虚拟现实显示设备及技术

虚拟现实显示设备及技术西昌市航天学校

吕倩

时间：2016.09.10视觉显示设备与技术触觉与力觉显示设备内容—视觉感知的几个基本概念—立体视觉—视觉显示设备—常见的力/触觉显示设备“沉浸感”是虚拟现实系统最重要的基木特征。当用户与虚拟环境交互作用时，可以获得与真实世界相同或相似的感知，并产生“身临其境”的感受。所以虚拟现实系统对人的感知系统的作用，直接影响系统的真实感。

为了实现虚拟显示的沉浸特性，必须具备人体的感官特性，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。常有的显示设备包括：视觉显示设备、听觉显示设备、力觉和触觉显示设备等。据统计，人类对客观世界的感知信息75%-80%来至视觉，所以视觉通道是VR系统中最重要的感知接口。所以，视觉显示是本次讲解的主要内容。

视觉显示设备与技术视觉感知的几个基本概念视域：一个物体能否被观察者看到，取决于该物体的图象是否落在观察者的视网膜上和落在视网膜上的什么位置。能够被眼睛看到的区域称为视域。

在实际中，全景显示产生水平±100°，垂直±30°的视域即可有很强的沉浸感。视角：视觉感知中关于可视目标大小的测量，可视目标在视网膜上的投影大小能够决定视觉感知的质量。一般认为理想的目标提示大小为:在正常光照条件下视角不应该小于15°，在较低光照条件下视角不应该小于21°。这是视景生成和头盔显示过程中的重要参考系数。立体视觉视觉生成外界景物发射或反射光线刺激视网膜感光细胞令视觉神经产生知觉立体视觉生成原理两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的主要原因。空间某个物体在两眼的视图中位置不同就产生了立体视差。人眼利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感,形成立体视觉，由此获得环境的三维信息。人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉：侧视网膜图象差：也称双目视差，在双目光轴平行时，由于几何位置的差别，两目看同一环境，却得到不同的图像，形成主要的深度感。运动视差：当观察者相对环境运动时，产生的深度感。如果头部运动，就可能发现物体之间的遮挡关系。运动视差是深度感知中的最有力的线索。事实上，许多动物和昆虫主要是靠运动视差识别目标，例如:兔子和蜜蜂.图象大小差异:对己知物体，图像尺寸的变化是透视深度感。人的直觉是，物体越远，看起来越小。如果物体A与B同样大，但A的图象比B的小.同样可认为A比B离观察者更远。纹理梯度:指视野中的物体在网膜上的投影大小和投影密度发生有层次的变化。例如，当你看沙滩上的石头。根据视网膜上纹理梯度的变化，把小而密的事物看成是比较远的，大而疏的物体看成是比较近的虚拟现实视觉的立体显示，仅仅实现双目视差。虚拟现实视觉的立体显示，还没有实现人类其他的深度感。为了实现立体显示，应该为双目提供不同的图像，有双目视差的图像。为此，对同一虚拟环境，由两个虚拟观察点分别透视投影，得到有双目视差的两个图像。立体显示就是给双目提供有双目视差的两个图像.视觉显示设备头盔显示器（HMD）：头盔显示器是3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形图像信号，借助空间跟踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。佳能公司最新混合虚拟现实系统通过一个头戴式眼镜带给人虚拟场景和实景混合的体验，并开发出一种专用的头戴式显示器和专用的位置校准软件，软件通过高精度和高速图像处理来获得合成图像，合成的图像大小与现实中的大小无异。而头戴式显示器则采用一种被称为自由曲线棱镜的镜片，确保使用者能够获得宽广的视野和清晰的图像。佳能新式头盔显示器双目全方位显示器（BOOM）

是一种偶联头部的立体显示设备，类似使用望远镜，它把两个独立的显示器捆绑在一起，由两个相互垂直的机械臂支撑，这不仅让用户可以在半径2m的球面空间内用手自由操纵显示器的位置，还能降低显示器的重量加以巧妙的平衡而是指始终保持水平，不受平台运动的影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和HMD一样有实时的观测和交互能力。BOOM全方位显示器3D眼镜显示系统该系统设备包括：立体图像显示器和3D眼镜。立体图像显示器以两倍于正常扫描的速度刷新屏幕，计算机给显示器交替发送两幅有轻微偏差的图像。位于CRT（阴极射线管）显示器顶部的红外发射器与信号同步，以无线方式控制活动眼镜。红外控制器指导立体眼镜的液晶光栅交替地遮挡眼睛视野。大脑记录快速交替的左右眼图像序列，并通过立体视觉将其融合在一起，从而产生深度感。世界杯3D观看红外立体眼镜显示利用红外信号传送同步信号，用于控制液晶眼镜的开关。眼镜上备有轻便的锂电池，眼镜在无线状态下工作：红外立体眼镜显示系统超声波立体眼镜显示除了红外立体眼镜显示中的设备外，眼镜上还有头部跟踪的超声接受器。超声接受信号要经过导线传给头部跟踪系统，眼镜在有线状态下工作：超声波立体眼镜显示系统洞穴努式立刷体显营示系炎统（CA沉VE系统港）使用君投影衡系统苗，投个射多回个投愉影面加，形驶成房苗间式暮的空球间结津构，系使得巾围绕掀观察食者具缩慧有多把个图宵像画教面显惨示的滔虚拟圆现实超系统添，增网强了妥沉浸仿感。CA蜻VE空间页结构妥示意纸图CA禁VE系统街是一孟种基趣于多豪通道芹视景杠同步殊技术防和立祸体显酬示技昌术的译房间呢式投姐影可豪视协疾同环证境，娃该系趟统可误提供窜一个盒房间欧大小使的4面、5面或辩者6面的收立方芳体投疲影显篇示空巧间，寸供多决人参忙与:所有必参与享者均父完全知沉浸面在一显个被继立体波投影英画面贞包围肿的高陪级虚融拟仿悲真环升境中查，借炸助音胸响技连术和溪相应差虚拟廉现实祝交互拆设备艳获得耻一种窄身临疲其境监约高弓分辨捐率三逮维立轮体视洲听影新像和6自由修度交狡互感隶受。重由于帖投影垦面几加乎能浆够覆洁盖用掉户的熄所有该视野臭，因士此CA键VE系统亮能提菜供给群使用抄者一现种前新所未哈有的粒带有所震撼邪性的蝴身临添其境帜的沉闻浸感晓受。CA酱VE系统策的优殊点：提供姨高质破量的添立体权显示传图像夜，即溪色彩序丰富平、无震闪烁融、大对屏幕折立体铺显示毯、多液人参鸽与和亡协同斩工作吸。所抱以它撒为人唱类带药来了归一种妄全新晋的创挺新思抵考方浑式，承扩展明了人萝类的柳思维匆。通际过CA可VE系统勉，人良们可经以直辈接看如到自钩己的肃创意日和研帖究对苏象。CA巨VE系统禾的缺兔点：是价卖格昂踏贵，掌体积额大，交并且苏参与丽的人叹数有铅限，鼠如果遵人数铃达到12人，CA炒VE的显叛示设柄备就池显得然太小付了。辣目前CA随VE系统寨并没罢有标勉准化稼，兼汤容性沈较差猎，因旦而限落制了搁其普僚及。响应何工作泄台立抛体显稠示系哪统计算蜓机通略过多波传感匙器交犹互通望道向耕用户杜提供批视觉帖、听滋觉、久触觉搭等多中模态轧信息谈，具移有非直沉浸掘式、应支持松多用饥户协默同工糟作佩翠戴立净体眼樱镜，栗坐在哗显示抢器周跳围的或多个鸽用户矮可以缩慧同时糠在立疏体显辆示屏趟中看吊到三酸维对异象浮圾在工花作台匹上面饱，虚浇拟景抓象具征有较朽强立筝体感笋，较屈适合笛辅助他教学辅、产减品演录示。V-府De右sk驴6工作钻示意榴图裸眼纳立体妄显示风系统其显每示技暖术结蹄合双屯眼的斑视觉暂差和拾图片粥三维转的原耀理，那自动说生成般两幅员图片拦，一娃幅给线左眼或看，困另一睬幅给李右眼瓶看，拢使人适的双哗眼产租生视烫觉差垃异。茶双眼至观看碑液晶辽的角松度不啄同，桃不用瓶戴上尿立体竭眼镜毅就可岛以看赖到立枝体的虚图像浑。立体段液晶泊显示盯器墙式青立体削显示淘系统类似勇于放渣映电住影形稻式的某背投版式显管示设像备，动屏幕爽大，叨容纳嗓的人陪数多标，分断为单萍通道州立体妨投影驳系统俊和多蔽通道世立体贤投影覆系统叮。适播用于寄教学监和成看果演垂示。单通遣道立夹体投林影系叨统：慎以一矛台图杯形工政作站彻为实抱时驱汇动平北台，姨两台梯叠加哈的立胳体专捆业LC堡D投影巧仪作饿为投榜影主执体。爷在显蹦示屏使上显奶示一卫幅高俩分辨骗率的帜立体图投影刑影像允。优点床：是播一种躺低成论本、迷操作习简便仆、占遮用空伶间较随小、眯具有哈极好即性能触价格攀比的孟小型袋虚拟墨三维妨投影廉显示廉系统艘，其滨集成汪的显仗示系英统使狠安装众、操世作使郊用更症加容躲易和稍方便断，被揉广泛渴应用见于高伟等院吗校和殊科研汤院所事的虚塔拟现患实实老验室挣中。多通纵道立取体投仇影系峡统：垮用巨酒幅平吨面投则影结脖构来孕增强肆沉浸将感，柿配备猎了完挺善的滨多通冤道声点响及撕多维锯感知做性交外互系流统，刮充分屯满足独虚拟勤显示般技术变的视甲、听评、触哭等多塘感知零应用迁需求庸，是箩理想圈的设瞎计、阀协同培和展喝示平馆台。轮它可熄根据窜场地轿定空志间的畜大小泽灵活铺地配珍置两畜个、届三个认甚至扯是若陶千个弱投影故通道僚，无敞缝地候拼接屠成一兼幅巨街大的呜投影悟幅面配、极挽高分啦辨率默的二踢维或怨三维屈立体阶图像蔑，形图成一驱个更细大的字虚拟慕现实席仿真燃系统燃环境迎。如蒜环幕踪蝶投影春系统筐：三通贡道环幕迎投影顺示例多通绵道折恢幕示富例折幕肉也是坝被业隶界公军认的谢体验券式环陷境，洁根据奋环境粮及实梳际需义求，愤可考寻虑不毅同类勇型的袋折幕龄方式蚕，以黑产生预不同逃的沉外浸感娃。适叙合小泄型会艇议室猾和临炼时展铺览五折拼幕22煤0度，10炼-3垦0人36座0度环幕投斗影显奴示：由数专字内纷容、揪硬件漆（投换影系趴统、鼓播放井系统叮）和茎系统遣集成躲（多乞组投钢影同商步控老制系觉统、弊无缝后拼接集系统具和曲睛面处蹦理系滩统）纪组成灵。具词有极下强的岸沉浸哥感。36袄0度环幕投摧影显希示球幕浸无缝按拼接凭系统半球傲，15格-2慨0人完全畅用商哨用投皆影机东和普沙通计胸算机稻搭建残的投损影环乐境，禾没有割接缝做，形再成整蛙体效狐果。球幕梯无缝括拼接横显示全息序投影耕显示也称册虚拟础成像虎技术，无需栏配戴痛眼镜，利用侨干涉元和衍词射原抹理记洗录并菌再现蓬物体驼真实寒的三敢维图么像的驱记录缝和再发现的献技术殖。在美国麻省丙一位酷叫Ch松ad殃D种yn悲e的29岁理黄工研妨究生津发明补了一匙种空掩气投槽影和塑交互谦技术染，它呜可以企在气圾流形洗成的导墙上烧投影块出具销有交吩互功史能的滤图像毁。此蛮技术划来源留海市尽蜃楼扭的原墓理，抹将图像像投坊射在雀水蒸半气上舟，由喘于分钢子震乘动不律均衡道，可株以形禾成层识次和亭立体所感很掩强的丝式图像惕。南加呢利福塔尼亚悼大学乐创新呆科技乒研究晴院的驼研究匹人员赛目前吊宣布扒他们挡成功局研制可一种36淹0度全糖息显免示屏梅，这私种技掉术是梢将图旅像投专影在滥一种命高速精旋转唉的镜添子上窄从而赛实现睬三维拴图像常，这休些技滩术很射多国粉家都倡在研掉制，视毫不漠夸张零的说坡这项碗技术记它包红含了拖未来投，谁后最先敏使用姻这项闭技术底，谁搞就最附先走困入未惑来的响先进慢技术前行列父。台湾坑利用禽湖面宝水幕汇展现3D姓名36侧0度全罩息显亩示日本狗公司Sc陕ie想nc身e膀an莲d旧Te芦ch治no掉lo群gy发明找了一底种可斧以用倡激光破束来涛投射电实体赠的3D影像政，这匹种技哄术是瘦利用疑氮气倘和氧蔽气在欣空气物中散描开时强，混辈合成他的气秀体变称成灼田热的述浆状厘物质椅，并经在空食气中偷形成狡一个雨短暂怒的3D图像获。这生种方桶法主塘要是途不断计在空蚂气中横进行凶小型绝爆破恭来实干现的它。36么0度誉成像矿系统扯柜体凯顶端搂四面肃透明恒，真步正的云空间妄成像本，色哀彩鲜支艳，秋对比仿度，锐清晰崭度高茧；有本空间升感，谜透视盈感。形成争空中伸幻象软中间玩可结上合实顶物，洁实现摸影像贡与实脊物的香结合兔。可李以根概据要起求做纵成四莫面窗页口，魄每面欠最大2-稼4米。可做扫成全牺息幻粒影舞茂台，定产品梢立体36幼0度的吊演示孩；真烘人和切