步转换成天线插孔能接收的信号形式。(二)数据手套的设计方案数靠性，而且成本低、精度较高，可以广泛地应用数据手套的原理、结构和功能手指(Ⅱ—有自由度，其中手指基部(度。手的模型及其关节定义如图所示，并建立如图所示的坐标系统。1手的模型及其关节图2定义关节部坐标系避免出现不切实际的动作。约束可做如下角和手③手套同手之间会发生滑移，影响精度。同1)单自由度机构检测原理分析运动分析如下：γγα式中α为电位计的测量角度，可求得关节转角ββ=360°θγγβ——关节转角θ——计算用变量，随关节角变化γ，γ——计算用量，戴用手套时确定，运动过程中保持不变对于控制算法，通常采用增量对虚拟手进行驱动，于是可得到如下增量式于测量手指关节的相对转角。在手指的运动范围内，对式(2)进行仿真，可得使数据手套操作线性标定提供了重要的理论依据。2)自由度机构检测原理分析G图自由度关节图计算用图周运动得到手指关节的位置。设当关节角度为β、电位计转角为α时，若关节有微小转动Δβ，电位计因此得到微小转解得Δβ。交，我们还是可以将耦合的运动人为地分配给对应关节，使之在符合人习惯的同时不造成过大的误数据手套的可视化研究数据采集是将电位计的模拟信号通过A/D转化为数字信号，该数据用于数据处理模块中，我们将信号滤波，并把信号电压值转化为对应的关节转角。出存在近似线性的映射关系，所以可以用简化的线性插值代替复杂的数据处理工作，即的标定，统计操作者的手部信息，提供仿真时使用。2.图形仿真开发了相应的图形仿真软件，建立手的实体模型。模型包括个手指、1个关节。该仿真软件包括检测模块、标定模块、数据采集模表中列出了标定试验的一些检测数据，其中平均差值为差值栏的平均值；某两次张或握手时检测值的差称为漂移。平均漂移为某手指漂移值的均方内收及外展数据。数据为实时采集到的电位的运动范围约为的~2。—Ⅱ的最大漂移为该关节运动范围的9.52，发生在Ⅲ指的弯曲关节。试验数据列表略。当移；手指复位的准确性。(三)力反馈装置的实现方案，特别是关于视觉、听觉的研究已经取得一定成果之后，为了更真实地体现虚拟环境，提高人在虚拟环境中的“沉浸感”，触觉就成为了一个重要的研究项目。一般说来，只有增加力的反馈，实现了触觉的模拟，人机交互才能更加真实、自然。进行虚拟现实触觉研究时所需的设备大都从国外购买，使研究工作受到限制。上作一些尝试，为以后进一步的研究提供资料。要求现实系统。虚拟现实系统根据控制方法的效率、反馈力的效果等。图虚拟现实力反馈设备的结构框图由于人的触觉对动态物体的感觉比视觉灵敏，这要求设备要有比视觉高很棒性，嵌入式系统最好有到的伺服频率。这要求第一级控制器对碰撞检测和反馈力的计算要迅速、和第二级控制器之间的通讯要有一定的带宽。在模拟触觉的过程中，设备的运作可以分为以下两种情况：)用户在虚拟空间中任意移动，没有接触虚拟物体。在这种情况下，用户在设备所设定的自由移动空间内移动必须感觉自由，本身的重力、惯性、摩擦力等给用户运动带来的阻碍。相关研小回差(：电机在减速器上的输出回差最好小于．度；小摩擦力：最好小于．与设备的设计紧密相关。)用户和虚拟物体接触，虚拟现实系统通过计算，实现一定的反馈力。不变的形状，在物拟涉及到物体的变形，这首先需系到虚拟物体的构造模型，无论是物体的显示还是反馈力的计算都非常复杂，它需要各种感觉模拟的配合。评价虚拟现实力反馈设备的一个重要标准是硬的虚拟物体必须感觉到坚能尽量提高虚拟物体所能达到的硬度。每个虚有关系。一般来说，要使用户感觉到一个硬的、不动的虚拟墙壁表面，设备必须能提供牛／厘米的力。其次，设备应尽量使摩擦力和惯性在各个方向上都几乎为常数，从而减小用户在不同方向上运动转换的不适应。另外，结构设计还与坐标的计算有关。好的机械设计使得电机的旋转角度和机械结构末端位置的转换矩阵简单明了，容易计算。设备设计的关键问题运动空间是设备的最基本特性，设备的其他所有特性的设计都取决于一定的运动空间。在确定设备的可达虚拟空间的时候，可以从人体的结构入手。三个层次。第一个层次为手腕的运动；第二在小型的力反馈设备中，设备提供能让用户手腕自由运动的虚拟空间。；在中型的力反馈设备中，要使小臂自由运动而无阻碍，一般需要一般来说，人的臂长为—。同理，设备要有半径的半球自另外，重力的平衡还有利于减小摩擦力、惯性等。根据以上的要求，比较理想的机械结构有两种：直角坐标式和水平多关节种结构各有优缺点，他们的主要性能的比较如表。结构可以有多种选择。在设平多关节结构。设备的前两臂构成运动空间的水平平面(，轴)，第三臂平行机构实现轴方向上的运动。在垂直方向。图一种水平多关节式机械结构中需要测量位置和力两这是由于被测量的力比较 解决这个问题有两种方案。一种方案是在设备的末端添加一个三维的传感方案对原机械设备影响小，但是需要解决不同方向的力在应变片上的耦合问。图设备中的平衡机构就可以测量出水平力。而且只要电阻应变片没有力的耦合。在水平方向上，机械结构的应变率整杆件的宽度和长度，这是很容易达杆件的应变在垂直方向上，杆件受到垂直方向拉伸的力，应变率由于杆件的硬度和水平力传感器的安装要求，垂直方向上的力传感应变率的过程中，把垂直方向的力分解为平行于平行机构和垂直于平行机构的两个力。由式可知，平行于平行不计，垂直力可以由式直接计算。以图为机械结构的设备能达到三个自由度的位置测量和力反馈。如果在际上在原有设备的基础上，这是很容易做到的。材料的选择两项要求上折衷。结合以上的讨论，作者认为比较合适的材料是铝合金。驱动力矩减小，同时设备的响应速度也减小了。选用哪一种方案可根据设备所应用的环境要求决定。结构关系密切。人的触觉对动态物体效果与机械结构和控制算法的选择有很大的关系。向运动和在垂直方向运动时感觉的不一致。这需要良好的控制算法去弥补。研究中型的力反馈设备。随着虚拟下一步设计中所要解决的。快启动虚拟现实的远大计划，同时发国内的虚拟现实产品市场，我们设计了一系列较实现盈利，以短养长。、娱乐、虚拟旅游于一情，通过虚拟现实设备，与当地的人民交流，仿佛置身于世界名胜美景之中。集餐饮、娱乐、休闲、虚拟旅游于一体。广告主题：“让人人都能周游世界”“到世界风光主题餐厅，享受环球美景”(一)项目背景随着全球性的产品过剩，世界经济正在从工业经济向服务经济和体验经济“体验经济”在欧美发达国家已初现端倪，并越来越多地成为媒体和网络上的热门话题。“主题餐厅”正是近几年在美国出现的新型体验经济产业之一，短短几年迅猛，令人嘡目。在国发展空间无法估量。广州，素来以美食著称。广州人对吃比较讲究，也经常在餐厅会客接友。不仅仅是生理的需要，也是一种休闲。“吃”正逐保证“色、香、味”的基础上，人们越来越关注用们乐意接受的好事。(二)主题餐厅的特色及服务功能设有一个主大厅和多个以世界各国档主题包间。其大厅和每个包间内墙，都至少有2面墙是整体的银幕。用投影机打出风1)世界名胜主题：吃出身临其境以世界各国的风景名胜和风土人情及原始森林动植物等为主题的专题投影河风光、美丽的西班牙海滩、神秘的复活节始丛林，应有尽有。丛丛的灌木、奇花异草到大象、大猩猩、鹦鹉、树蛙等热带雨林动正是世界风光主题餐厅独到的“体验环球美景”的理念。餐厅附带一个购物场，均是以“世界名胜”为主题和标志的时尚商品，如的各连锁店才能买到。用餐后买一些纪念品，使一次消费赋予了难忘的记忆，餐厅的品牌得以延伸。不断挖掘创新世界各国的“美食文化”是“世界风景”经营上的又一大特的激情生活中发现了原始，也颇具吸引力的烧大串鸡翅、大串的大虾、牛肉、鲜鱼、牛蛙„„并用专制绚丽的火焰进行现场烧烤，只要几十元/人，还有无限量蔬菜沙拉、例汤和面包。在感叹世界万种风情和富有娱乐刺激氛围的同时，也让人浮想联翩。计划要点：