虛擬現(xiàn)實chappt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 12:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來創(chuàng)建、終止、定位三維物體。 ?有 22個傳感器 ，每個手指三個彎曲傳感器和一個外展肌傳感器。拇指與小手指由一傳感器相連，手腕處有一傳感器。 ?一個高精度設備，能提供準確而連續(xù)的輸出。 CyberGlove 傳感手套 Data Glove CyberGlove CyberGrasp ?三維位置跟蹤器 ?傳感手套 ?立體鼠標 ?數(shù)據(jù)衣 ?立體顯示器 ?3D聲音生成器 ?觸覺和力覺反饋裝置 ?識別全身運動 ?對人體大約 50多個不同的關(guān)節(jié)進行測量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。 ?通過光電轉(zhuǎn)換，身體的運動信息被計算機識別。 ?光纖系統(tǒng) :大量光纖裝在一個緊身衣服上，能測量肢體的位臵，用計算機重建出圖象。 數(shù)據(jù)衣 問題 ?? ?人外形變化太大 ?需要使用多個空間跟蹤器： ?檢測肢體伸展狀況 ?檢測肢體的空間位置及方向 ?多個跟蹤器提高計算速度，達到實時性更加困難。 ?三維位置跟蹤器 ?傳感手套 ?立體鼠標 ?數(shù)據(jù)衣 ?立體顯示設備 ?3D聲音生成器 ?觸覺和力覺反饋裝置 立體顯示設備 ?立體顯示原理 ?常用立體顯示裝置 ?HMD ?BOOM ?立體眼鏡 ?立體投影顯示 ?3D顯示器 ?立體視覺：人眼感覺到空間立體感的主要原因； ?兩只眼睛之間存在一定的距離。 ?看物體時，兩只眼睛從不同的角度來看，看到的畫面是不完全一樣的，中間存在一定的差別（雙眼立體視覺），這個差別稱為 “ 視差 ” 。 ?大腦根據(jù)視差，產(chǎn)生物體遠近位臵的信息 ?這種信息的直觀表現(xiàn)即立體感。 （ 1）立體顯示原理 ?如果能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副具有視差的有區(qū)別的畫面，反映到大腦，就會產(chǎn)生立體感。 ?立體顯示設備就是為了實現(xiàn)這樣的一個過程。 ?首先，產(chǎn)生兩副具有視差的畫面 ?真實場景：用兩架照相機相距一定的距離同時拍攝即可得到具有視差的兩副畫面； ?3D游戲：通過計算來得到具有視差的兩副畫面。 ?然后：在顯示器上顯示出來 ?最后：讓左眼只看到左眼的畫面，右眼只看到右眼的畫面 ?立體圖的繪制 ?對同一場景用左右兩個視點分別計算其透視圖，產(chǎn)生兩幅具有一定視差的圖象； ?在虛擬環(huán)境中，用戶的視場在水平方向至少要有 110度，垂直方向 60度，還要有不小于 30度的雙目立體重疊 ?立體圖象的顯示： ?同時顯示左右兩幅圖象 稱為同時顯示技術(shù)（ timeparallel），是對兩幅圖象用不同的 光波長 顯示，用戶的眼睛片分別配以相應的 濾波片 ，使雙眼只能看到相應的圖象； 此技術(shù)在 20世紀 50年代被廣泛應用于立體電影放映中； ?立體圖象的顯示： ?以一定的頻率交替顯示兩幅圖象 稱為分時顯示技術(shù)（ timemultiplexed），兩幅圖象的交替頻率通常為 30Hz；同時為了保證每只眼睛只能看到各自相應的圖象，用戶通過以相同頻率同步切換的立體眼鏡來觀察圖象； ?應用 ?現(xiàn)代計算機圖形學和可視化領(lǐng)域中使用光柵顯示器，光柵顯示器的顯示方式和顯示內(nèi)容是無關(guān)的； ?分時顯示技術(shù)能夠容易地通過光柵顯示技術(shù)來實現(xiàn)，所以在立體圖的顯示中占據(jù)了主導地位。 （ 2）常用立體顯示器 ?立體眼鏡 ?HMD ?BOOM ?立體投影顯示 ?3D顯示器 ?立體眼鏡 ：保證用戶左右眼只能看到對應的左右視圖； ?包括：主動立體 眼鏡（有源立體眼鏡） 被動立體 眼鏡（無源立體眼睛） —— 立體眼鏡 ?立體眼鏡 ?主動（有源）立體眼鏡 ?鏡框上裝有電池及液晶調(diào)制器控制的鏡片； ?立體監(jiān)視器配有紅外線發(fā)射器，根據(jù)監(jiān)視器顯示左右眼視圖的頻率發(fā)射紅外控制信號； ?眼鏡的液晶調(diào)制器接收紅外控制信號 ?眼鏡接到紅外控制信號后，調(diào)制鏡片上液晶的通斷狀態(tài)，即控制左右鏡片的透明和不透明狀態(tài)； ?如監(jiān)視器顯示左眼視圖，發(fā)射紅外信號使右眼鏡片處于不透明狀態(tài)，左眼處于透明狀態(tài)，這樣輪流切換； ?圖象效果好，但價格昂貴； ?被動（無源）立體眼鏡 ?根據(jù)光的偏震原理設計，左右鏡片是兩片正交的偏震濾光片，分別只允許一個方向的偏震光通過 ?監(jiān)視器顯示屏前裝一同樣大小的液晶立體調(diào)制器 ?顯示器的左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分別透過左右鏡片，使左眼只能看到左視圖，右眼只能看到右視圖； ?無源立體眼鏡價格低廉，無須紅外發(fā)射器； —— 頭盔式立體顯示器（ HMD） ?頭盔式立體顯示器是 VR普遍采用的立體顯示器 ?是安裝在頭盔上的顯示裝置，頭盔顯示器戴在頭部，用機械方法固定，頭盔顯示器與頭之間不能有相對運動； ?頭盔式立體顯示器（ HMD） ?頭盔上裝有 位置跟蹤器 ，可實時測出頭部的位置和朝向，并輸入計算機； ?計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成反映當前位置和朝向的 場景圖象并顯示 在頭盔顯示器的屏幕上； ?用戶只能看到計算機生成的 虛擬世界 ，看不到其所處的現(xiàn)實世界，從而獲得沉浸感； ?頭盔顯示器的顯示屏不透明，距離人眼很近，需用專用的 光學系統(tǒng)（ LEEP系統(tǒng)） 使人眼能聚焦在如此近的距離又不易疲勞； 三維空間傳感器 HMD ? 基于 LCD的頭盔式顯示器 優(yōu)點：便宜 缺點： LCD分辨率有限 ? Eyephone頭盔式顯示器 使用單色的便攜 LCD電視顯示器，分辨率很低，顯示器是單色的。 ? LX型 Eyephone 圖象由寬角 FMT光學器件顯示。使用了Fresnel透鏡，比最初的 LEEP視覺系統(tǒng)輕。 ? VPL HRX型 Eyephone 是基于 LX型 Eyephone的彩色立體顯示系統(tǒng)。使用的 LCD大約有 350000個彩色象素，能夠顯示較高分辨率的圖象 ? Virtual Research的飛行頭盔 低分辨率，使用寬角度 LEEP系統(tǒng)。頭盔形式和舒適程度方面設計很好，整體舒適程度比其他大多數(shù)基于 LCD的頭盔式顯示器要好，重量相對要輕，容易保持平衡。 ? 基于 CRT的頭盔式顯示器 優(yōu)點： ?低成本 ?小規(guī)格 ?高分辨率 ?帶有光導纖維的頭盔式顯示器 CRT設備比 LCD有較高的分辨率，但很笨重。因為電子束直徑、點的聚焦和磷光體顆粒大小等原因影響 CRT的分辨率。 ?解決方法： ?使用一個大屏幕、高分辨率的 CRT作為圖象源，把它的圖象連接到頭盔式顯示器上 ?光導纖維用來把 CRT的圖象傳送給頭盔上的視覺系統(tǒng)。 ?優(yōu)點： ?能使用非常高分辨率的顯示源，卻不給頭部帶來重量上的難題。 —— BOOM ?LCD和 CRT的 HMD都會受到頭部跟蹤延遲的影響；延遲太大，使用戶產(chǎn)生不適感 ?需要有快速跟蹤機制和快速圖形繪制 ?NASA的研究與 VIEW項目結(jié)合產(chǎn)生了 “ 基于平衡 CRT的立體觀察器 CCSV”，它使用一個機械臂支撐 CRT ?CCSV的概念由 Fakespace公司發(fā)展為“ BOOM”（ Binocular OmniOrientational Monitor，雙目全方位監(jiān)視器） ?半投入式視覺顯示設備。
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