项目2虚拟现实系统硬件设备

虚拟现实系统硬件设备项目2大连理工大学出版社目录项目描述知识拓展我教你学小结01项目描述虚拟现实技术是利用现实生活中的数据或者被人们想象出来非现实的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种虚拟现实输出设备结合，将其转化为能够让人们感受到的现象。因为这些现象不是我们能直接看到的，而是通过计算机技术模拟出来的世界，故称为虚拟现实。在本章中我们将全面地了解虚拟现实的概念和目前市面上常用的虚拟现实设备，我们将学习到虚拟现实的设备种类和各类型设备的特点。

项目描述1.了解虚拟现实的概念2.了解虚拟现实技术中的硬件种类3.了解虚拟现实系统的构成知识目标4.了解市面上主流的VR硬件设备的使用方法和技术原理。1.可以辨认出虚拟现实设备的类型;2.会使用传统的手机盒子进行虚拟现实体验3.够使用外接式VR头显;4.能够使用市面上主流VR交互设备。能力目标02我教你学2.2.1虚拟现实硬件设备概述虚拟现实系统主要由三大部分组成：内容开发工具(虚拟现实开发引擎)、硬件部分(输入和输出设备)、内容(虚拟现实内容)。虚拟现实硬件系统一般由两个子模块组成1.虚拟现实系统的输入设备虚拟现实系统的输入设备即虚拟现实交互设备，主要包括VR交互手柄、数据手套、动作捕捉设备、眼动仪以及其他类型捕捉与交互设备。2.虚拟现实系统的输出设备虚拟现实系统的输出设备主要分为三大类：视觉感知设备(包括三维台式显示器、头盔式显示器、洞穴式立体显示器等)、听觉感知设备(主要有耳机、扬声器两种)、触觉反馈设备(包括充气式触觉反馈设备、振动式触觉反馈设备)。01020304外接式虚拟现实头显一体式虚拟现实头显AR（增强现实）头显手持式AR设备

一般来说，虚拟现实显示设备可分为：外接式虚拟现实头显、一体式虚拟现实头显、手机盒子虚拟现实头显、AR（增强现实）头显、手持式AR设备。2.2.2虚拟现实系统中的显示设备05手机盒子1.Kinect体感摄像头Kinect不需要使用任何控制器，它依靠相机捕捉三维空间中使用者的运动。Kinect体感摄像头用不可见的无数红外线扫描出房间，将这个房间的影像映射到三维空间，以此来追踪使用者的身体动作。2.红外光学定位运用红外光学定位技术最具代表性的硬件产品是OptiTrack的光学定位摄像头，这类定位器的基本原理简单的说就是利用多个红外发射摄像头，对室内定位空间进行覆盖，在被追踪物体上放置红外反光点，通过捕捉红外反光点反射回摄像机的图像，确定其在空间中的位置信息。3.LightHouse定位系统目前行业内非常受欢迎的外接式虚拟现实头显HTCVive所使用的就是Vavle公司所研发的LigthHouse定位系统，LigthHouse激光追踪系统的原理是利用房间中密度极大的非可见光，来探测室内佩戴VR设备的使用者的位置和动作变化，并将其模拟在虚拟现实3D空间中。2.2.3虚拟现实系统中的定位设备2.2.4虚拟现实系统中的交互设备虚拟现实设备中目前最为广泛使用的交互硬件是手柄，手柄主要使用触觉反馈的交互模式，这里主要是振动和按钮反馈，这就是下面要提到的一大类虚拟现实手柄，目前三大VR厂商Oculus、索尼、HTC都不约而同地采用了虚拟现实手柄作为标准的交互模式。1.虚拟现实交互手柄动作捕捉涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motioncapture系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。2.动作捕捉眼球追踪，又称注视点追踪，是利用传感器捕获、提取眼球特征信息，测量眼睛的运动情况，估计视线方向或眼睛注视点位置的技术。眼球追踪技术是VR领域最重要的技术之一，Oculus创始人帕尔默曾称其为VR的心脏。3.眼动识别设备最后比较重要的手势跟踪技术，目前可分为两种方式：第一种是使用光学跟踪，比如体感控制技术和高级VR这样的传感器，第二种是将传感器戴在手上的手套，光学跟踪的优势在于使用门槛低、场景灵活，使用者不需要在手上穿脱设备。4.手势识别设备03知识拓展相关知识拓展———CAVECAVE(CaveAutomaticVirtualEnvironment,沉浸式系统)是世界上一种成熟的高度沉浸式虚拟现实系统，它把高分辨率的立体投影技术、三维计算机图形技术和音响技术等有机地结合在一起，产生一个完全沉浸式的虚拟环境。在该系统中，3D环境中的任何物体，都可以感受参与者操作，并实施产生相应变化。CAVE是一种基于投影的虚拟现实系统，它由围绕观察者的四个投影面组成。四个投影面组成一个立方体结构，其中三个墙面采用背投方式，地面采用正投方式。(通常使用反射镜以节省空间)观察者戴上液晶立体眼镜和一种6自由度的头部跟踪设备，以便将观察者的视点位置实时反馈到计算机系统，让观察者体验身临其境的感觉。当观察者在CAVE中走动时，系统自动计算每个投影面正确的立体透视图像。同时，观察者手握一种称为Wand的传感器，与虚拟环境进行交互。生物医学工程模拟驾驶消防演练仿真航空航天装配制造相关知识拓展———CAVE建筑视景与城市规划CAVE沉浸式虚拟现实系统应用领域（部分）04项目小结本项目介绍了虚拟现实硬件系统的组成，各类型虚拟现实显示设备、各类型虚拟现实交互设备、各类型虚拟现实定位设备，并详细介绍了其中具有代表性硬件设备的原理。随着VR和AR硬件的发展,5G无与伦比的数据容量、高度和低延迟将直接实现新一代的沉浸式体验。VR游戏会更加逼真,我们真正置身于场景之中，不需要借助硬件操控,完全是靠自己手、脚、身体的动作实现操作；VR直播和VR影视实现身临其境的直观感受：售楼、看房、展会等不需要再到现场,完全可