虚拟现实技术概述

第一章虚拟现实技术概述虚拟现实技术概述第1页虚拟现实定义（一）：由交互式计算机仿真组成一个媒体，能够感知参加者位置和动作，替换或增强一个或各种感觉反馈，从而产生一个精神沉醉或出现在仿真环境（虚拟世界）中感觉。虚拟现实技术概述第2页采取以计算机技术为关键当代高科技伎俩生成逼真视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化虚拟环境，用户从自己视点出发，借助特殊输入输出设备，采取自然方式与虚拟世界物体进行交互，相互影响。虚拟现实定义（二）：虚拟现实技术概述第3页虚拟现实系统——“3I”图

Immersion-Interaction-ImaginationImmersionImaginationInteraction虚拟现实技术概述第4页四类虚拟现实系统虚拟现实技术概述第5页桌面式虚拟现实系统虚拟现实技术概述第6页

基于头盔式显示器系统投影式虚拟现实系统远程存在系统（遥在系统）沉醉式虚拟现实系统虚拟现实技术概述第7页基于头盔式显示器系统虚拟现实技术概述第8页虚拟现实技术概述第9页投影式虚拟现实系统虚拟现实技术概述第10页虚拟现实技术概述第11页远程存在系统（遥在系统）虚拟现实技术概述第12页增强式虚拟现实系统虚拟现实技术概述第13页虚拟现实技术概述第14页分布式虚拟现实系统网络+虚拟现实虚拟现实技术概述第15页虚拟现实系统：

=用户+硬件+虚拟环境交互性用户

虚拟环境用户信息反馈信息虚拟现实技术概述第16页第二章虚拟现实系统硬件虚拟现实技术概述第17页用户+硬件+虚拟环境交互性用户

虚拟环境用户信息反馈信息虚拟现实技术概述第18页输入输出设备必要性：交互性——VR基本特征特殊人机接口与外部设备是实现人机交互必要伎俩商品化，不成熟原型终极目标：

能满足快速、自然交互虚拟现实技术概述第19页如：身体运动——3-D位置跟踪器；手势——传感手套；视觉反馈——立体显示器；虚拟声音——3-D声音生成器；观察方向——跟踪球和操纵杆。

虚拟现实技术概述第20页VR硬件系统集成VR系统需要：一个以计算机为关键、将各种I/O交互设备协调组合在一起硬件平台。计算机系统功效：保障虚拟三维场景实时计算和显示，尽可能降低延迟；协调各种I/O交互设备之间工作，确保系统整体运行性能。PC机、工作站和超级计算机等虚拟现实技术概述第21页VIEW系统组成VR系统平台——VIEW（VirtualInterfaceEnvironmentWorkstation）虚拟现实技术概述第22页

VIEW:一组由计算机控制I/O子系统提供虚拟环境所需各种感觉通道识别和控制功效HP企业HP900／835SGI图形计算机或HPSRX图形系统——图形处理Plohemus空间跟踪系统——跟踪手部位置LEEP广角立体视景头戴显示器和单色液晶显示器麦克风——语音识别两个耳机——三维声音跟踪VPL数据手套——识别使用者手势控制系统行为BOOMCRT显示器及FakeSpace远程摄像系统虚拟现实技术概述第23页三维跟踪传感设备立体鼠标传感手套数据衣立体显示器触觉和力觉反馈装置3-D声音生成器经典输入输出装置：虚拟现实技术概述第24页跟踪器作用：

取得移动对象位置和方向信息；应用：

航行、导弹、CG艺术、交通、GPS等VR：

高精度、快速、测量范围小

1、三维位置跟踪器虚拟现实技术概述第25页跟踪器：跟踪身体

身体跟踪：VR系统感知参加者位置和动作；身体姿态与手势；跟踪头部：头朝向，影响绘制场景手和手指：手提供了与世界交互方法虚拟现实技术概述第26页眼睛：眼睛注视方向躯干：躯干方向脚：确定漫游速度和方向其它身体部位：体温、心率等间接跟踪：使用物理对象而不是身体部位来预计参加者位置；虚拟现实技术概述第27页跟踪器跟踪物体移动：3-D空间中移动物体参数：在移动物体上捆绑一个笛卡尔坐标系，则对象有：三个平移参数：沿X，Y，Z轴移动；三个旋转参数：沿X，Y，Z轴旋转，称为“yaw”，“pitch”，“roll”；六个运动方向相互正交，组成六个独立变量：x，y，z，水平角，俯仰角，偏转角，被称为6自由度（DegreeofFreedom，DOM）虚拟现实技术概述第28页不良跟踪器后果不良跟踪器即定位误差较大跟踪器定位误差：跟踪对象出现在不该出现位置上；体验与经验相违反；定位误差将给用户造成一个类似于运动病症状，如眩晕、晕船感、视觉混乱、身体乏力等；虚拟现实技术概述第29页衡量跟踪器性能参数精度抖动偏差延迟更新率虚拟现实技术概述第30页跟踪器性能参数－精度跟踪器精度

指对象真实三维位置与跟踪器测量出三维位置值之间差值虚拟现实技术概述第31页注意：差值↓

跟踪器精度↑

跟踪器越准确精度单位：毫米，度精度伴随与坐标原点距离增加而降低精度与分辨率不一样：一个是表征测得位置与真实位置差值，一个是可测得被跟踪对象最小三维位置改变虚拟现实技术概述第32页跟踪器性能参数－抖动跟踪器抖动

指当被跟踪对象固定不变时，跟踪器输出结果改变。虚拟现实技术概述第33页注意：理想情况下，抖动应该为零，测得位置为固定值抖动不是一个常数，受周围环境影响严重抖动会造成虚拟对象振动和跳动虚拟现实技术概述第34页跟踪器性能参数－偏差跟踪器偏差

指跟踪器伴随时间推移而积累误差。虚拟现实技术概述第35页注意：偏差根源在于跟踪器不准确性偏差与时间相关，时间越长，积累偏差越大校正：使用另一个无偏差跟踪器周期性对当前跟踪器进行零位调整。虚拟现实技术概述第36页跟踪器性能参数－延迟跟踪器延迟

指对象位置或方向改变与跟踪器检测到这种改变之间时间差虚拟现实技术概述第37页注意：延迟原因在于：跟踪器对移动对象运动总是滞后。系统延迟＝测量延迟＋通信延迟＋绘制与显示延迟导致HMD运动与用户看到虚拟场景运动之间有很大时间迟滞对于使用者来说，一方面沉醉感降低，其次导致“仿真病”。虚拟现实技术概述第38页降低延迟方法：同时锁相：让跟踪器和通信周期与显示周期同时。使用高速通信线路提升跟踪器采样率（更新率）虚拟现实技术概述第39页跟踪器性能参数－更新率跟踪器更新率

指跟踪器每秒钟汇报测量数据集次数虚拟现实技术概述第40页3种惯用跟踪技术主要性能指标跟踪器类型分辨率精度延迟跟踪范围电磁波1mm0.03mm3mm0.1mm50ms半径<1.6m半球形超声波10mm0.5mm依空气密度改变30ms4～5m3光学2mm0.02mm1mm＜1ms4～8m3（可扩展至14m3）虚拟现实技术概述第41页三维位置跟踪器类型机械跟踪器电磁跟踪器（交流、直流）超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器虚拟现实技术概述第42页机械跟踪器定义：

机械跟踪器：一个串行或并行运动结构，由多个带有传感器关节连接在一起连杆组成。虚拟现实技术概述第43页虚拟现实技术概述第44页Gypsy动作捕捉系统无线动作捕捉系统范围：在户外有效距离能够到达0.8公里，相当于450个足球场范围；室内范围为180米没有摄象头--直接统计人体身体动作操作非常简单便携虚拟现实技术概述第45页Gypsy特点：15个关节位置由42个单向导电塑料精密电位记测得精度0.08度，范围18米，采样频率30使用了脚步微动开关使用了陀螺仪虚拟现实技术概述第46页虚拟现实技术概述第47页机械跟踪器优点简单易用精度保持相对稳定，基本取决于关节传感器分辨率相对于电磁跟踪器，不受周围环境中金属物质和磁场影响相对于光学跟踪器，不存在视觉阻挡问题虚拟现实技术概述第48页机械跟踪器缺点工作范围有限：机械臂有尺寸限制，过长则重量和惯性增加，机械振动敏感性增加。自由度小跟重量相关人机工程学问题虚拟现实技术概述第49页三维位置跟踪器类型机械跟踪器电磁跟踪器（交流、直流）超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器虚拟现实技术概述第50页非接触式跟踪器原理介质：电磁、超声波、红外摄影、LED、加速计、陀螺仪。定义：电磁跟踪器：一个非接触式位置测量设备，由一个固定发射器产生电磁场，确定移动接收单元实时位置。虚拟现实技术概述第51页电磁跟踪器：发射器：发射磁场接收器：接收磁场，将信号送到控制部件控制部件：计算得出跟踪目标数据优点：不受视线阻挡限制虚拟现实技术概述第52页交流电磁跟踪器基本原理：发射器：（三个相互垂直线圈天线）依次产生三个正交交流磁场接收器（三个正交线圈）产生9个电压值计算接收器相对于发射器位置和方向。虚拟现实技术概述第53页Polhemus跟踪器Polhemus企业生产方位跟踪器：Isotrak3Space跟踪器Fastrak虚拟现实技术概述第54页VPLDataGlove：IsotrackIsoTrack特点：交流电磁式延迟：30ms采样率：60抖动：1度，造成颤动虚拟现实技术概述第55页FASTRAK：非金属上快速动作捕捉器，取样频率达每秒120次；适合用于头部跟踪、手部跟踪、仪器追踪、生物机械分析、机械臂动作捕捉等应用VPLDataGlove：Fastrack虚拟现实技术概述第56页FastTrack特点：交流电磁式使用DSP体系结构采样率：120抖动：0.1度工作范围：0.75m,3×0.75m可挂接多个接收器，采样率随之下降虚拟现实技术概述第57页交流电磁跟踪器缺点强磁场环境：金属物质：交变磁场中会产生涡流，从而产生小磁场磁性物质：本身含有磁场办法：防止附近有强磁场、大块金属和磁性物质存在。虚拟现实技术概述第58页虚拟现实技术概述第59页直流电磁跟踪系统：降低畸变涡流影响只在测量周期开始时产生涡流涡流衰减到零时系统会到达一个稳定状态虚拟现实技术概述第60页直流电跟踪器基本原理：发射器（三个相互垂直线圈天线）依次产生三个脉冲磁场接收器（三个磁力计或霍尔效应传感器）产生9个电压值，计算接收器相对于发射器位置和方向虚拟现实技术概述第61页Ascension技术企业直流电磁跟踪器：BirdFlockofBirdsERT（BigBird）虚拟现实技术概述第62页AscensionBird跟踪器发射器：发射一系列脉冲，控制发射场开与关。特点：减小由金属物体所感应畸变涡流场，涡流只在磁场发生改变时产生。Polhemus3space发射器发射连续改变磁场，连续不停地产生涡流Bird发射器发射磁脉冲，只在测量周期开始时产生涡流。一旦磁场到达了稳态，就不再产生涡流虚拟现实技术概述第63页三维位置跟踪器类型机械跟踪器电磁跟踪器（交流、直流）超声波跟踪器光学跟踪器混合惯性跟踪器虚拟现实技术概述第64页超声波跟踪器定义：

利用不一样声源声音抵达某一特定地点时间差、相位差及声压差，进行定位与跟踪。虚拟现实技术概述第65页Piltdown三维罗盘六自由度实时方向和位置跟踪器第一个使用相位相干技术商用跟踪器。位置跟踪：使用超音速技术来实现，不受外部磁场和钢铁材料影响虚拟现实技术概述第66页罗盘控制单元：控制罗盘操作，管理数据采集，位置计算。发射器系统：发射不一样频率超音速信号。接收器系统：采集发射器系统发射超音速信号，经过电缆把它们传回控制单元。控制单元：经过RS-232C接口与主机进行通信。虚拟现实技术概述第67页三维位置跟踪器立体鼠标传感手套数据衣立体显示器3-D声音生成器触觉和力觉反馈装置虚拟现实技术概述第68页2、立体鼠标普通鼠标:平面运动立体鼠标：六个自由度运动Spacemouse，如3Space企业SpaceBallcubicmouseSpaceBall5000虚拟现实技术概述第69页3Dconnexion企业Spacemouse虚拟现实技术概述第70页三维鼠标虚拟现实技术概述第71页三维位置跟踪器立体鼠标传感手套数据衣立体显示器3-D声音生成器触觉和力觉反馈装置虚拟现实技术概述第72页VR强调以自然方式进行交互——手势把手势用于人机交互：赋予手势确切交互操作含义带传感器手套，能把手指和手掌伸屈时各种姿态转换为数字信号送给计算机；3、传感手套虚拟现实技术概述第73页传感手套要配置位置跟踪器以检测手实际位置和方位；传感手套：数据手套、赛伯手套、威力手套、手控制器、说话手套虚拟现实技术概述第74页最早传感手套（VPL）把人手动作转化为计算机输入信号；组成：很轻弹性材料组成。弹性材料紧贴在手上，同时附许多位置、方向传感器和光纤导线，以检测手运动。光纤：测量手指弯曲、伸展，经过光电转换，手指动作信息被计算机识别。DataGlove虚拟现实技术概述第75页光导纤维传感器：监视手指弯曲和伸展位置方向跟踪系统：监视手位置和方向微处理器：监控经过光导纤维光量及由空间跟踪器返回信息，对数据分析后传递给主机。虚拟现实技术概述第76页工作原理：光导纤维：测量手指角度。当光导纤维弯曲时，传输光将会有损失，传输光量与其弯曲程度相关。手指关节运动时，纤维弯曲造成光散失。虚拟现实技术概述第77页高精度传感器系统，准确跟踪人手复杂运动外轮廓附着在手后面，监视手整个运动过程每一个手指关节上附着一个HallEffect传感器，测量手指三个弯曲动作及手指间动作。测量20个关节角度，并将数据送给主机。

EXOS精巧手控设备EXOS精巧手控设备虚拟现实技术概述第78页为家庭视频游戏市场专门设计，性能比其他同类产品低得多，但价格较为便宜使用基于有一恒定弹力塑料张力测量仪。一个单独传感器一次测量全部关节，不能检测某一特殊关节。PowerGlove虚拟现实技术概述第79页Virtex企业一个新高精度关节传感技术，被广泛用来创建、终止、定位三维物体。有22个传感器，每个手指三个弯曲传感器和一个外展肌传感器。拇指与小手指由一传感器相连，手腕处有一传感器。一个高精度设备，能提供准确而连续输出。CyberGlove虚拟现实技术概述第80页传感手套DataGloveCyberGloveCyberGrasp虚拟现实技术概述第81页虚拟现实技术概述第82页三维位置跟踪器传感手套立体鼠标数据衣立体显示器3-D声音生成器触觉和力觉反馈装置虚拟现实技术概述第83页识别全身运动对人体大约50多个不一样关节进行测量，包含膝盖、手臂、躯干和脚。经过光电转换，身体运动信息被计算机识别。光纤系统:大量光纤装在一个紧身衣服上，能测量肢体位置，用计算机重建出图象。4、数据衣虚拟现实技术概述第84页问题??人外形改变太大需要使用多个空间跟踪器：检测肢体伸展情况检测肢体空间位置及方向多个跟踪器提升计算速度，到达实时性愈加困难。虚拟现实技术概述第85页三维位置跟踪器传感手套立体鼠标数据衣立体显示设备3-D声音生成器触觉和力觉反馈装置虚拟现实技术概述第86页5、立体显示设备立体显示原理惯用立体显示装置HMDBOOM立体眼镜立体投影显示3D显示器虚拟现实技术概述第87页立体视觉：人眼感觉到空间立体感主要原因；两只眼睛之间存在一定距离。看物体时，两只眼睛从不一样角度来看，看到画面是不完全一样，中间存在一定差异（双眼立体视觉），这个差异称为“视差”。大脑依据视差，产生物体远近位置信息这种信息直观表现即立体感。

（1）立体显示原理虚拟现实技术概述第88页虚拟现实技术概述第89页虚拟现实技术概述第90页假如能够左右两只眼睛从显示器屏幕上看到两副含有视差有区分画面，反应到大脑，就会产生立体感。立体显示设备就是为了实现这么一个过程。虚拟现实技术概述第91页首先，产生两副含有视差画面真实场景：用两架摄影机相距一定距离同时拍摄即可得到含有视差两副画面；3D游戏：经过计算来得到含有视差两副画面。然后：在显示器上显示出来最终：让左眼只看到左眼画面，右眼只看到右眼画面虚拟现实技术概述第92页立体图绘制对同一场景用左右两个视点分别计算其透视图，产生两幅含有一定视差图象；在虚拟环境中，用户视场在水平方向最少要有110度，垂直方向60度，还要有大于30度双目立体重合虚拟现实技术概述第93页立体图象显示：1、同时显示左右两幅图象称为同时显示技术（time-parallel），是对两幅图象用不一样光波长显示，用户眼睛片分别配以对应滤波片，使双眼只能看到对应图象；此技术在20世纪50年代被广泛应用于立体电影放映中；虚拟现实技术概述第94页立体图象显示：2、以一定频率交替显示两幅图象

称为分时显示技术（time-multiplexed），两幅图象交替频率通常为30Hz；同时为了确保每只眼睛只能看到各自对应图象，用户经过以相同频率同时切换立体眼镜来观察图象；虚拟现实技术概述第95页应用当代计算机图形学和可视化领域中使用光栅显示器，光栅显示器显示方式和显示内容是无关；分时显示技术能够轻易地经过光栅显示技术来实现，所以在立体图显示中占据了主导地位。虚拟现实技术概述第96页（2）惯用立体显示器立体眼镜HMDBOOM立体投影显示3D显示器虚拟现实技术概述第97页立体眼镜：确保用户左右眼只能看到对应左右视图；包含：主动立体眼镜（有源立体眼镜）被动立体眼镜（无源立体眼睛）——立体眼镜虚拟现实技术概述第98页立体眼镜虚拟现实技术概述第99页主动（有源）立体眼镜镜框上装有电池及液晶调制器控制镜片；立体监视器配有红外线发射器，依据监视器显示左右眼视图频率发射红外控制信号；眼镜液晶调制器接收红外控制信号虚拟现实技术概述第100页眼镜接到红外控制信号后，调制镜片上液晶通断状态，即控制左右镜片透明和不透明状态；如监视器显示左眼视图，发射红外信号使右眼镜片处于不透明状态，左眼处于透明状态，这么轮番切换；图象效果好，但价格昂贵；虚拟现实技术概述第101页被动（无源）立体眼镜依据光偏震原理设计，左右镜片是两片正交偏震滤光片，分别只允许一个方向偏震光经过监视器显示器前装一一样大小液晶立体调制器虚拟现实技术概述第102页显示器左右眼视图经液晶立体调制器形成左偏震光和右偏震光，分别透过左右镜片，使左眼只能看到左视图，右眼只能看到右视图；无源立体眼镜价格低廉，无须红外发射器；虚拟现实技术概述第103页——头盔式立体显示器（HMD）虚拟现实技术概述第104页头盔式立体显示器是VR普遍采取立体显示器是安装在头盔上显示装置，头盔显示器戴在头部，用机械方法固定，头盔显示器与头之间不能有相对运动；虚拟现实技术概述第105页头盔式立体显示器（HMD）头盔上装有位置跟踪器，可实时测出头部位置和朝向，并输入计算机；计算机依据这些数据生成反应当前位置和朝向场景图象并显示在头盔显示器屏幕上；虚拟现实技术概述第106页用户只能看到计算机生成虚拟世界，看不到其所处现实世界，从而取得沉醉感；头盔显示器显示器不透明，距离人眼很近，需用专用光学系统（LEEP系统）使人眼能聚焦在如此近距离又不易疲劳；虚拟现实技术概述第107页三维空间传感器HMD虚拟现实技术概述第108页基于LCD头盔式显示器优点：廉价缺点：LCD分辨率有限虚拟现实技术概述第109页Eyephone头盔式显示器

使用单色便携LCD电视显示器，分辨率很低，显示器是单色。LX型Eyephone

图象由宽角FMT光学器件显示。使用了Fresnel透镜，比最初LEEP视觉系统轻。虚拟现实技术概述第110页VPLHRX型Eyephone是基于LX型Eyephone彩色立体显示系统。使用LCD大约有350000个彩色象素，能够显示较高分辨率图象虚拟现实技术概述第111页VirtualResearch飞行头盔低分辨率，使用宽角度LEEP系统。头盔形式和舒适程度方面设计很好，整体舒适程度比其它大多数基于LCD头盔式显示器要好，重量相对要轻，轻易保持平衡。

虚拟现实技术概述第112页基于CRT头盔式显示器优点：低成本小规格高分辨率虚拟现实技术概述第113页带有光导纤维头盔式显示器

CRT设备比LCD有较高分辨率，但很粗笨。因为电子束直径、点聚焦和磷光体颗粒大小等原因影响CRT分辨率。虚拟现实技术概述第114页处理方法：使用一个大屏幕、高分辨率CRT作为图象源，把它图象连接到头盔式显示器上光导纤维用来把CRT图象传送给头盔上视觉系统。优点：能使用非常高分辨率显示源，却不给头部带来重量上难题。虚拟现实技术概述第115页——BOOMLCD和CRTHMD都会受到头部跟踪延迟影响；延迟太大，使用户产生不适感需要有快速跟踪机制和快速图形绘制NASA研究与VIEW项目结合产生了“基于平衡CRT立体观察器CCSV”，它使用一个机械臂支撑CRT虚拟现实技术概述第116页CCSV概念由Fakespace企业发展为“BOOM”（BinocularOmni-OrientationalMonitor，双目全方位监视器）半投入式视觉显示设备。类似于一对双目望远镜，把两个独立CRT显示器捆绑在一起，用户用手操纵显示器位置，观察一个可移动、宽视角虚拟空间虚拟现实技术概述第117页——立体投影显示基于空间投影显示技术CAVE洞穴式立体显示装置90年代初由美国Illinois大学EVL试验室为克服HMD存在问题而研制一个10X10X9英尺大小房间；每一面墙与地板均由大屏幕背投影机投上1024X768分辨率立体图像；用户戴上立体眼镜能从空间中任意方向看到立体图像；虚拟现实技术概述第118页虚拟现实技术概述第119页CAVE系统中配有三维立体声系统；CAVE系统关键是计算投影和形成立体图形，投影面相当于墙面；特点：让几个用户同时沉醉在同一个虚拟世界中进行协同工作；虚拟现实技术概述第120页虚拟现实技术概述第121页——3D显示器让画面充满在整个空间；MIT媒体试验室创造了一个被称为边光显示器新型三维显示器，不需用户戴上专门眼镜也能观察到立体图像。把光源从显示器下面向上发射，经过显示器内部发射与折射，使用户能看到立体图像。优点：对显示器周围环境没有任何严格要求。虚拟现实技术概述第122页3D显示器经过两部分处理。软件处理，把图像处理成需要格式，比如左右眼交叉栅状图。硬件伎俩：比如条状透镜组将左右眼画面分别折射到各自区域，观看者站在一些特定位置上，左眼处于左眼图像区只能看到左眼图像，右眼只能看到右眼图像。因为技术上原因，当前3D显示器基本都是基于LCD液晶或者PDP等离子显示器。虚拟现实技术概述第123页虚拟现实技术概述第124页Autostereoscopic：3D显示装置产生左右两副有视差图像，显示出来，左眼看到左眼图像，右眼看到右眼图像以前3D显示设备要使用一个设备（液晶眼镜、红蓝眼镜等）来分离左右眼画面，现在3D显示器则无需这么设备，所以称为autostereoscopic或者glassless——不需佩戴3D眼镜能够直接看虚拟现实技术概述第125页代表性3D显示器：德国4D-Vision企业4D-Vision技术DTI视差照明技术ParallaxIllumination）利浦多重视点技术（Multiview3D-LCD）德累斯顿大学D4D技术虚拟现实技术概述第126页4D-Vision最吸引人产品就是4D50将3D技术应用于50英寸大屏幕等离子显示器，造就一款极具震撼力产品。虚拟现实技术概述第127页DTI视差照明技术ParallaxIlluminationDTIXLS显示器照片

虚拟现实技术概述第128页原理：左右眼图像在一副画面上显示将每副画面分割成一列一列，左右眼列交叉，形成一副特殊画面，其中奇数列为左眼画面，偶数列为右眼画面最终立体画面分辨率只有显示器分辨率二分之一。假设显示器分辨率为1024x768，那么眼睛所看到画面分辨率为512x768。虚拟现实技术概述第129页飞利浦多重视点Multiview3D-LCD飞利浦在3D显示器方面，采取了多重视点技术。虚拟现实技术概述第130页原理：把多视点图像进行分解，按像素划分成竖列然后把竖列交叉排列拼成一副图像虚拟现实技术概述第131页Dresden3DDisplay（D4D）德累斯顿技术大学D4Dc_181照片虚拟现实技术概述第132页增加轨迹探测系统，跟踪脑袋位置，实时调整显示器左右画面反射角度，到达很好观看效果，不受位置限制。不能用于多人观看虚拟现实技术概述第133页未来立体显示器展望

360度显示器照片虚拟现实技术概述第134页当前3D显示器，属于单视点立体显示装置，重现是在某一点立体视觉效果，想看到物体侧面或后面是不可能。未来立体显示器将是多视点类似全息技术效果，可经过改变视点看场景或物体其它面。虚拟现实技术概述第135页三维位置跟踪器传感手套立体鼠标数据衣显示设备3-D声音生成器触觉反馈虚拟现实技术概述第136页6、3-D声音生成器3-D声音不是立体声，是指由计算机生成、能由人工设定声源在空间中三维位置一个声音；3-D声音生成器是利用人类定位声音特点生成出3-D声音一套软硬件系统；虚拟现实技术概述第137页三维位置跟踪器传感手套立体鼠标数据衣显示设备3-D声音生成器触觉反馈虚拟现实技术概述第138页VR产生“沉醉”效果关键原因之一是用户能否用手或身体其它部分去操作虚拟物体，并在操作同时能够感觉到虚拟物体反作用力。没有力觉反馈作用系统最少有两个缺点：首先是缺乏真实感；其次是给视觉计算带来麻烦7、触觉反馈虚拟现实技术概述第139页触觉反馈接触反馈力反馈触觉反馈分类Note：只讨论与手和手腕相关触觉反馈虚拟现实技术概述第140页接触反馈：接触反馈传送接触表面几何结构、虚拟对象表面硬度、滑动和温度等实时信息。它不会主动抵抗用户触摸运动，不能阻止用户穿过虚拟表面力反馈：力反馈提供虚拟对象表面柔顺性、对象重量和惯性等实时信息。它主动抵抗用户触摸运动，并能阻止该运动。触觉反馈接口要求：真实性安全性轻便舒适性折中性虚拟现实技术概述第141页人类触觉系统－感知类型1、触觉感知：

2、温度感知：温度传感器：位于表皮层（冷敏），位于真皮层（热感），空间分别率小伤害感受器：对超出负15度－45度温度敏感，并引发疼痛虚拟现实技术概述第142页3、本体感知：

即人对自己身体位置和运动感知。神经系统、触觉传感器共同作用结构。4、肌肉运动感知：人所感知肌肉收缩与伸展。是对本体感受补充。肌肉疲劳感知，影响对力判断虚拟现实技术概述第143页触觉反馈接口触觉反馈接口接触反馈接口力反馈接口触觉鼠标触觉手套（CyberTouch）温度反馈手套虚拟现实技术概述第144页触觉鼠标－iFeeliFeel工作原理：

在普通鼠标结构基础上增加一个电子激励器，其中质量块伴随磁场改变上下运动，从而产生振动，使得手得到振动触觉回馈。

虚拟现实技术概述第145页iFeel特点：使用电子激励器，振动式振动幅度和频率可调，能够感知触觉纹理（窗口边缘、菜单、超链接、不一样粗糙程度地面布料等）光电式USB接口售价：40美元虚拟现实技术概述第146页触觉手套－CyberTuch虚拟现实技术概述第147页CyberTuch工作原理：

CyberTuch特点：使用6个振动激励器（直流、离心质体）带手势接口传感器可产复杂触觉反馈模式用户大运动自由度RS－232接口售价：15000美元虚拟现实技术概述第148页虚拟现实技术概述第149页温度反馈手套温度反馈手套作用：

帮助用户确定虚拟物体表面热量特征（温度高低），帮助用户确定虚拟物体材质（如高导热性金属和低导热性木头等），从而提升虚拟环境真实感

温度反馈手套中对热量激励器要求：能进行较快温度改变。（热传导、热对流、热辐射）小巧轻便洁净快捷，以保持温度改变快速温度安全虚拟现实技术概述第150页触觉反馈接口触觉反馈接口接触反馈接口力反馈接口触觉鼠标触觉手套（CyberTouch）温度反馈手套虚拟现实技术概述第151页力反馈接口力反馈接口特点：能提供真实力来阻止用户运动，使用户感到力存在需要更大激励器和更重结构，更昂贵和复杂需牢靠地固定，以防滑动和事故一个主要特征是机械带宽机械带宽：

力反馈接口机械带宽表示用户（经过手指附件、手柄和万向接头等）感觉到力频率和转矩刷新率（HZ）虚拟现实技术概述第152页力反馈接口力反馈操纵杆（Joystick）PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虚拟现实技术概述第153页力反馈操纵杆特点：简单、廉价三自由度、两个自由度上有力反馈按钮有反馈直流电子激励器产生中等大小力有较大机械带宽

经典设备－Logitech

WingManForce3D虚拟现实技术概述第154页操纵杆力反馈系统虚拟现实技术概述第155页力反馈接口力反馈操纵杆PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虚拟现实技术概述第156页PhanTom特点小型桌面，铁笔末端，直观六自由度，三个活跃自由度提供反馈三个力反馈激励器位置解码器，跟踪位置能提供比较真实碰撞反馈，尤其是与坚硬物体碰撞机械带宽比较小接口：并行接口反馈力比较小：连续力1.7N,峰值6.4N。价格：16000美元虚拟现实技术概述第157页虚拟现实技术概述第158页力反馈接口力反馈操纵杆PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虚拟现实技术概述第159页HapiticMaster臂特点较大型柱状机器人，更大工作范围三自由度：旋转、上下移动、前后移动主要用途：VR辅助康复医疗等较大力反馈：250N机械带宽较小惯性较大价格：34000美元虚拟现实技术概述第160页虚拟现实技术概述第161页虚拟现实技术概述第162页力反馈接口力反馈操纵杆PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虚拟现实技术概述第163页CyberGrasp特点手腕三维跟踪器灵活手势、运动空间激励器经过机械放大装置传送到手指，力是单向FCU（力控制单元）：位置信息、手势信息、力、以太网通信较大力反馈：16N价格：39000美元虚拟现实技术概述第164页虚拟现实技术概述第165页虚拟现实技术概述第166页力反馈接口力反馈操纵杆PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虚拟现实技术概述第167页CyberForce特点CyberGrasp从属品模拟对象重量和惯性无跟踪器三自由度，无扭矩适中力反馈：8.8N工作范围有限：0.3m×0.3m×0.5m价格：56000美元(加CyberGrasp)虚拟现实技术概述第168页虚拟现实技术概述第169页VR系统中人原因VR系统组成：计算机，接口和用户。

接口设计必须考虑人原因，人原因与VR系统性能直接相关。虚拟现实技术概述第170页VR系统中人原因眼睛耳朵身体感觉平衡和运动眩晕虚拟现实技术概述第171页眼睛——调整调整作用确保某个距离物体清楚，而其它距离物体含糊。这起了滤波器作用，使人集中关注视场中部分区域。在HMD中没有调整，2个图象聚焦在2到3米距离。虚拟现实技术概述第172页眼睛