【正文】 節(jié)可能有彎曲、外展或內(nèi)收運(yùn)動(dòng)。BHG—Ⅱ采用機(jī)械連桿檢測(cè)手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，其中包括檢測(cè)單自由度的平面四桿機(jī)構(gòu)和檢測(cè)2自由度的空間六桿機(jī)構(gòu)。另一個(gè)電位計(jì)位于該關(guān)節(jié)上方，檢測(cè)關(guān)節(jié)的彎曲，檢測(cè)原理與單關(guān)節(jié)檢測(cè)原理相同。所以借助于數(shù)據(jù)手套，可增加與虛擬世界復(fù)雜數(shù)據(jù)交互作用的真實(shí)感，使人機(jī)交流更加自然、有效。這在機(jī)器人遙操作或虛擬設(shè)計(jì)及裝配等方面應(yīng)用中，是滿足精度要求的。這要求第一級(jí)控制器對(duì)碰撞檢測(cè)和反饋力的計(jì)算要迅速、和第二級(jí)控制器之間的通訊要有一定的帶寬。3． 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 首先，設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)系到系統(tǒng)的質(zhì)量大小和分布、重力、摩擦力和硬度等重要參數(shù)，這些參數(shù)都和前面所提到的系統(tǒng)性能有著重要的關(guān)系。根據(jù)以上的要求，比較理想的機(jī)械結(jié)構(gòu)有兩種：直角坐標(biāo)式和水平多關(guān)節(jié)式。這種方法比較方便，但是價(jià)格高，而且需要電機(jī)平衡其重量，增加了電機(jī)的負(fù)擔(dān)。由4)式可知，平行于平行機(jī)構(gòu)的力所引起的機(jī)構(gòu)形變非常小，相對(duì)于垂直于平行機(jī)構(gòu)的力來說可以忽略不計(jì)，垂直力可以由(2)式直接計(jì)算。這需要良好的控制算法去彌補(bǔ)。可見“主題餐廳”的市場前景，發(fā)展空間無法估量。每一個(gè)包件都可以設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)特的主題。實(shí)現(xiàn)童年的夢(mèng)想。自由飛行是人類永恒的夢(mèng)想，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要取得市場的突破口，從虛擬飛行入手是最為合適的。Futaba四通道遙控器搭載重量：約830g攝像設(shè)備：彩色針孔攝像機(jī)傳輸設(shè)備:\接收機(jī)發(fā)射功率:500mW電源:700mAh鎳氫AAA充電電池20節(jié)(共發(fā)射機(jī))從其發(fā)展的歷史來看，其擬真度正在發(fā)生著質(zhì)的飛躍，這從微軟各個(gè)時(shí)期的飛行模擬游戲便能看出，而這只是較有代表性的模擬游戲中的一種?！皝啲斶d火焰串燒”神秘的原始?xì)庀碜阅厦乐廾艿脑忌?，隱居在印第安人部落的主廚在當(dāng)?shù)赝林募で樯钪邪l(fā)現(xiàn)了原始，也頗具吸引力的燒烤秘密，一個(gè)充滿濃郁印第安土著風(fēng)情的原始烤架，掛滿鮮嫩欲滴的誘人美食，大串雞翅、大串的大蝦、牛肉、鮮魚、牛蛙……并用專制絢麗的火焰進(jìn)行現(xiàn)場燒烤，只要幾十元/人，還有無限量蔬菜沙拉、例湯和面包。（二） 主題餐廳的特色及服務(wù)功能顧名思義，“世界風(fēng)光主題餐廳”是以世界各國的風(fēng)景名勝為主題的餐廳?！爸黝}餐廳”正是近幾年在美國出現(xiàn)的新型體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)之一，短短幾年時(shí)間，就已經(jīng)發(fā)展成具有幾十億美元的大產(chǎn)業(yè)。另外由于設(shè)備所模擬的反饋力比較小，與機(jī)械結(jié)構(gòu)本身的重力、摩擦力相比，差別不是很大，這對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出更高的要求。由于桿件的硬度和水平力傳感器的安裝要求，垂直方向上的力傳感應(yīng)變率很小，不能直接貼片。 位置傳感器的選擇比較多，其中比較常用的是兩種編碼器：電磁編碼器和光學(xué)編碼器。同理，設(shè)備要有半徑70cm的半球自由運(yùn)動(dòng)空間。實(shí)際上任何物體都不可能是硬度無窮大的，也沒有一種結(jié)構(gòu)和控制算法能夠達(dá)到理想的硬度。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)計(jì)算出反饋力，將反饋力矢量下傳至嵌入式系統(tǒng)，由嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該矢量力。176?！　榱耸故植康臄?shù)據(jù)信息可視化，我們?cè)赩isual C++平臺(tái)利用OpenGL (Open graphic library)開發(fā)了相應(yīng)的圖形仿真軟件，建立手的實(shí)體模型。設(shè)計(jì)使一個(gè)電位計(jì)位于手背關(guān)節(jié)后(G點(diǎn))，檢測(cè)手指的擺動(dòng)，檢測(cè)分析如下(參見圖5)。同時(shí)，為了使數(shù)據(jù)手套的操作符合人的習(xí)慣，希望關(guān)節(jié)之間運(yùn)動(dòng)解耦且傳感信息與手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)成線性關(guān)系。大拇指有5自由度。和第一種外殼一樣，也需要有一塊配重，為此，直接把一金屬物用螺栓固定到塑料框的后部。判斷方法是，給每一個(gè)顯示屏輸入相同的信號(hào)，在通過頭盔顯示器觀察圖象，如果看到的是單幅圖象，則該顯示器是會(huì)聚的；如果看到并排兩幅圖象，則需要水平向左或向右移動(dòng)其中一個(gè)顯示屏，直到看到的是單幅圖象。另一個(gè)麻煩是，放大率太大時(shí)會(huì)使我們看清LCD的單個(gè)象元?，F(xiàn)在不能簡單地把顯示屏相互盡可能靠近地放置，并僅用棱鏡實(shí)現(xiàn)視線偏折。h=f?tanθ （7）h：像高；f：焦距；θ：畫角；由于X、Y方向各具自由度，因此需以各別像高作為補(bǔ)正對(duì)象。自由曲面 棱鏡所構(gòu)成的內(nèi)面鏡光學(xué)可取出偏心時(shí)的光路，形成低收差之光學(xué)系統(tǒng)。由于此類光學(xué)是由反射面所構(gòu)成，因此即使很小的面曲率亦可獲得同等折射力。頭盔顯示器與目前流行的游戲機(jī)在視景方面最大的不同是：后者多為卡通式動(dòng)畫，缺乏真實(shí)感，而頭盔顯示器的視景則要求高度逼真，有時(shí)甚至由三維成像構(gòu)成的畫面仍不夠真實(shí)，還要使用拍攝的自然景觀，兩者合成在一起。因?yàn)橛|摸傳感器提供的是關(guān)于接觸表面的幾何性質(zhì)、表面平滑度、溫度、幾何構(gòu)造等信息。虛物實(shí)化通過各種計(jì)算和仿真技術(shù)使計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中的事物所產(chǎn)生的各種刺激以盡可能自然的方式反饋給用戶。當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境、人類不可能到達(dá)的環(huán)境或構(gòu)造虛擬環(huán)境以代替耗資巨大的現(xiàn)實(shí)環(huán)境時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是必不可少的。 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。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。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”，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)。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）。HIT將VR研究引入了教育、設(shè)計(jì)、娛樂和制造領(lǐng)域。二． 虛擬現(xiàn)實(shí)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(shù)的發(fā)源地。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。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。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。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。他們大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。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。 在緊跟國際新技術(shù)的同時(shí)，國內(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。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)。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。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。只有個(gè)別的代理商從國外進(jìn)口一些不成套的產(chǎn)品，如三D目鏡等。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 。ll be missing is the smell of burning rubber and racing fuel. 售價(jià)：$Ramp。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。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。換言之YZ面必需是對(duì)稱面的面對(duì)稱。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。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?？蛇x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）。通常配重的最佳位置是外殼后部證對(duì)顯示器的地方。圖8．28是整個(gè)顯示盒的切面圖。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)。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)簡圖見圖3。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。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。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。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。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。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。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。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。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。廣州，素來以美食著稱。1）世界名勝主題：吃出身臨其境 以世界各國的風(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)。廣告主題：“自由飛行的體驗(yàn)?zāi)袉?？（一）?xiàng)目背景美國《時(shí)代》雜志稱，2015年前后發(fā)達(dá)國家將進(jìn)入休閑娛樂時(shí)代，“休閑娛樂在美國國民生產(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。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。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)。”模擬游戲的發(fā)展很快，模擬的各種事物也日益增多。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(fēng)景”經(jīng)營上的又一大特點(diǎn)。相信更是人們樂意接受的好事。而“體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)”在歐美發(fā)達(dá)國家已初現(xiàn)端倪，并越來越多地成為媒體和網(wǎng)絡(luò)上的熱門話題。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。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。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?？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，人的臂長為60—70cm。 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。這些參數(shù)將上傳到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)?！?76。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。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。③手套同手之間會(huì)發(fā)生滑移，影響精度。中間關(guān)節(jié)(PIP)和末端關(guān)節(jié)(DIP)只有1自由度。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。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。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)。我們準(zhǔn)備甩棱鏡來使從液晶顯示展出射—的光線偏折，從而使光線能以合適的角度人射到眼睛中。收差補(bǔ)正 如上所述由于無法求得近軸量，因此依式以像高作為補(bǔ)正對(duì)象再配合焦距計(jì)算。偏心棱鏡乃是刻意使光學(xué)面偏離光軸（簡稱離軸），傾斜結(jié)構(gòu)可使光路在無任何衰減情況下折疊，此外各面相互保持一定間隔，因此各光學(xué)面的折射力可大幅降低。要注意的是，該光學(xué)面的光軸必須是直線狀。（一）娛樂型頭盔顯示器實(shí)現(xiàn)方案對(duì)娛樂型頭盔顯示器的主要功能要求：（1） 較高的逼真度（沉浸感）；（2） 三維成像；（3） 價(jià)格較低。 與視覺和聲音反饋相比，觸摸反饋分析比較復(fù)雜。實(shí)物虛化是將現(xiàn)實(shí)世界的多維信息通過力、觸覺、聲音、熱等傳感器將光電能量轉(zhuǎn)換映射到計(jì)算機(jī)的數(shù)字空間生成相應(yīng)的虛擬世界。不過在廣東的各大電器城的貨架上只見SONY的PLM5而暫時(shí)還不見TAKA 的Dynovisor的影蹤。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個(gè)形象逼真的模型，人與該模型可以進(jìn)行交互操作，并產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)世界中相同的反饋信息，使人們得到與在現(xiàn)實(shí)世界中同樣的感受。例如，虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來的危險(xiǎn)；虛擬的外科手術(shù)，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成“病人”死亡的醫(yī)療事故；虛擬的飛機(jī)駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機(jī)墜毀的嚴(yán)重事故。如美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實(shí)時(shí)交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。正在開發(fā)一系列VR產(chǎn)品,主要是娛樂業(yè)方面的。 華盛頓大學(xué)華盛頓技術(shù)中心的人機(jī)界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（HIT Lab）在新概念的研究中起著領(lǐng)先作用，同時(shí)也在進(jìn)行感覺、知覺、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)控制能力的研究。 這三個(gè)“I”是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)基本特征,其中人的感受在整個(gè)系統(tǒng)中是最重要的，強(qiáng)調(diào)了人在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。3．多感知性。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)在當(dāng)今國際上倍受關(guān)注的課題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下三個(gè)基本特征：1．沉浸性。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格昂貴，難以普及推廣。NASA完成的一項(xiàng)著名的工作是對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。日本國際工業(yè)和商業(yè)部的工業(yè)科學(xué)和技術(shù)代辦處經(jīng)營的產(chǎn)品科學(xué)研究院開發(fā)了