【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(jìn)一步確定垂直位置了。而且還必須買幾套光學(xué)系統(tǒng)來做實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步增大了頭盔顯示器的造價(jià)。膠很容易變干，所以能很快裝配好整個(gè)單元。我們需要確定的是當(dāng)同時(shí)注視顯示屏上的兩幅圖象時(shí)，它們是否會(huì)融合為一幅圖象。在體育用品商店里買一個(gè)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(cè)頂部，如圖8．26所示。為頭盔顯示器提供良好的視頻信號(hào) 為了能有效地使用頭盔顯示器，就必須給它提供視頻信號(hào)輸入，但因?yàn)槭前央娨暀C(jī)的部件用作顯示屏，所以我們就必須遷就它的要求。中間關(guān)節(jié)(PIP)和末端關(guān)節(jié)(DIP)只有1自由度。即一般MP關(guān)節(jié)的90176。③手套同手之間會(huì)發(fā)生滑移，影響精度。圖3　單自由度關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(jì)的測(cè)量角度，可求得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角ββ=360176。對(duì)手指運(yùn)動(dòng)分析可知，指跟處可以擺動(dòng)(外展、內(nèi)收)和轉(zhuǎn)動(dòng)，即有2自由度；對(duì)機(jī)構(gòu)自由度分析可知，該機(jī)構(gòu)具有2自由度。數(shù)據(jù)手套的可視化研究1．?dāng)?shù)據(jù)采集和標(biāo)定　　數(shù)據(jù)采集是將電位計(jì)的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)據(jù)用于表示手部的彎曲運(yùn)動(dòng)。仿真前必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)手套的標(biāo)定，統(tǒng)計(jì)操作者的手部信息，提供仿真時(shí)使用。表中ⅠDIP表示Ⅰ指(拇指)DIP關(guān)節(jié)，而ⅡMPB指Ⅱ指(食指)MP關(guān)節(jié)彎曲數(shù)據(jù)，ⅡMPW指Ⅱ指MP關(guān)節(jié)內(nèi)收及外展數(shù)據(jù)。～176。隨著人機(jī)交互接口智能化的進(jìn)一步發(fā)展，特別是關(guān)于視覺、聽覺的研究已經(jīng)取得一定成果之后，為了更真實(shí)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(gè)重要的研究項(xiàng)目。這些參數(shù)將上傳到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這要求設(shè)備能克服本身的重力、慣性、摩擦力等給用戶運(yùn)動(dòng)帶來的阻礙。 評(píng)價(jià)虛擬現(xiàn)實(shí)力反饋設(shè)備的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是硬的虛擬物體必須感覺到堅(jiān)硬。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還與坐標(biāo)的計(jì)算有關(guān)?？紤]手腕在不同方向上的可達(dá)范圍不一樣，這個(gè)空間可以定為16cm*l2cm*12cm； 2)在中型的力反饋設(shè)備中，要使小臂自由運(yùn)動(dòng)而無阻礙，一般需要80cm*50cm*80cm的空間； 3)一般來說，人的臂長(zhǎng)為60—70cm。這兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用在力反饋設(shè)備中，可以根據(jù)實(shí)際情況選用其中一種。例如要求設(shè)備的位置精度為0．5mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，設(shè)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(yīng)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(shí)際上在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，這是很容易做到的。人的觸覺對(duì)動(dòng)態(tài)物體的感覺比視覺靈敏，這要求設(shè)備要有比視覺高得多的侍服頻率。六． 虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目策劃上述的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品實(shí)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(yùn)作起來有一定的風(fēng)險(xiǎn)。而“體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)”在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已初現(xiàn)端倪，并越來越多地成為媒體和網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)綴在一派蔥綠之中，還不時(shí)地看到大象、大猩猩、鸚鵡、樹蛙等熱帶雨林動(dòng)物，并聽到它們發(fā)出聲音。4）創(chuàng)新主題：挖掘各國(guó)美食組合不斷挖掘創(chuàng)新世界各國(guó)的“美食文化”是“世界風(fēng)景”經(jīng)營(yíng)上的又一大特點(diǎn)。最新發(fā)生的事實(shí)只能說明一件事，數(shù)字娛樂時(shí)代的大門正在打開。”模擬游戲的發(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(jī)的百年誕辰。這一套設(shè)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(guān)和充電口，大約在300克多一點(diǎn)。直升機(jī)成本可控制在1500元人民幣左右。因?yàn)樗灰杨^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(jì)中這些只是配角，而在數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)中，互動(dòng)游戲、動(dòng)態(tài)模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)等科技體驗(yàn)主宰了產(chǎn)業(yè)的命脈。廣告主題：“自由飛行的體驗(yàn)?zāi)袉?？（一）?xiàng)目背景美國(guó)《時(shí)代》雜志稱，2015年前后發(fā)達(dá)國(guó)家將進(jìn)入休閑娛樂時(shí)代，“休閑娛樂在美國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值中將占有一半份額”，《時(shí)代》稱，新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將使數(shù)字娛樂超越傳統(tǒng)娛樂方式。進(jìn)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(guó)的風(fēng)景名勝和風(fēng)土人情及原始森林動(dòng)植物等為主題的專題投影是餐廳最大的賣點(diǎn)。 “主題餐廳”的各種新奇另類的“主題”，將成為最大的賣點(diǎn)。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(fēng)光主題餐廳，享受環(huán)球美景”（一） 項(xiàng)目背景隨著全球性的產(chǎn)品過剩，世界經(jīng)濟(jì)正在從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向服務(wù)經(jīng)濟(jì)和體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)過渡，休閑、旅游等體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)正在從原來的附屬產(chǎn)業(yè)向支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。在完成小型力反饋設(shè)備后，作者將繼續(xù)研究中型的力反饋設(shè)備。選用哪一種方案可根據(jù)設(shè)備所應(yīng)用的環(huán)境要求決定。以圖2為機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)備能達(dá)到三個(gè)自由度的位置測(cè)量和力反饋。通過調(diào)整桿件的寬度和長(zhǎng)度，這是很容易達(dá)到的。另外一種方案是把傳感器安裝在機(jī)械設(shè)備上，例如把電阻應(yīng)變片貼在機(jī)械設(shè)備上組成電壓橋，通過測(cè)量電路讀出應(yīng)變量從而計(jì)算出力的大小。在控制過程中需要測(cè)量位置和力兩組參數(shù)，這兩組參數(shù)的測(cè)量情況將直接關(guān)系到控制效果。這兩種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)都不需要平衡水平方向上的機(jī)械部件的重力。根據(jù)這三個(gè)層次，可以制訂設(shè)備的運(yùn)動(dòng)空間。因此機(jī)械結(jié)構(gòu)要達(dá)到盡量大的硬度，減小設(shè)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(jìn)行虛擬反饋力的計(jì)算，同時(shí)也要同步顯示虛擬物體的變形。2． 力反饋設(shè)備的運(yùn)作狀況 在模擬觸覺的過程中，設(shè)備的運(yùn)作可以分為以下兩種情況：1）用戶在虛擬空間中任意移動(dòng)，沒有接觸虛擬物體。設(shè)計(jì)的要求1． 力反饋設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)整個(gè)力反饋設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以用圖1表示。另外根據(jù)試驗(yàn)分析，引起上述漂移的主要以下3個(gè)因素：機(jī)械零件之間裝配間隙及運(yùn)動(dòng)回差；支座與手指之間相對(duì)滑移；手指復(fù)位的準(zhǔn)確性?！?90176。3．試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中列出了標(biāo)定試驗(yàn)的一些檢測(cè)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(shí)檢測(cè)值的差稱為漂移。在標(biāo)定時(shí)，操作者應(yīng)作兩個(gè)手勢(shì)［7］，使手指基本處于自然運(yùn)動(dòng)的極限位置。由于檢測(cè)擺動(dòng)的電位計(jì)與所測(cè)關(guān)節(jié)不同軸，造成這2自由度的運(yùn)動(dòng)耦合。圖4中G為用來檢測(cè)MP關(guān)節(jié)內(nèi)收及外展運(yùn)動(dòng)的電位計(jì)；A為G上方鉸鏈；B為檢測(cè)MP關(guān)節(jié)彎曲運(yùn)動(dòng)電位計(jì)；C、D是戴在P1指骨處的支座立軸及其上方鉸鏈；E為MP關(guān)節(jié)位置。1）單自由度機(jī)構(gòu)檢測(cè)原理分析　　單自由度機(jī)構(gòu)安裝在手指末端(DIP)和中間關(guān)節(jié)(PIP)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖3。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)手套采用光纖、導(dǎo)電油墨或FSR(導(dǎo)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(diǎn)不足：①手套的大小限制了手套的戴用者范圍。②PIP關(guān)節(jié)的彎曲約束，即DIP的運(yùn)動(dòng)都要引起PIP關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)手套的原理、結(jié)構(gòu)和功能1．手的模型 人的手具有27自由度，其中6個(gè)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(gè)顯示盒的切面圖。把長(zhǎng)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?gòu)澢狡谕男螤?，再?duì)加熱區(qū)吹風(fēng)使其迅速變涼。通常配重的最佳位置是外殼后部證對(duì)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?jiān)囼?yàn)，找到一種最滿意的線數(shù)。可選用高檔工程塑料或鋁合金做框架（因?yàn)橛行┎考秒?，所以采用金屬框時(shí)一定要當(dāng)心）。美國(guó)有關(guān)專家的研究指出，一個(gè)平凸透鏡系統(tǒng)能提供以下三個(gè)不同的放大倍率：45mm口徑X78mm焦距可產(chǎn)生60~視場(chǎng)57mm口徑X110mm焦距可產(chǎn)生35~視場(chǎng)40mm口徑X92mm焦距可產(chǎn)生45~視場(chǎng)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(cè)量角，而且必須正好等于或是大于測(cè)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(xué)系統(tǒng)在確定液晶顯示器之后，就該開始光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了。主要原因是設(shè)計(jì)前必需先獲得入射瞳徑或物體側(cè)之NA等基礎(chǔ)資料。換言之YZ面必需是對(duì)稱面的面對(duì)稱。例如設(shè)計(jì)3片Triplet 透鏡，傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)除了將3片透鏡長(zhǎng)度縮小之外沒有其它方法可使光學(xué)系統(tǒng)微型化。偏心 回轉(zhuǎn)對(duì)稱光軸光學(xué)中若發(fā)生偏心便會(huì)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(duì)光學(xué)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(yuǎn)方效果。在此不作詳細(xì)討論。ll be missing is the smell of burning rubber and racing fuel. 售價(jià)：$Ramp。觸覺感知是指人與物體對(duì)象接觸所得到的全部感覺，是觸摸覺、壓覺、振動(dòng)覺、刺痛覺等等皮膚感覺的統(tǒng)稱。售價(jià)：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(shí)建模系統(tǒng)（軟件）、聲音識(shí)別和語音合成等。只有個(gè)別的代理商從國(guó)外進(jìn)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(shí)應(yīng)用角度來分析，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的生動(dòng)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(tái)，它的媒體價(jià)值是無法估量的。 虛擬現(xiàn)實(shí)具有最高的效率，隨著技術(shù)的不斷完善，成本的逐步下降以后的市場(chǎng)展望是相當(dāng)樂觀的。在不動(dòng)產(chǎn)、移動(dòng)不便大型貴重產(chǎn)品的業(yè)務(wù)推廣與銷售，它可使得客戶在購(gòu)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(duì)房屋、土地、鍋爐、大型機(jī)具、家具、醫(yī)療材、健身器材、設(shè)計(jì)公司等方面都很有幫助。例如：在虛擬的飛機(jī)駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機(jī)起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到熟練掌握駕駛技術(shù)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(xué)生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠(yuǎn)教學(xué)生能夠在自然、親切的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)．則可以免除這種顧慮。二是進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練。 在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。3. 英國(guó)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(shè)備 （包括觸覺反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國(guó)是領(lǐng)先的。NEC公司計(jì)算機(jī)和通信分部中的系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實(shí)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(duì)模型的處理與操作者手的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。1991年后，SRI進(jìn)行了利用VR技術(shù)對(duì)軍用飛機(jī)或車輛駕駛的訓(xùn)練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。他們大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。例如，異地的醫(yī)科學(xué)生，可以通過網(wǎng)絡(luò)，對(duì)虛擬手術(shù)室中的病人進(jìn)行外科手術(shù)。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(shí)中去。計(jì)算機(jī)能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運(yùn)動(dòng)，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(gè)技術(shù)上的變化，但它出現(xiàn)以后，“以計(jì)算機(jī)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(gè)機(jī)會(huì)，將開辟一個(gè)嶄新的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)，并有可能成為國(guó)內(nèi)這個(gè)未來最具前景行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)。如果真正實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)，那么對(duì)整個(gè)人類的生活與發(fā)展將會(huì)發(fā)生很大的變革。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象的相互作用，就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣。由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。簡(jiǎn)易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤、鼠標(biāo)便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。二． 虛擬現(xiàn)實(shí)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況1．美國(guó)的研究狀況美國(guó)是VR技術(shù)的發(fā)源地。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的VR教育系統(tǒng)。HIT將VR研究引入了教育、設(shè)計(jì)、娛樂和制造領(lǐng)域。東京大學(xué)的廣瀨研究室重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化問題。正在計(jì)劃推出新型輕量顯示頭盔和功能強(qiáng)大的圖形引擎 （graphics engine）。他們?cè)谟布_發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化。三是實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí)，建立一個(gè)“虛擬戰(zhàn)場(chǎng)”，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(shí)施“真實(shí)的”對(duì)抗演習(xí)。對(duì)于許多不能失誤的高難度儀器訓(xùn)練或是需要不斷反復(fù)練習(xí)的操作訓(xùn)練，如外科手術(shù)、開飛機(jī)、滑雪、開挖土機(jī)、開拖吊機(jī)、核子潛艇操作等，利用虛擬現(xiàn)實(shí)來作為新進(jìn)人員的訓(xùn)練是一個(gè)趨勢(shì)。徹底打破空間、時(shí)間的限制利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間的限制。再如，在外語教學(xué)中，可以通過計(jì)算機(jī)虛擬學(xué)生到國(guó)外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)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(jī)械、建筑 等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。VRML目前正朝著實(shí)時(shí)通信、大規(guī)模用戶