【正文】 制了 頭盔式顯示器 （ HMD）， CRT式的。 ? 發(fā)表論文 “ A Head－ Mounted 3DDisplay”， 給 出了 HMD的設(shè)計(jì)要求、構(gòu)造原理和設(shè)計(jì)原型。 作用 ： 三維立體現(xiàn)實(shí)技術(shù)的奠基性成果 ?1970年： Ivan Sutherland 研制成功一個(gè)功能齊全的 HMD系統(tǒng)，加入力反饋和觸覺反饋裝置。 ?1984 NASA Ames虛擬行星探測(cè)實(shí)驗(yàn)室的McGreevy和 Humphries博士 開發(fā)了用于火星探測(cè)的 虛擬世界視覺系統(tǒng) ，能構(gòu)造火星表面的三維虛擬世界。 ?1993年 兩個(gè)值得注意的事件： ?借助虛擬系統(tǒng)的訓(xùn)練 ，美宇航員成功地完成了在航天飛機(jī)中的一些工作。 ?使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ，波音公司設(shè)計(jì)出了由 300萬個(gè)零件組成的波音 777飛機(jī)。 ?1996年 英國(guó)倫敦舉辦了世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)博覽會(huì)： 完全虛擬，基于 Inter，三維，互動(dòng) ?1996年 英國(guó)開通世界第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)球網(wǎng) 虛擬觀光、虛擬參觀、虛擬聽講、虛擬城市環(huán)境 ?進(jìn)入 21世紀(jì) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和應(yīng)用得以迅速發(fā)展，因素： ?計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展 ：計(jì)算速度，存儲(chǔ)空間，圖形硬件 ?計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展 ：軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ?實(shí)用輸入輸出設(shè)備的出現(xiàn) ： 虛擬現(xiàn)實(shí)的定義 一種人與通過計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境可自然交互的人機(jī)界面。 相關(guān)術(shù)語：人工現(xiàn)實(shí)（ Artificial Reality）、虛擬環(huán)境（ Virtual Environment）、賽伯空間(Cyberspace)等 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征 (1)沉浸性 : Immersion 又稱臨場(chǎng)感，讓用戶感到作為主角存在于 模擬環(huán)境中的真實(shí)程度，沉浸被通俗地解釋為 “身臨其境”。 (2)交互性 : Interactive 交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作 程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度 （包括實(shí)時(shí)性）。 (3)構(gòu)想性 :Imagination 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中人與虛擬環(huán)境的交互作用， 在本質(zhì)上意味著它不是預(yù)成性的而是生成性的， 不是因循的而是創(chuàng)造的， 虛擬技術(shù)三角形 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類 分類的依據(jù) ： 沉浸感程度的高低，交互方式與程度 四類 ： ?沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) ?桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) ?增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) ?分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 第一類：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 一種高級(jí)的，較理想的，沉浸感很強(qiáng)的系統(tǒng) 特點(diǎn) ： 1. 高度的實(shí)時(shí)性 2. 高度的沉浸感 3. 良好的系統(tǒng)集成度和整合性能 4. 良好的開放性 5. 支持多種輸入與輸出設(shè)備并行工作 常見的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) ： 1. 基于頭盔式顯示器的系統(tǒng) 2. 投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 3. 遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)） 基于頭盔式顯示器的系統(tǒng) 投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)（遙在系統(tǒng)） 第二類：桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 一種經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng) 硬件組成 ： PC、圖形工作站，通過屏幕 交互工具 ： 鍵盤，鼠標(biāo)，三維鼠標(biāo)，數(shù)據(jù)手套， 空間位置跟蹤器 特點(diǎn) ： 1. 沉浸感較差，易受干擾 2. 設(shè)備要求低 3. 成本低，易于實(shí)現(xiàn)，易于普及 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 常見的有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、VRML、桌面 CAD系統(tǒng) 特性：生動(dòng)的計(jì)算機(jī)圖形圖像場(chǎng)景、自然的人機(jī)交互、通用的圖形軟件平臺(tái) 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 渲染引擎技術(shù)： 1. VRML： VRML ( Virtual Reality Modeling Language ) 即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言 , 是一項(xiàng)和多媒體通訊 、 因特網(wǎng) 、 虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域密切相關(guān)的新技術(shù) , 用來描述一個(gè)目標(biāo)對(duì)象是如何呈現(xiàn)在 Web 上的 和 HTML 一 樣 , VRML 也是可由瀏覽器解釋的描述語言 , 只不過 VRML 不是描述成一個(gè) Page 的格式 ,而是描述成 3D環(huán)境和目標(biāo)的布局它的主要特征有三維性 、交互性 、動(dòng)態(tài)性 、實(shí)時(shí)性等。 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) QTVR QTVR是 QuickTime Virtual Reality 的簡(jiǎn)稱 ,它是美國(guó)蘋果公司開發(fā)的新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。概括地講是一種基于靜態(tài)圖象處理的,在微機(jī)平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 QTVR屬于桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的一種。雖然它是初級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ,但是它有其自身的特色與優(yōu)勢(shì) .它的出現(xiàn)使得往專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中的成本昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用普及有了廣闊的前景。 第三類：增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 一種將 真實(shí)世界 和 虛擬世界 組合在一起的系統(tǒng)。 將虛擬世界和真實(shí)世界疊加和組合，亦真亦幻。既可以減少計(jì)算量，又可以對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作。 特點(diǎn) ： 1. 真實(shí)世界和虛擬世界融為一體 2. 具有人機(jī)實(shí)時(shí)交互功能 3. 真實(shí)世界和虛擬世界在三維空間中融合 常見的增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) ： 1. 基于臺(tái)式圖形顯示器的系統(tǒng) 2. 基于單眼顯示器的系統(tǒng) 3. 基于光學(xué)透視式頭盔顯示器的系統(tǒng) 4. 基于視頻透視式頭盔顯示系統(tǒng) 虛擬演播室 第四類：分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) Distributed VR（ DVR） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)物 現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ) ： 平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展： 硬件、軟件 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展： TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬 件水平、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（路由交換設(shè)備、線路、發(fā)展的協(xié)議）、地域的普及等。 特點(diǎn) ： 1. 共享虛擬工作空間 、共享時(shí)鐘 ，允許用戶操縱虛擬世界中的對(duì)象 洽談 討論 設(shè)計(jì) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)構(gòu)成 實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、高分辨率顯示技術(shù) . (1)動(dòng)態(tài)環(huán)境建模 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng) 的虛擬環(huán)境模型。 (2)實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù) 三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，至少要保證圖形的刷新頻 率不低于 15幀 /秒，最好高于 30幀 /秒。提高刷新頻率是該技術(shù)的主要內(nèi)容。 (3)立體顯示和傳感器技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備過重、分辨率低、 延遲大、有線、跟蹤精度低、視場(chǎng)不夠?qū)?、眼睛容易疲勞等，因此有必要開發(fā)新的 三維顯示技術(shù)。 (4)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，即如何發(fā)揮想像力和創(chuàng)造性。選擇適 當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 (5)系統(tǒng)集成技術(shù) 由于 VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。 集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別 與合成技術(shù)等等。 硬件構(gòu)成 （ 1） 虛擬現(xiàn)實(shí)生成設(shè)備： 是一臺(tái)或多臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)，是帶有圖形加速器和 多條圖形輸出流水線的高性能圖形計(jì)算機(jī)。 （ 2） 感知設(shè)備： 感知設(shè)備是指將虛擬世界各類感知模型轉(zhuǎn)變?yōu)槿四? 接受的多通道刺激信號(hào)的設(shè)備。然而，相對(duì)成熟的感知 信息和生產(chǎn)和檢測(cè)技術(shù)僅有視覺、聽覺和力覺三種通道。 （ 3） 跟蹤設(shè)備： 跟蹤設(shè)備用于跟蹤并檢測(cè)位置和方位，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)中人機(jī)交互操作。 （ 4） 基于自然方式的人機(jī)交互設(shè)備： 應(yīng)用手勢(shì)、體勢(shì)、眼神以及自然語言的人機(jī)交互設(shè)備， 常見的有數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、眼球跟蹤器及語音綜合識(shí) 別裝置。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)硬件配置示意圖： 幾種常用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備： 1. 輸入設(shè)備： 3D位置跟蹤器、傳感手套、數(shù)據(jù)衣、三維鼠標(biāo)、跟蹤球、三維探針及三維操作桿等。 數(shù)據(jù)手套 三維鼠標(biāo) 幾種常用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備： 2. 輸出設(shè)備：立體顯示設(shè)備、 3D聲音生成器、觸覺和力反饋的裝置 快速響應(yīng)工作臺(tái) 頭盔顯示器 桌面立體顯示器 3D 眼 鏡 3D 眼 鏡 肉眼所看到的景像是一種具有層次、深度的立體影像。一般我們所謂 3D游戲，實(shí)際上并非真正的 3D； 顯示卡雖以 x、 y、 z軸來處理資料，然而輸出至屏幕時(shí)仍須再次轉(zhuǎn)換成 2D， 因?yàn)槠聊幌忍旒词?2D， 所以我們稱呼這種 3D為「平面 3D」。 讓我們先做個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，首先伸出您的一根手指頭，并凝視這根手指，然后閉上右眼、張開左眼；再來張開右眼、閉上左眼，仔細(xì)觀察左、右眼所見是否有些不同？這個(gè)不同即為「視差 (parallax)」。 立體 3D的技術(shù)即是要將這個(gè)「視差」持續(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來。因此為使觀賞者得以觀看真正立體，每個(gè)眼睛所看到景物必須與另一眼稍有不同。事實(shí)上，在真實(shí)生活里左、右眼所看到的景物即有些不同，而這理論即被應(yīng)用在立體3D科技之中。 3D 眼 鏡 液晶立體眼鏡 技術(shù)可以讓這個(gè)「視差」持續(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來。即由控制 IC送出立體訊號(hào) (左眼 右眼 左眼 右眼 依序連續(xù)互相交替重復(fù) )至屏幕，并同時(shí)送出同步訊號(hào)至液晶眼鏡使其同步切換左、右眼影像，換句話說，左眼看到左眼該看到的景像，右眼看到右眼該看到的景像。 液晶立體眼鏡為一穿透液晶鏡片，即由電路對(duì)液晶眼鏡開、閉的控制 ( 開：眼鏡鏡片全黑以便遮住一眼影像；閉：眼鏡鏡片為透明以便另一眼看到另一眼該看到的影像 )，液晶眼鏡即可模仿真實(shí)的狀況，使左、右眼畫面連續(xù)互相交替呈現(xiàn)在屏幕上，并同步配合液晶眼鏡，使眼睛看到正確畫面 左眼看到左眼、右眼看到右眼該看的影像，加上人眼的視覺暫留生理特性，如此就能看到真正立體 3D影像。 3D 眼 鏡 圖形顯示設(shè)備 個(gè)人圖形顯示設(shè)備 大型顯示設(shè)備 頭盔顯示器 手持式顯示器 地面支撐顯示設(shè)備 桌面支撐顯示設(shè)備 基于監(jiān)視器 基于投影 圖形顯示設(shè)備 個(gè)人圖形顯示設(shè)備 大型顯示設(shè)備 頭盔顯示器 手持式顯示器 地面支撐顯示設(shè)備 桌面支撐顯示設(shè)備 基于監(jiān)視器 基于投影 數(shù) 字 頭 盔 Olympus EyeTrek ProView ?立體專業(yè)級(jí)、 ?高分辨率： 1024 768 ?每目三 LCD ?19,000美元 ProView Datavisor ?立體專業(yè)級(jí)、 ?三單色 CRT輪流顯示 ?分辨率高： 1280 1024 ?35,000美元 圖形顯示設(shè)備 個(gè)人圖形顯示設(shè)備 大型顯示設(shè)備 頭盔顯示器 手持式顯示器 地面支撐顯示設(shè)備 桌面支撐顯示設(shè)備 基于監(jiān)視器 基于投影 NVIS公司的 SX ?LCD立體 ?高分辨率： 1280 1024 ?重量大 ?價(jià)格： 19,900美元 圖形顯示設(shè)備 個(gè)人圖形顯示設(shè)備 大型顯示設(shè)備 頭盔顯示器 手持式顯示器 地面支撐顯示設(shè)備 桌面支撐顯示設(shè)備 基于監(jiān)視器 基于投影 Boom3C ?機(jī)械跟蹤器：不受環(huán)境影響、低延遲，高分辨率 ?CRT高分辨率： 1280 1024 ?有運(yùn)動(dòng)死角，自由度受一定限制。 WindowVR ?單視場(chǎng)方式 ?LCD高分辨率： 1600 1200 ?電纜連接支撐，無空間限制 ?操作方便，直觀，適合用戶虛擬博物館、房間等漫游。 ?使用第三方跟蹤器（多用慣性跟蹤器）：延遲和噪聲問題 ?價(jià)格較便宜 圖形顯示設(shè)備 個(gè)人圖形顯示設(shè)備 大型顯示設(shè)備 頭盔顯示器 手持式顯示器 地面支撐顯示設(shè)備 桌面支撐顯示設(shè)備 基于監(jiān)視器 基于投影 桌面支撐的顯示設(shè)備的特點(diǎn) ?解決了 HMD、手持式和地面支撐設(shè)備的重量和慣性問題。 ?自由運(yùn)動(dòng)受到較大限制 ?分為：非自動(dòng)式立體顯示設(shè)備、自動(dòng)立體顯示設(shè)備 自動(dòng)立體顯示設(shè)備的特點(diǎn)： ?同一顯示面板上顯示圖像 ?必須借助特殊的光學(xué)鏡頭或照明機(jī)制，以產(chǎn)生圖像視差 ?根據(jù)是否跟蹤和適應(yīng)人頭部位置變化，可分為：主動(dòng)顯示和被動(dòng)顯示 非自動(dòng)立體顯示器： NuVision17/21立體掛屏 主動(dòng)顯示式 自動(dòng)立體顯示器： Virtual Window 主動(dòng)顯示式 自動(dòng)立體顯示器： Inition的 X3d 注 ：需要使用 X3D 軟件和播放器 Sharp X3D 被動(dòng)顯示式 自動(dòng)立