《虚拟仿真实验脚本与策划》课件-一-2-知识点12：硬件设备基础

矿井灾害应急救援（火灾）虚拟仿真实验硬件设备基础目录01VR技术概述构建沉浸式三维虚拟空间02技术原理四个原理03VR技术发展历程三个阶段04当下短板与未来趋势现状与发展05VR眼镜硬件结构了解Pico4Ultra06工作验收检查本节内容Part1VR技术概述01知识目标什么是VR■VR，全称虚拟现实（Virtual

Reality），是一种依托计算机图形、传感交互、空间计算等技术，构建沉浸式三维虚拟空间的交互技术。它区别于普通屏幕的平面视觉，通过隔绝现实环境、模拟人眼与人脑的感知逻辑，让使用者从“观看画面”

变成

“置身场景”。本阶段项目已完成从底层引擎到上层应用的全链路开发，成功构建了“模拟-决策-评估”一体化的矿井安全培训与应急推演平台，达到预期建设目标。当下的应用■目前

VR

已广泛应用于游戏娱乐、工业实训、医疗教学、文旅文博、矿山安全、军事模拟等领域，也是元宇宙、空间交互时代的核心底层技术之一。未来将持续深化技术融合，打造“沉浸式、多灾种、实时化、移动化”的新一代安全实训体系，为矿井安全生产提供更智能、更实用的数字化技术保障。Part2技术原理02技术原理视觉沉浸原理■人眼存在双目视差与视场角生理特征，VR

设备核心就是复刻这套视觉逻辑：■双屏独立成像：头显左右眼分别显示存在微小偏差的画面，大脑自动合成三维立体效果，实现空间立体感；广视场角覆盖：消费级

VR

视场角普遍达到

100°–120°，贴合人眼自然视野，减少画面边界感；■低余晖高刷屏：采用

OLED

/

快速

LCD

屏幕，搭配

90Hz、120Hz

高刷新率，解决快速转头时的画面拖影、眩晕问题导航依托人眼双目视差、视场角原理，VR依靠分屏成像、大视场角、高刷低余辉屏幕还原人眼视觉，缓解晕眩、营造立体观感。02技术原理空间定位与追踪■手柄是VR

实现自由移动、精准交互的关键，主流分为两类方案：■内向外追踪（主流）：设备内置陀螺仪、加速度计、磁力计，搭配摄像头、深度传感器，实时捕捉头部、手柄的角度、位置变化，毫秒级同步虚拟画面视角；■激光/

红外追踪：依靠外部基站发射信号，高精度定位，多用于专业级VR

设备，适合大空间实训场景。手柄为VR交互移动核心，分内向外自追踪、基站激光红外追踪两种，分别适配常规与大空间专业实训定位感知交互技术■手柄与打破单纯视觉体验，构建多感官闭环：

■手部追踪：通过摄像头识别手势，无需手柄即可完成抓取、点击等操作；

■力反馈手柄：内置震动、阻尼结构，握持虚拟物体时产生质感反馈；

■空间音频：3D

环绕声场，根据声源位置实时调节音效方向，强化环境沉浸感。依托手部追踪、力反馈手柄与空间音频打破单一视觉，构建多感官闭环，提升VR沉浸交互体验。02技术原理图形渲染与算力支撑■

虚拟场景的画面、物理效果依靠实时渲染实现：轻量化场景依靠设备本地算力，高精度大型场景可结合串流技术，借助电脑、云端算力降低头显硬件压力，平衡画质与设备便携性。场景画面与物理效果采用实时渲染，轻量场景本地运算，大型高精度场景依托串流借PC、云端算力，兼顾画质与便携。Part3VR技术发展历程03VR技术发展历程VR场景与特效开发■制作萌芽阶段（20

世纪

60–90

年代）1968

年，全球第一台

VR

头戴设备诞生，结构笨重、依靠模拟信号，仅用于实验室科研；■90

年代出现初代消费级

VR

产品，但受限于当时算力、屏幕技术，画质粗糙、造价高昂，眩晕问题严重，未能普及，仅停留于概念阶段。60-90年代是VR萌芽期，首台头显诞生，早期产品受技术限制无法普及落地。03VR技术发展历程VR场景与特效开发■制作行业探索期（2010–2018

年）移动端芯片、高清屏幕快速发展，VR

硬件小型化；■以

PC

端

VR

设备为代表，开启游戏、小众行业应用，但设备布线繁琐、门槛高，消费市场受众狭窄，行业进入短暂冷静期。2010-2018年VR迈入行业探索期，硬件迭代升级，落地少量应用，因使用门槛高致使市场遇冷。03VR技术发展历程VR场景与特效开发■制作成熟普及期（2019

年–至今）一体机

VR成为主流，摆脱电脑、线材束缚，一体化设计大幅降低使用门槛；■硬件迭代加速：轻量化机身、超清屏幕、全链路追踪、手势交互逐步下放至中端设备；■应用从单一游戏向行业落地转型，工业培训、VR

文博、应急逃生演练、心理疏导等

To

B

场景快速落地，技术从

“娱乐玩具”

转变为实用工具。2019年起VR步入普及成熟期，一体机成为主流，硬件优化，应用拓展至多行业实训领域。Part4当下短板与未来趋势04当下短板与未来趋势主流落地场景■消费端：沉浸式游戏、全景影视、虚拟社交能否顺利使用项目完成体验主流落地场景■产业端：矿山火灾应急演练、机械维修实训、医护手术模拟、文物数字化复原、虚拟展馆，大幅降低高危、高成本行业的培训风险能否通过项目中的习题检测部分，回答正确04当下短板与未来趋势现存技术局限■长时间佩戴负重压迫感仍存在；■复杂动态场景下仍有轻微眩晕；■超大场景实时渲染、户外全场景空间定位，仍是技术难点能否顺利使用项目完成体验未来发展趋势■未来VR

会向着轻量化、高清化、融合化发展：机身更轻薄、双眼4K

+

高清画质普及；■VR

与MR、AR

技术深度融合，实现虚拟内容与现实空间叠加；■结合

AI

生成技术，快速搭建个性化虚拟场景，进一步拓宽产业与民用边界能否通过项目中的习题检测部分，回答正确Part5VR眼镜结构整体结构■制作成熟传统VR设备重量全部集中在前方，长时间佩戴容易压额头、产生疲劳。■Pico

4

Ultra把核心硬件前置、电池后置，做到重心前后对冲，受力均匀，适合长时间上课实训佩戴。■Pico

4

Ultra

属于VR/MR

一体机，不需要连电脑/

手机，所有计算、显示、传感器、电池全部集成在头显和头环里。传统VR头显头重易疲累，Pico4Ultra前后配重均衡，一体式免外接设备，适配长期实训教学。05VR眼镜结构整体结构整体分三大块：

■前端主机（面罩部分）：屏幕、镜片、摄像头、主板、散热

■

后侧头环：电池、头垫、调节结构

■手柄（一对）：交互追踪、振动反馈

■重量分布：前端

304g，后侧

276g，整机约

580g，前后平衡，长时间戴不容易压前额PICO。设备由主机、头环、手柄三部分组成，前后配重接近总重580g，佩戴负重均衡舒适。05VR眼镜结构05VR眼镜结构显示与光学系统■长光学结构决定VR清不清晰、晕不晕。■Pancake镜片让光线在内部折叠，机身更轻薄、画面更通透。■105°大视场角贴近人眼自然视野，消除屏幕边框感，电动瞳距适配所有人眼间距，减少视觉疲劳与眩晕。Pancake折叠光学精简机身，搭配105°视场角与电动瞳距调节，优化画质并缓解佩戴眩晕。■

双屏幕：2

块独立2.56

英寸Fast-LCD

■Pancake

折叠光路光学和传统菲涅尔透镜不同，光线在镜片内部折叠

2

次

■电动无级瞳距调节内部电机驱动，软件直接调，不用手动掰镜片

配备两块独立Fast-LCD屏，Pancake镜片经两次折光，搭配电动无级瞳距调节，调校便捷、机身轻薄。传感器系统■整体分传感器相当于VR的感知五官，能够实时捕捉头部、手部的位置变化，快速构建周围空间三维模型。■保障我们在虚拟场景里走动、转头、操作时，画面稳定不漂移、不卡顿，实现自然沉浸式交互。■正面一共7

个传感器，全部为MR

环境感知设计。七颗MR感知传感器如同设备感官，实时定位头手、构建空间模型，保障交互画面稳定无漂移卡顿。05VR眼镜结构05VR眼镜结构核心主板与性能■VR需要实时渲染三维场景、运行空间计算程序，对算力要求很高。■这款专用芯片图形处理能力强，配合机身智能散热，连续上课、长时间实训也不会发热掉帧，设备运行更加稳定可靠搭载高性能芯片强化图形算力，搭配智能散热，长时间实训渲染稳定，无发热掉帧问题。■

处理器：高通

XR2

Gen

2。支持

90Hz

高刷、MR

透视、空间音频、手势识别

■内存与存储：12GB

LPDDR5256GB

UFS

3.1

■散热系统：正面上下两条长条形散热口

■接口与按键

左侧：USB-C（充电、串流、外接设备）

右侧：电源键

+

指示灯、音量键05VR眼镜结构声学系统■空间音频可以让声音精准定位方位，增强临场感。■双立体声扬声器（左右内侧，贴近耳朵）■四麦克风阵列：降噪+空间音频录制+语音交互■支持3D空间音频：虚拟世界里，声音从左/右/前/后传来，定位精准，沉浸感更强内置双扬与四麦阵列，实现降噪、语音交互，3D空间音频精准定向发声，提升场景沉浸效果。■5700mAh

锂电池，放在后侧头环里优势：前后平衡、不压脸、散热更好续航：正常使用2.5–3

小时电池与续航手柄■轻量化手柄追踪灵敏、震动反馈真实，能精准完成抓取、操作、实训互动，满足各类实操教学场景使用需求。■内部结构：IMU

+

红外

LED：头显摄像头追踪手柄位置（6DoF）。■HyperSense

宽频线性马达：振动更细腻，扳机、触摸、碰撞反馈。■真实按键：摇杆、扳机、A/B

键、菜单键、握柄感应。轻