【正文】 展出射—的光線偏折，從而使光線能以合適的角度人射到眼睛中。既然已經(jīng)確定了顯示屏的水平位置，就需要進一步確定垂直位置了。而且還必須買幾套光學系統(tǒng)來做實驗，進一步增大了頭盔顯示器的造價。膠很容易變干，所以能很快裝配好整個單元。我們需要確定的是當同時注視顯示屏上的兩幅圖象時，它們是否會融合為一幅圖象。在體育用品商店里買一個很耐用的棒球頭盔，用尼龍帶子把裝有液晶屏和透鏡系統(tǒng)的白塞木框架固定到頭盔的帽沿上，圖．8．18示意了把透鏡／液晶屏組件固定到頭盔上的例子。下一步是把帽圈的頂部固定到塑料框內(nèi)側頂部，如圖8．26所示。為頭盔顯示器提供良好的視頻信號 為了能有效地使用頭盔顯示器，就必須給它提供視頻信號輸入，但因為是把電視機的部件用作顯示屏，所以我們就必須遷就它的要求。中間關節(jié)(PIP)和末端關節(jié)(DIP)只有1自由度。即一般MP關節(jié)的90176。③手套同手之間會發(fā)生滑移，影響精度。圖3　單自由度關節(jié)運動分析如下：a2=L21+h21　　　　γ1=arcsin(h1/a)　　b2=L22+h22　　　　γ2=arcsin(h2/a)由余弦定理　c2=x21+x222x1x2cosα式中α為電位計的測量角度，可求得關節(jié)轉角ββ=360176。對手指運動分析可知，指跟處可以擺動(外展、內(nèi)收)和轉動，即有2自由度；對機構自由度分析可知，該機構具有2自由度。數(shù)據(jù)手套的可視化研究1．數(shù)據(jù)采集和標定　　數(shù)據(jù)采集是將電位計的模擬信號通過A/D轉化為數(shù)字信號，該數(shù)據(jù)用于表示手部的彎曲運動。仿真前必須先進行數(shù)據(jù)手套的標定，統(tǒng)計操作者的手部信息，提供仿真時使用。表中ⅠDIP表示Ⅰ指(拇指)DIP關節(jié)，而ⅡMPB指Ⅱ指(食指)MP關節(jié)彎曲數(shù)據(jù)，ⅡMPW指Ⅱ指MP關節(jié)內(nèi)收及外展數(shù)據(jù)?！?76。隨著人機交互接口智能化的進一步發(fā)展，特別是關于視覺、聽覺的研究已經(jīng)取得一定成果之后，為了更真實地體現(xiàn)虛擬環(huán)境，提高人在虛擬環(huán)境中的“沉浸感”，觸覺就成為了一個重要的研究項目。這些參數(shù)將上傳到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。這要求設備能克服本身的重力、慣性、摩擦力等給用戶運動帶來的阻礙。 評價虛擬現(xiàn)實力反饋設備的一個重要標準是硬的虛擬物體必須感覺到堅硬。另外，結構設計還與坐標的計算有關。考慮手腕在不同方向上的可達范圍不一樣，這個空間可以定為16cm*l2cm*12cm； 2)在中型的力反饋設備中，要使小臂自由運動而無阻礙，一般需要80cm*50cm*80cm的空間； 3)一般來說，人的臂長為60—70cm。這兩種機械結構都可以應用在力反饋設備中，可以根據(jù)實際情況選用其中一種。例如要求設備的位置精度為0．5mm，根據(jù)經(jīng)驗估算，設備的分辨率最好小于0．1mm。下面主要討論第二種方案。在垂直方向上，桿件受到垂直方向拉伸的力，應變率(4)(5) 其中9為桿件末端受到的力； S為桿件的截面積。實際上在原有設備的基礎上，這是很容易做到的。人的觸覺對動態(tài)物體的感覺比視覺靈敏，這要求設備要有比視覺高得多的侍服頻率。六． 虛擬現(xiàn)實項目策劃上述的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品實施方案，如果要直接投入開發(fā)研制，需要較大的人力和資金，運作起來有一定的風險。而“體驗經(jīng)濟”在歐美發(fā)達國家已初現(xiàn)端倪，并越來越多地成為媒體和網(wǎng)絡上的熱門話題。近幾年來，人們生活逐漸富裕，周末和節(jié)假日一家?guī)卓谝黄鹕喜蛷d改善一下口味，是常有的事。相信更是人們樂意接受的好事。叢叢的灌木、奇花異草點綴在一派蔥綠之中，還不時地看到大象、大猩猩、鸚鵡、樹蛙等熱帶雨林動物，并聽到它們發(fā)出聲音。4）創(chuàng)新主題：挖掘各國美食組合不斷挖掘創(chuàng)新世界各國的“美食文化”是“世界風景”經(jīng)營上的又一大特點。最新發(fā)生的事實只能說明一件事，數(shù)字娛樂時代的大門正在打開?！蹦M游戲的發(fā)展很快，模擬的各種事物也日益增多。明年年底（2003年12月）就是萊特兄弟發(fā)明飛機的百年誕辰。這一套設備發(fā)射部分大約430克，5V供電的CCD彩色針孔攝像頭，10節(jié)AAA規(guī)格的700mAh鎳氫電池組，電源開關和充電口，大約在300克多一點。直升機成本可控制在1500元人民幣左右。因為它只要把頭盔顯示器、力反饋裝置與傳統(tǒng)的遙控飛行器組合起來就可以了。傳統(tǒng)經(jīng)濟中這些只是配角，而在數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)中，互動游戲、動態(tài)模擬、虛擬現(xiàn)實等科技體驗主宰了產(chǎn)業(yè)的命脈。廣告主題：“自由飛行的體驗您有嗎？（一）項目背景美國《時代》雜志稱，2015年前后發(fā)達國家將進入休閑娛樂時代，“休閑娛樂在美國國民生產(chǎn)總值中將占有一半份額”，《時代》稱，新技術的發(fā)展趨勢將使數(shù)字娛樂超越傳統(tǒng)娛樂方式。進入餐廳，中央一處遮天蔽日的茂密森林里，一株古老的“翠絲”樹更像一位慈善的老祖母，用中、英文向人們呼喚環(huán)保。1）世界名勝主題：吃出身臨其境 以世界各國的風景名勝和風土人情及原始森林動植物等為主題的專題投影是餐廳最大的賣點。 “主題餐廳”的各種新奇另類的“主題”，將成為最大的賣點。廣州，素來以美食著稱。廣告主題：“讓人人都能周游世界” “到世界風光主題餐廳，享受環(huán)球美景”（一） 項目背景隨著全球性的產(chǎn)品過剩，世界經(jīng)濟正在從工業(yè)經(jīng)濟向服務經(jīng)濟和體驗經(jīng)濟過渡，休閑、旅游等體驗經(jīng)濟正在從原來的附屬產(chǎn)業(yè)向支柱產(chǎn)業(yè)轉移。在完成小型力反饋設備后，作者將繼續(xù)研究中型的力反饋設備。選用哪一種方案可根據(jù)設備所應用的環(huán)境要求決定。以圖2為機械結構的設備能達到三個自由度的位置測量和力反饋。通過調(diào)整桿件的寬度和長度，這是很容易達到的。另外一種方案是把傳感器安裝在機械設備上，例如把電阻應變片貼在機械設備上組成電壓橋，通過測量電路讀出應變量從而計算出力的大小。在控制過程中需要測量位置和力兩組參數(shù)，這兩組參數(shù)的測量情況將直接關系到控制效果。這兩種形式的機械結構都不需要平衡水平方向上的機械部件的重力。根據(jù)這三個層次，可以制訂設備的運動空間。因此機械結構要達到盡量大的硬度，減小設備的質(zhì)量和摩擦力，并且重心盡量接近基座。軟物體的模擬涉及到物體的變形，這首先需要修改虛擬環(huán)境中虛擬物體數(shù)據(jù)庫，再進行虛擬反饋力的計算，同時也要同步顯示虛擬物體的變形。2． 力反饋設備的運作狀況 在模擬觸覺的過程中，設備的運作可以分為以下兩種情況：1）用戶在虛擬空間中任意移動，沒有接觸虛擬物體。設計的要求1． 力反饋設備的總體結構整個力反饋設備的結構可以用圖1表示。另外根據(jù)試驗分析，引起上述漂移的主要以下3個因素：機械零件之間裝配間隙及運動回差；支座與手指之間相對滑移；手指復位的準確性?！?90176。3．試驗數(shù)據(jù)表中列出了標定試驗的一些檢測數(shù)據(jù)，其中平均差值為差值欄的平均值；某兩次張(或握)手時檢測值的差稱為漂移。在標定時，操作者應作兩個手勢［7］，使手指基本處于自然運動的極限位置。由于檢測擺動的電位計與所測關節(jié)不同軸，造成這2自由度的運動耦合。圖4中G為用來檢測MP關節(jié)內(nèi)收及外展運動的電位計；A為G上方鉸鏈；B為檢測MP關節(jié)彎曲運動電位計；C、D是戴在P1指骨處的支座立軸及其上方鉸鏈；E為MP關節(jié)位置。1）單自由度機構檢測原理分析　　單自由度機構安裝在手指末端(DIP)和中間關節(jié)(PIP)，機構簡圖見圖3。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)手套采用光纖、導電油墨或FSR(導電橡膠)作為介質(zhì)依附在手套上作為傳感裝置的方法有3點不足：①手套的大小限制了手套的戴用者范圍。②PIP關節(jié)的彎曲約束，即DIP的運動都要引起PIP關節(jié)的運動。數(shù)據(jù)手套的原理、結構和功能1．手的模型 人的手具有27自由度，其中6個為臂部自由度，表示手的位置和方向，掌部有21自由度。圖8．28是整個顯示盒的切面圖。把長片塑料彎成圖8．23所示的形狀(最容易的彎曲方法是用加熱槍加熱)，一旦塑料變?nèi)彳?，迅速彎曲到期望的形狀，再對加熱區(qū)吹風使其迅速變涼。通常配重的最佳位置是外殼后部證對顯示器的地方。把這種紙直接放置在液晶屏之前或是屏上，用各種線數(shù)的紙試驗，找到一種最滿意的線數(shù)?？蛇x用高檔工程塑料或鋁合金做框架（因為有些部件用電，所以采用金屬框時一定要當心）。美國有關專家的研究指出，一個平凸透鏡系統(tǒng)能提供以下三個不同的放大倍率：45mm口徑X78mm焦距可產(chǎn)生60~視場57mm口徑X110mm焦距可產(chǎn)生35~視場40mm口徑X92mm焦距可產(chǎn)生45~視場很顯然，這些數(shù)據(jù)隨著使用的顯示屏不同而改變。然后就需要找到呷塊合適的棱鏡，它的角度盡可能接近上述測量角，而且必須正好等于或是大于測量角。然而，如果大于16毫米，它們的放置方式就必須使我們易于把視線折向顯示屏的中心。2．選擇合適的光學系統(tǒng)在確定液晶顯示器之后，就該開始光學系統(tǒng)的設計了。主要原因是設計前必需先獲得入射瞳徑或物體側之NA等基礎資料。換言之YZ面必需是對稱面的面對稱。例如設計3片Triplet 透鏡，傳統(tǒng)的回轉對稱光學除了將3片透鏡長度縮小之外沒有其它方法可使光學系統(tǒng)微型化。偏心 回轉對稱光軸光學中若發(fā)生偏心便會產(chǎn)生單邊光暈，不論如何調(diào)整Lens光軸都無法得到有效改善，對光學而言偏心乃是最大忌諱。折射面的折射力Φ可由媒質(zhì)的折射率n，曲率半徑R，依下式求得：Φ=（n1）/R（1）。具體而言，小型顯示器所發(fā)射的光線經(jīng)過凸透鏡使影像因折射產(chǎn)生類似遠方效果。在此不作詳細討論。ll be missing is the smell of burning rubber and racing fuel. 售價：$Ramp。觸覺感知是指人與物體對象接觸所得到的全部感覺，是觸摸覺、壓覺、振動覺、刺痛覺等等皮膚感覺的統(tǒng)稱。售價：750美元VR4 diagonal Active Matrix Liquid Crystal Displays Resolution per eye: 170,660 color elements (742 x 230) equivalent to 56,887 triads 。2． 軟件方面：虛擬現(xiàn)實建模系統(tǒng)（軟件）、聲音識別和語音合成等。只有個別的代理商從國外進口一些不成套的產(chǎn)品，如三D目鏡等。戴上它能使人感覺在眼前兩三米處，形成不受任何環(huán)境影響的大屏幕投影般的大畫面，這也是此頭盔魅力之所在。2）從現(xiàn)實應用角度來分析，虛擬現(xiàn)實（VR）的生動性和交互性是文字信息所無法比擬的，而推出這一產(chǎn)品的公司就是擁有了一家電視臺，它的媒體價值是無法估量的。 虛擬現(xiàn)實具有最高的效率，隨著技術的不斷完善，成本的逐步下降以后的市場展望是相當樂觀的。在不動產(chǎn)、移動不便大型貴重產(chǎn)品的業(yè)務推廣與銷售，它可使得客戶在購買前先看產(chǎn)品的外貌與內(nèi)在，甚至于在虛擬世界中使用這產(chǎn)品，對房屋、土地、鍋爐、大型機具、家具、醫(yī)療材、健身器材、設計公司等方面都很有幫助。例如：在虛擬的飛機駕駛訓練系統(tǒng)中，學員可以反復操作控制設備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復訓練，達到熟練掌握駕駛技術的目的。虛擬歷史人物可以用VR系統(tǒng)塑造偉人、名人、教師、學生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設一個人性化的學習環(huán)境，使遠教學生能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬實驗．則可以免除這種顧慮。二是進行單兵模擬訓練。 在緊跟國際新技術的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。3. 英國的研究與開發(fā)在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備 （包括觸覺反饋）設計和應用研究方面，在歐洲英國是領先的。NEC公司計算機和通信分部中的系統(tǒng)研究實驗室開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過VPL公司的數(shù)據(jù)手套把對模型的處理與操作者手的運動聯(lián)系起來。1991年后，SRI進行了利用VR技術對軍用飛機或車輛駕駛的訓練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。他們大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。例如，異地的醫(yī)科學生，可以通過網(wǎng)絡，對虛擬手術室中的病人進行外科手術。由于這種系統(tǒng)可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。這種交互性粗看只是一個技術上的變化，但它出現(xiàn)以后，“以計算機為主體”的看法逐漸被人們所拋棄，大多數(shù)人開始接受“人是信息環(huán)境的主體”這一思想。誰能抓住這個機會，將開辟一個嶄新的產(chǎn)業(yè)和市場，并有可能成為國內(nèi)這個未來最具前景行業(yè)的領頭企業(yè)。如果真正實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實，那么對整個人類的生活與發(fā)展將會發(fā)生很大的變革。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由一臺普通的計算機系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環(huán)境進行交互。二． 虛擬現(xiàn)實在國內(nèi)外的發(fā)展概況1．美國的研究狀況美國是VR技術的發(fā)源地。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓練系統(tǒng)，空間站VR訓練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。HIT將VR研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。東京大學的廣瀨研究室重點研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題。正在計劃推出新型輕量顯示頭盔和功能強大的圖形引擎 （graphics engine）。他們在硬件開發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實現(xiàn)商品化。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習。對于許多不能失誤的高難度儀器訓練或是需要不斷反復練習的操作訓練，如外科手術、開飛機、滑雪、開挖土機、開拖吊機、核子潛艇操作等，利用虛擬現(xiàn)實來作為新進人員的訓練是一個趨勢。徹底打破空間、時間的限制利用虛擬現(xiàn)實技術，可以徹底打破空間的限制。再如，在外語教學中，可以通過計算機虛擬學生到國外旅游的情境，讓學生與人交談，達到訓練學生口語的目的。 工程很大程度上依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產(chǎn)品，目前CAD/CAM已經(jīng)成為機械、建筑 等領域必不可少的軟件工具。VRML目前正朝著實時通信、大規(guī)模用戶