| |
| | VR系统的组成 |
一般的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成。虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性（interaction）。为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入工具和演示设备，以识别人的各种输入命令，且提供相应反馈信息，实现真正的仿真效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具，主要包括：头盔式显示器、跟踪器、传感手套、屏幕式、房式立体显示系统、三维立体声音生成装置。
一、显示与呈现技术
感觉的现实是利用视觉显示器、立体声的呈现和触觉传感器来实现的。
1.视觉显示
视觉显示有三种不同的视觉显示装置。
(1)基于显示屏幕的三维立体显示
这是一种将画面呈现在显示屏幕上的立体显示。为了让用户看到一幅立体图像，呈现于用户左眼、右眼的图像是不同的，且它们应交替式地呈现在同一显示屏幕上。用于交替式地呈现左、右眼图像的方式主要有偏光镜、液晶快门和透镜板等三种不同的方式，即偏光方式、液晶快门方式和透镜板方式（如有兴趣，可参考相关虚拟现实的书籍）。
(2)头盔显示
这是一种头盔形的显示装置。这种显示装置不仅具有三维的立体视觉显示，还具有立体声的效果。
为了呈现立体视觉的显示效果，头盔中设有两台小型显示器，分别呈现左眼图像、右眼图像，由此，用户可看到一幅三维立体图像。头盔中设置有位置传感器，当用户的头部移动、转动时，通过位置传感器检测头部位置的变化，由此控制显示器上呈现不同的图像，使用户具有很好的临场感。
头盔中设有立体声的合成装置，可产生与图像相匹配的立体声效果。立体声效果的基本原理将在稍后的立体声的呈现中讨论。
(3)幕墙显示
为了获得更好的视觉临场效果，可利用大型的显示系统，覆盖较大的视野，幕墙是这种显示系统的重要代表。华盛顿大学的T.Furness研制了一种视觉超过80度的图像世界，使人们具有身临其境的临场感。人们期待能覆盖整个视野的大型显示系统的研制与开发，它可获得更好的虚拟效果。
幕墙方式的重要特点是在虚拟的环境中，可同时让多数人进行有关体验。
2.立体声的呈现
视觉显示给予人们视觉的感知，立体声的呈现则给予人们听觉的感知，同样，它在虚拟现实中的感觉现实里也是十分重要的。
立体声效果呈现的基本原理是这样的。不同方向的音源对左、右耳产生的声压差和时间差是不同的。对人的左、右耳给予不同的声压差和时间差，则可使人感到声源是来自不同的方向，由此产生立体声效果。
3.触觉传感器
虚拟现实中，人们需要与各种物体相互作用，相互接触，而对不同材质的物体相互接触时，应有不同的感觉，这种不同的感觉通常是多种触觉传感所赋予的。
二、输入技术
所谓输入是指人们对虚拟现实系统进行操作时，输入人体的肢体位置和操作的行为。在虚拟现实系统中，用于输入的方式、装置主要有以下几种。
1.连杆式
这是一种类似于机器臂一样的连杆装置。在机器臂的每个关节处都接有传感器和伺服马达。当我们的手或手臂通过连杆装置在虚拟系统中进行某种操作时，其操作的位置和操作的行为通过连杆装置，将相关的运动参数输入到虚拟系统。
例如，以三个机器臂支撑某一小球。当用手推动小球时，小球在某一位置受到力的作用所产生的运动可由三个机器臂的各种力学参数所表示。这些力学参数的输入就是小球受力产生运动的相关数据的输入，即小球在虚拟现实系统中运动数据的输入。
2.数据手套
数据手套是虚拟现实系统中的一种重要的输入装置。
数据手套表面的手指关节处附有10根光纤和磁传感器。当手指弯曲时，附在手套上的光纤由于弯曲导致光的泄漏，其外泄的多少与手指的弯曲程度有关。通过光纤中光通量的检测，可检测手指的弯曲程度。利用手套上的磁传感器，通过磁变换技术，可检测出手套的位置和倾斜程度。由此，可检测出手套的形变和在虚拟现实系统中的位置和方向。
在虚拟现实系统中，当戴上数据手套进行某种操作时，其手指和手背的位置及其动作的各种数据都可通过数据手套输入到系统中。
3.力学手套
数据手套的价格较贵。基于相似的原理，人们开发出了力学手套。
力学手套用聚酯制的畸变计代替数据手套上的光纤并以之测量手指的弯曲程度。手套的位置则通过附在其上的超声波传感器，根据三角测量的基本原理进行检测。
与数据手套相比较，力学手套虽精度较低，但由于价格便宜，已在各种游戏机上广泛使用。
4.光学方式
在虚拟现实的系统中，各种物体的位置及其运动可利用摄像机摄入。利用两台CCD摄像机，可摄入虚拟现实系统中各种物体运动的立体图像，经过图像处理，可得到这些物体运动的各种数据。这些数据反映了物体的运动状态和运动特性，且能十分方便地输入到虚拟现实系统中。
5.力反馈装置
力反馈是指在虚拟现实中，当手指给予虚拟现实系统一个作用力时，虚拟现实系统给予手指的力的反馈。这实际上也是一种触觉传感器。
筑波大学开发了一种具有伸缩结构的控制装置。这种装置除能检测手掌在六个自由度上的运动和手指的开、闭外，同时通过三个调节器可以对手掌进行各种操作时给予一定的反作用力。
东京工业大学开发了一种在四个方向上由线所支撑的手指套。通过线的长度变化，可检测出手指套的位置。同时，通过线的张力控制，又可以给手指一定的力的反馈。
上述这两种装置既是一种输入装置，又是一种输出装置。 |
更多资迅请拨打021-51105008
相关图片： | |
上一篇：VR——虚拟现实(virtual reality)
下一篇：虚拟现实技术
|
| |
