7虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件與軟件基礎(chǔ)77(編輯修改稿)
2025-01-30 23:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 量減少使用者的疲勞和不適感。（ 7）人的因素v 決定頭盔顯示器性能的很多參數(shù)之間是存在相互制約關(guān)系的。在設(shè)計(jì)和購買頭盔顯示器時(shí)，一定要將硬件的規(guī)格和參數(shù)、系統(tǒng)自身的應(yīng)用需求以及造價(jià)成本等多方面因素予以綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。 雙目全方位顯示器 (BOOM）vBOOM（ Binocu1ar Omni orientation Monitor） 是一種可移動式顯示器。 vBOOM的特點(diǎn)： 有兩個互相垂直的機(jī)械臂支撐、有實(shí)時(shí)的觀測和交互能力 。v BOOM的優(yōu)點(diǎn)： 分辨率高于 HMD， 且圖像柔和 ；系統(tǒng)延遲小，且不受磁場和超聲波背景噪音的影響；應(yīng)用方便靈活。vBOOM的缺點(diǎn)： 使使用者的運(yùn)動受限，這是因?yàn)樵诠ぷ骺臻g中心的支撐架造成了 “ 死區(qū) ” ，因此 BOOM的工作區(qū)要去除中心大約。 CRT終端 —— 液晶光閘眼鏡 工作原理： 由計(jì)算機(jī)分別產(chǎn)生左、右眼的兩幅圖像，經(jīng)過合成處理后，采用分時(shí)交替的方法顯示于 CRT終端上。用戶則佩帶一副與計(jì)算機(jī)相連的液晶光閘眼鏡，眼鏡的左、右鏡片在驅(qū)動電信號的作用下，將以與圖像顯示同步的速率交替 “開 ” （透光）、 “ 閉 ” （遮光），即當(dāng)計(jì)算機(jī)顯示左眼圖像時(shí)，右眼透鏡將被遮閉，而當(dāng)計(jì)算機(jī)顯示右眼圖像時(shí)，左眼透鏡則被遮閉。這樣做可以讓用戶的左、右眼分別只看到相應(yīng)的左、右圖像。根據(jù)雙目視差與深度距離的正比關(guān)系，人的視覺生理系統(tǒng)就可以自動將這兩幅視差圖像融合成一個立體視像了。 CRT終端液晶光閘眼鏡的優(yōu)缺點(diǎn)：n 相對于頭盔顯示器或 BOOM而言，液晶光閘眼鏡是一種非常廉價(jià)的立體顯示設(shè)備。它極其短促的光柵開／關(guān)時(shí)間和監(jiān)視器的高刷新率形成了無閃爍圖像，使得這種圖像比基于 LCD的頭盔顯示器要清晰得多，而且長時(shí)間觀察也不會令人疲倦。同時(shí)，立體眼鏡重量輕，使用舒適，其操作范圍最遠(yuǎn)可離監(jiān)視器 6m， 但是，由于光柵過濾器泄漏一部分光，所以使用者看到的圖像亮度不如普通屏幕好，且由于使用者沒有與顯示器相聯(lián)，無法感覺到是被虛擬世界包圍，因而沉浸感較差，通常只在桌面式 VR系統(tǒng)或一些多用戶的環(huán)境下應(yīng)用，例如科學(xué)可視化和極細(xì)微的外科手術(shù)等。 大屏幕投影 —— 液晶光閘眼鏡216。 將 CRT終端顯示改為大屏幕投影顯示就得大屏幕投影液晶光閘眼鏡。216。 用于投影的 CRT或數(shù)字投影機(jī)要求具有極高的亮度和分辨率，它適合于在較大的視野內(nèi)產(chǎn)生投影圖像的應(yīng)用需求。216。 美國芝加哥大學(xué)研制的 CAVE系統(tǒng)，構(gòu)造了一個由4面投影屏幕形成的立方體虛擬環(huán)境，又叫 “ 洞穴” 。各屏幕（背投式）同時(shí)顯示從某一固定觀察點(diǎn)看到的所有視像，由此提供一種全景式的環(huán)境。該系統(tǒng)需要復(fù)雜而昂貴的計(jì)算機(jī)投影控制系統(tǒng)：它通常采用球面大屏幕，投影機(jī)位于球心，具有與雙攝像機(jī)立體觀察器相同的俯仰和偏轉(zhuǎn)兩個位置，并始終保持以觀察者為正前方在球屏上相應(yīng)移動，從而形成一定的視景環(huán)繞感。大屏幕投影—（液晶光閘眼鏡）顯示 手?jǐn)?shù)字化設(shè)備 n 一般的跟蹤、探測設(shè)備都具有簡單、緊湊和易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但由于它們自身構(gòu)造的限制，使操作者手的活動自由度僅限于在桌上的一個小區(qū)域中，減弱了它與虛擬世界交互作用的直觀性。n VR技術(shù)的一項(xiàng)重大突破就是用手來代替鍵盤、鼠標(biāo)，作為人與計(jì)算機(jī)交互的一種重要手段。借助各種專用的手?jǐn)?shù)字化設(shè)備，操作者不但可以獲得大范圍的基于手勢的交互操作，同時(shí)通過感知單個手指的運(yùn)動還可以增加人在虛擬空間中的自由度和靈活性。 VPL數(shù)據(jù)手套n 數(shù)據(jù)手套的由來 ：最早的傳感手套是由 VPL公司開發(fā)的，叫做 DataGlove， 所以通常又把傳感手套叫做數(shù)據(jù)手套 。n 數(shù)據(jù)手套 由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。該系統(tǒng)包括位置 /方向傳感器和沿每個手指背部安裝的一組有保護(hù)套的光纖導(dǎo)線，它們檢測手指和手的運(yùn)動 。n DataGlove 的工作原理 ： 作為傳感器的 光纖 可以測量每個手指的彎曲和伸展 ； 磁性的 位置 /方向傳感器 則如同電磁跟蹤器一樣，這種傳感器測量手的絕對位置（ x， y， z） 和三個轉(zhuǎn)角方向（轉(zhuǎn)動、俯仰、搖擺）。 n 具體：作為傳感器的光纖可以測量每個手指的彎曲和伸展。每條光纖從控制器的線路板引出，經(jīng)過一長段軟管到達(dá)手套上的腕部固定器。從這里，光纖導(dǎo)線延伸到手指上，經(jīng)過手指的關(guān)節(jié)，然后回到腕部固定器和控制器。 在控制器內(nèi)部，每根光纖導(dǎo)線的一端配備一個發(fā)光二極管，而其另一端連接一個光傳感器。控制單元把從光傳感器那里接收到的能量轉(zhuǎn)變成電信號。當(dāng)彎曲手指時(shí)，發(fā)光二極管的光經(jīng)過光纖導(dǎo)線從導(dǎo)線保護(hù)套的裂縫或切口逸出。關(guān)節(jié)越彎曲，光纖逸出越多，到達(dá)光傳感器的光越少。光量的多少就反映了手指的彎曲程度。 計(jì)算機(jī)根據(jù)光電信號數(shù)據(jù)算出手指和關(guān)節(jié)彎曲的程度。每個手指最少有兩條光纖導(dǎo)線，一條檢測手指下部關(guān)節(jié)，另一條檢測手指中間關(guān)節(jié)。因?yàn)槟粗钢挥袃蓚€關(guān)節(jié)，大拇指上僅有一條光纖導(dǎo)線。為了增加檢測的準(zhǔn)確度，每個手指上可再增加一條或幾條光纖導(dǎo)線。但不論添加多少光纖導(dǎo)線，這種方法只能測量手指的活動。在 DataGlove中，第二個測量儀器是一個磁性的位置 /方向傳感器，如同在前面的電磁跟蹤器一樣，這種傳感器測量手的絕對位置（ x， y， z） 和三個轉(zhuǎn)角方向（轉(zhuǎn)動、俯仰、搖擺）。這兩種方法的結(jié)合使計(jì)算機(jī)能夠跟蹤手所作出的任何動作。 n DataGlove 的運(yùn)用 ： 數(shù)據(jù)手套由主機(jī)通過25條指令集進(jìn)行控制，測量十個關(guān)節(jié)（五個和手掌相連的指骨、一個大拇指關(guān)節(jié)和四個其他指骨關(guān)節(jié)），并有附加的傳感器來測量外展肌和小關(guān)節(jié)。數(shù)據(jù)記錄則以 30～ 60Hz的速率傳送。n 數(shù)據(jù)手套 有大、中、小三種型號的手套。當(dāng)安裝不正確的手套時(shí)需要頻繁地重新校正尺寸。n 用同步命令可以使用左、右手套。當(dāng)兩個跟蹤系統(tǒng)被同時(shí)使用時(shí)，我們就不得不對各自的傳輸器進(jìn)行改進(jìn) 。 PowerGlove手控器n PowerGlove手控器 是 Mattel為家庭視頻游戲市場而設(shè)計(jì)的，一般用于游戲機(jī)，現(xiàn)已停產(chǎn)。其性能比用于其他行業(yè)的同類產(chǎn)品要低得多。n PowerGlove使用基于有一恒定彈力塑料的張力測量儀（ Amtec公司生產(chǎn)這種包有 殊配方油墨的聚酯條透明物質(zhì)）。 n PowerGlove的原理 ：手是由安裝在手套背部的超聲發(fā)生器來定位的，它發(fā)出的超聲波由三個超聲波接收器輪流接收，并測得接收時(shí)間，最大測量范圍是 。 n PowerGlove的特點(diǎn) ：在手套上安裝一個控制板，板上有 “ 開始 ” 及四個方向鍵 。 CyberGloven CyberGlove是由 Virtex（ Virtual Technologies） 公司開發(fā)的，是 CyberCAD虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境中虛擬技術(shù)一個理想的接口設(shè)備，可被廣泛應(yīng)用來創(chuàng)建、終止、定位三維物體。n CyberGlove具有 22個傳感器，每個手指有三個彎曲傳感器和一個外展肌傳感器。它是一種高精度設(shè)備，能夠提供準(zhǔn)確而連續(xù)的輸出。n CyberGlove的特點(diǎn) ：（ 1） 傳感器輸出僅依賴手指關(guān)節(jié)的角度，而與關(guān)節(jié)的突出無關(guān)，因此每次戴手套時(shí)，校正數(shù)據(jù)均不變。（ 2）傳感器輸出和彎曲角度成線性關(guān)系，因此對于關(guān)節(jié)彎曲極點(diǎn)，分
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