人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備(編輯修改稿)
2025-02-14 02:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頭盔，計(jì)算機(jī)通過獲取吊臂的位置信息判斷觀察者的視點(diǎn)。 BOOM可以安裝高分辨率的彩色顯示器，取代了低分辨率的彩色液晶顯示器。 BOOM的六軸編碼裝置可以測(cè)量顯示設(shè)備的位置和方向信息，提供完全六自由度的感覺。 一般認(rèn)為 1024 1024或者 2048 2048規(guī)模的分辨率才會(huì)令用戶滿意，然而這樣規(guī)模的 LCD成本太高。華盛頓大學(xué)適人化界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，正在研制一種用激光束直接在視網(wǎng)膜上成象的顯示設(shè)備， 激光微型掃描器 的優(yōu)點(diǎn)包括光加權(quán)、非常高的分辨率及高亮度 。但是該系統(tǒng)必須能準(zhǔn)確地確定和跟蹤眼睛瞳孔的位置，并且能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出瞳孔移動(dòng)和焦距的變化。 Fake Space實(shí)驗(yàn)室提供了一種引人注目的解決 HMD辦法，精心設(shè)計(jì)的鋼鐵吊桿可用大量光學(xué)器件支持高分辨率的立體 CRT顯示器。高的終端產(chǎn)品在紅綠場(chǎng)系列顏色中支持 1000行以上的信息，這個(gè)吊桿提供機(jī)械支持并可進(jìn)行高速、準(zhǔn)確地跟蹤。 ?虛擬環(huán)境的軟件系統(tǒng) 在人機(jī)交互子系統(tǒng)的用戶界面后面，軟件系統(tǒng)必須維護(hù)一個(gè)虛擬世界的實(shí)時(shí)模型，該模型能模擬虛擬物體本身的運(yùn)動(dòng)和不同虛擬物體間的交互作用關(guān)系，系統(tǒng)同時(shí)還必須提供實(shí)時(shí)計(jì)算能力。 在虛擬環(huán)境系統(tǒng)的初期開發(fā)活動(dòng)中，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都使用程序員較熟悉的非實(shí)時(shí)的 UNIX來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。在 UNIX中任何操作都被看成是進(jìn)程，因而任何一個(gè)模擬的內(nèi)核都只能是一個(gè)進(jìn)程。如傳感器輸入、沖突檢測(cè)與控制、圖象生成、顯示輸出等等，這些進(jìn)程可以有高的優(yōu)先級(jí)，但這并不足以保證實(shí)時(shí)性。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，進(jìn)行一次循環(huán)需要一組固定數(shù)量的時(shí)鐘周期，或稱為一幀，使用固定的幀頻可簡(jiǎn)化微分方程的積分，但對(duì)模擬設(shè)計(jì)者卻提出了嚴(yán)格的要求。同樣實(shí)時(shí)模擬中的圖象生成也是基于固定的幀頻，以便為每個(gè)模擬幀產(chǎn)生一個(gè)新的視點(diǎn)。 虛擬環(huán)境軟件研究和實(shí)現(xiàn)中比較受重視的問題包括： ? 軟件特性 許多商品化的軟件系統(tǒng)可用于構(gòu)造一些簡(jiǎn)單而專用的虛擬環(huán)境，這種“ 虛擬環(huán)境外殼 ” 系統(tǒng)具有如下特征 : ? 可以 接收頭盔跟蹤信息； ? 提供跟蹤手套、指揮棒等驅(qū)動(dòng)和接收； ? 生成立體顯示； ? 接收并傳輸 CAD模型； ? 物理模擬的變化程度。 某些虛擬環(huán)境外殼也提供了詳細(xì)控制，即將虛擬物體對(duì)應(yīng)兩個(gè)以上的幾何模型，只要從觀察者的角度注意不到被縮減的多邊形，那么就可以用不太復(fù)雜的模型。有時(shí)面向軍事或野外應(yīng)用的外殼包括磁盤到 RAM的切換，以便接近觀察點(diǎn)時(shí)能產(chǎn)生新的地形區(qū)域，這是由于較大的地形通常含有幾百兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。 ? 工具 從零開始設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬環(huán)境軟件工具是不明智的。實(shí)際上很多成熟的模型和軟件工具以及數(shù)據(jù)可以利用，例如 3DS軟件、 AutoCAD等等。另外，盡可能的利用可從計(jì)算機(jī)網(wǎng)上得到的免費(fèi)軟件或許能夠做到事半功倍。例如 A1berL大學(xué)通過 E— mail提供 MR系統(tǒng)，華盛頓大學(xué)的適人化界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室也提出了 VEOS， 該程 序的源代碼可通過 FIP得到。 ? 設(shè)計(jì)和構(gòu)造虛擬世界 構(gòu)造虛擬世界的主要工作包括 模型化和描述生成 兩大部分。模型化是 對(duì)世界動(dòng)態(tài)性和交互性的抽象 ，描述生成主要 使用 CAD建造幾何模型的交互式構(gòu)造 。虛擬世界的建模應(yīng)在環(huán)境內(nèi)部變化還是在外部特性考慮尚未統(tǒng)一。 ? 利用外部 CAD ? 利用內(nèi)部 CAD ? 利用共享模型 ? 尋找合適的應(yīng)用對(duì)象 這是關(guān)系到虛擬環(huán)境技術(shù)能否長久發(fā)展的問題。在過去的若干虛擬環(huán)境研究開發(fā)項(xiàng)目中，成功的經(jīng)驗(yàn)是根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的具體情況研究開發(fā)針對(duì)性技術(shù)，然后在此基礎(chǔ)之上抽象出一般方法。在虛擬環(huán)境投資方面，軍事模擬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了民用，目前最成功的軍事虛擬環(huán)境系統(tǒng)是 SIMNET。 SMNET是 DARPA與美國空軍立項(xiàng)構(gòu)造的一個(gè)龐大的低成本網(wǎng)絡(luò)化軍隊(duì)訓(xùn)練環(huán)境原型，于 1989年完成，它的操作結(jié)點(diǎn)分布在美國和歐洲的約十個(gè)地點(diǎn)。為了構(gòu)造一個(gè)擁有幾萬個(gè)實(shí)時(shí)模擬器的網(wǎng)絡(luò)，美國波士頓 BBN公司 (SIMNET的主要設(shè)計(jì)單位 )決定采用 遠(yuǎn)程運(yùn)載工具近似 (RVA)技術(shù)，其中每個(gè)模擬器維護(hù)一個(gè)記錄 (稱為一個(gè) RVA)， 它實(shí)際上是其他模擬運(yùn)載工具的位置和速度的局部近似，同時(shí)每個(gè)模擬器保持其自身位置的 RVA。 在模擬幀期間，每個(gè)模擬器根據(jù)最新得到的速度矢量，通過改變位置更新所有的RVA， 當(dāng)重新計(jì)算動(dòng)態(tài)模型時(shí) (每秒 15次 )，將其運(yùn)載裝置的新位置與局部RVA位置比較，如果差值大于指定閾值，則網(wǎng)絡(luò)會(huì)收到新的方向和位置的廣播信息。 SIMNET獲得巨大成功的主要原因是由于研制者遵循了一條嚴(yán)格的約束策略，稱為 “求解 80％”或有時(shí)“求解 60％”。使用所有成熟的技術(shù)計(jì)算次優(yōu)解，不做任何要求苛刻的事。 迄今為止，所有實(shí)時(shí)軍事模擬器系統(tǒng)實(shí)際上都遵從共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，稱為分布式交互模擬 DIS， SIMNET也采用了這種協(xié)議，并已經(jīng)證明它很有效。 客觀上， SIMNET是個(gè)大型室內(nèi)游戲，網(wǎng)絡(luò)化是 SIMNET的重要特征，它為幾百個(gè)人提供了同時(shí)玩電視游戲的協(xié)同性，它的成功在于適人化界面，而不單純是技術(shù)方面的進(jìn)步。 ?虛擬環(huán)境用戶界面系統(tǒng) 菜單和窗口系統(tǒng)是虛擬環(huán)境系統(tǒng)中的主要用戶界面形式。 ? 用戶界面系統(tǒng)的研究 ? 信息空間的漫游 有三種不同意義下的漫游： ? 以樹狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的菜單樹中漫游 存在的問題是如何快速地從一個(gè)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)而既不會(huì)迷路也不必回朔到最近的相同祖先結(jié)點(diǎn)再到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。 ? 很好組織的異種數(shù)據(jù)庫中的漫游 根據(jù)對(duì)文字要求的理解，到多媒體數(shù)據(jù)庫中將所有與主題有關(guān)的錄象資料調(diào)出來，利用模式識(shí)別的方法找出要求的圖象。 ? 信息尚未被很好組織的 Inter上漫游 由于 Inter上信息是分布的和沒有統(tǒng)一組織的，因而如何快速和盡可能完整地找到自己所需要的數(shù)據(jù)，就需要很好的漫游策略。 自娛性在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中是一個(gè)很重要的概念。 由用戶規(guī)定目標(biāo)和內(nèi)容的工具稱為自娛工具 ， 電話和交互電視就是典型的實(shí)例。 非自娛工具是指目標(biāo)與內(nèi)容由權(quán)威來建立的工具，典型的是廣播電視。通過提供各種選擇，有線電視事實(shí)上已偏離了廣播電視的非自娛立場(chǎng)；錄
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