【正文】 配上一副頭盔顯示器（或三D目鏡），就能感受駕機(jī)。 至于接收部分就沒什么麻煩了，接收機(jī)12V供電，有視頻和音頻輸出，將接收機(jī)擺放在車頂上，接上12V電源和一部DV攝像機(jī)。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)。直升機(jī)成本可控制在1500元人民幣左右。遙控直升飛行器，可以用傳統(tǒng)的直升機(jī)改裝，但傳統(tǒng)的直升機(jī)成本較高，而且操作技術(shù)較為復(fù)雜。可以借助這一有力時機(jī)在國內(nèi)舉行一些活動，廣泛宣傳自由飛行的意義和價值，把我們的產(chǎn)品推向市場。明年年底（2003年12月）就是萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)的百年誕辰。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。而游戲擬真度越高，人們對真實(shí)事物的感知就越深刻、心理上的滿足感就越強(qiáng)，從這方面來講，擬真游戲可以讓你體驗(yàn)不同的人生經(jīng)歷和了解到自己想學(xué)而難以學(xué)到的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)。游戲擬真度的提高從某方面來講是出于人們的心理需要，人的一生中能夠接觸到的事情、學(xué)到的技能畢竟還在少數(shù)，而人們往往有對于未知世界探知的欲望和好奇心。”模擬游戲的發(fā)展很快，模擬的各種事物也日益增多。傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)中這些只是配角，而在數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)中，互動游戲、動態(tài)模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)等科技體驗(yàn)主宰了產(chǎn)業(yè)的命脈。所謂體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)，就是企業(yè)以服務(wù)為舞臺、商品為道具、圍繞消費(fèi)者創(chuàng)造出值得其回憶的活動。為什么我們要關(guān)注數(shù)字娛樂業(yè)？因?yàn)樗赡苁且环N全新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。最新發(fā)生的事實(shí)只能說明一件事，數(shù)字娛樂時代的大門正在打開。廣告主題：“自由飛行的體驗(yàn)?zāi)袉?？（一）?xiàng)目背景美國《時代》雜志稱，2015年前后發(fā)達(dá)國家將進(jìn)入休閑娛樂時代，“休閑娛樂在美國國民生產(chǎn)總值中將占有一半份額”，《時代》稱，新技術(shù)的發(fā)展趨勢將使數(shù)字娛樂超越傳統(tǒng)娛樂方式。主要買點(diǎn)：體驗(yàn)親自駕駛飛行的自由感覺，在海天之間翱翔、在白云之中慢步、與山鷹為伍、與大雁結(jié)隊(duì)。在感嘆世界萬種風(fēng)情和富有娛樂刺激氛圍的同時，也讓人浮想聯(lián)翩。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)。進(jìn)入餐廳，中央一處遮天蔽日的茂密森林里，一株古老的“翠絲”樹更像一位慈善的老祖母，用中、英文向人們呼喚環(huán)保。用餐后買一些紀(jì)念品，使一次消費(fèi)賦予了難忘的記憶，餐廳的品牌得以延伸。這種超現(xiàn)實(shí)的感覺所帶來的嶄新用餐體驗(yàn)，正是世界風(fēng)光主題餐廳獨(dú)到的“體驗(yàn)環(huán)球美景”的理念。叢叢的灌木、奇花異草點(diǎn)綴在一派蔥綠之中，還不時地看到大象、大猩猩、鸚鵡、樹蛙等熱帶雨林動物，并聽到它們發(fā)出聲音。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植物等為主題的專題投影是餐廳最大的賣點(diǎn)。用投影機(jī)打出風(fēng)景片，客戶進(jìn)入包間內(nèi)就有身臨其境的感覺。設(shè)有一個主大廳和多個以世界各國著名旅游勝地命名的高檔主題包間。相信更是人們樂意接受的好事。 “主題餐廳”的各種新奇另類的“主題”，將成為最大的賣點(diǎn)。而“主題餐廳”則注重營造就餐的氛圍，表現(xiàn)一定的文化內(nèi)涵?！俺浴闭饾u演變成一種文化消費(fèi)。近幾年來，人們生活逐漸富裕，周末和節(jié)假日一家?guī)卓谝黄鹕喜蛷d改善一下口味，是常有的事。廣州，素來以美食著稱。不需要作廣告就人滿為患了。發(fā)展之迅猛，令人嘡目。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。廣告主題：“讓人人都能周游世界” “到世界風(fēng)光主題餐廳，享受環(huán)球美景”（一） 項(xiàng)目背景隨著全球性的產(chǎn)品過剩，世界經(jīng)濟(jì)正在從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向服務(wù)經(jīng)濟(jì)和體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)過渡，休閑、旅游等體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)正在從原來的附屬產(chǎn)業(yè)向支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。可以做到讓觀眾在品嘗美味佳肴的同時，欣賞世界各國風(fēng)光，體驗(yàn)異國風(fēng)情，通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，與當(dāng)?shù)氐娜嗣窠涣?，仿佛置身于世界名勝美景之中?．世界風(fēng)景主題餐廳計(jì)劃要點(diǎn)：世界風(fēng)景主題餐廳是一種全新的集餐飲、娛樂、虛擬旅游于一體的現(xiàn)代主題餐廳。六． 虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目策劃上述的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品實(shí)施方案，如果要直接投入開發(fā)研制，需要較大的人力和資金，運(yùn)作起來有一定的風(fēng)險。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。另外這個問題也會引起用戶在水平方向運(yùn)動和在垂直方向運(yùn)動時感覺的不一致。特別是比較簡單的摩擦力和紋理的模擬，其效果與機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制算法的選擇有很大的關(guān)系。人的觸覺對動態(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。選用哪一種方案可根據(jù)設(shè)備所應(yīng)用的環(huán)境要求決定。5. 電機(jī)的安裝位置在水平多關(guān)節(jié)式機(jī)械結(jié)構(gòu)中，電機(jī)的安裝有兩種方案，一種是安裝在軸上，直接驅(qū)動機(jī)械臂；另一種是把電機(jī)安裝在基座上，通過一定的傳動裝置驅(qū)動機(jī)械臂。實(shí)際上在材料選擇方面，這兩項(xiàng)要求是矛盾的，所以只能在這兩項(xiàng)要求上折衷。實(shí)際上在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，這是很容易做到的。以圖2為機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)備能達(dá)到三個自由度的位置測量和力反饋。在計(jì)算的過程中，把垂直方向的力分解為平行于平行機(jī)構(gòu)和垂直于平行機(jī)構(gòu)的兩個力?？梢园蚜?yīng)變片安裝在平行機(jī)構(gòu)上。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。通過調(diào)整桿件的寬度和長度，這是很容易達(dá)到的。在水平方向上，機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率(1)由于受到電阻式應(yīng)變片的靈敏度限制，一般來說要求被測桿件的應(yīng)變率大于0．001。如圖3的平衡機(jī)構(gòu)，只需在設(shè)備的筆狀末端的根部貼上兩組力應(yīng)變片橋就可以測量出水平力。下面主要討論第二種方案。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，通過測量電路讀出應(yīng)變量從而計(jì)算出力的大小。一種方案是在設(shè)備的末端添加一個三維的傳感器。而力傳感器的選擇和安裝則比較困難，這是由于被測量的力比較小、設(shè)備的尺寸比較小而材料硬度比較高，這些都給力傳搏器的設(shè)計(jì)帶來困難。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。在控制過程中需要測量位置和力兩組參數(shù)，這兩組參數(shù)的測量情況將直接關(guān)系到控制效果。在垂直方向的運(yùn)動控制采用平行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中采用了如圖2所示的一種水平多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。這兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用在力反饋設(shè)備中，可以根據(jù)實(shí)際情況選用其中一種。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，重力的平衡還有利于減小摩擦力、慣性等。2．機(jī)械結(jié)構(gòu)的確定 機(jī)械結(jié)構(gòu)的確定主要從重力方面考慮，即減小電機(jī)所需平衡的重力?？紤]手腕在不同方向上的可達(dá)范圍不一樣，這個空間可以定為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。根據(jù)這三個層次，可以制訂設(shè)備的運(yùn)動空間。用戶的手在運(yùn)動的時候，可以分為三個層次。設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題1．運(yùn)動空間的確定運(yùn)動空間是設(shè)備的最基本特性，設(shè)備的其他所有特性的設(shè)計(jì)都取決于一定的運(yùn)動空間p1。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還與坐標(biāo)的計(jì)算有關(guān)。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。一般來說，要使用戶感覺到一個硬的、不動的虛擬墻壁表面，設(shè)備必須能提供20牛／厘米的力。所以設(shè)備只能盡量提高虛擬物體所能達(dá)到的硬度。 評價虛擬現(xiàn)實(shí)力反饋設(shè)備的一個重要標(biāo)準(zhǔn)是硬的虛擬物體必須感覺到堅(jiān)硬。軟物體的模擬涉及到物體的變形，這首先需要修改虛擬環(huán)境中虛擬物體數(shù)據(jù)庫，再進(jìn)行虛擬反饋力的計(jì)算，同時也要同步顯示虛擬物體的變形。2）用戶和虛擬物體接觸，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過計(jì)算，實(shí)現(xiàn)一定的反饋力。根據(jù)國外的一些相關(guān)研究，設(shè)備工程設(shè)計(jì)要求如下： 小回差（backdrive)：電機(jī)在減速器上的輸出回差最好小于0．5度； 小摩擦力：最好小于0．1N 小慣性：最好小于50克； 未平衡的重力??；最好小于0．5N。這要求設(shè)備能克服本身的重力、慣性、摩擦力等給用戶運(yùn)動帶來的阻礙。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，沒有接觸虛擬物體。要達(dá)到比較好的觸覺模擬效果，并保持系統(tǒng)的魯棒性，嵌入式系統(tǒng)最好有1k到5k的伺服頻率p1。其中機(jī)械部分對整個設(shè)備的性能影響非常大，它確定了設(shè)備的可達(dá)空間，控制方法的效率、反饋力的效果等。這些參數(shù)將上傳到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的要求1． 力反饋設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)整個力反饋設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以用圖1表示。另外國外產(chǎn)品只提供設(shè)備的接口，而對技術(shù)細(xì)節(jié)保密。目前國內(nèi)還沒有自行研制的虛擬現(xiàn)實(shí)力反饋設(shè)備的產(chǎn)品，大多科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)觸覺研究時所需的設(shè)備大都從國外購買，使研究工作受到限制。隨著人機(jī)交互接口智能化的進(jìn)一步發(fā)展，特別是關(guān)于視覺、聽覺的研究已經(jīng)取得一定成果之后，為了更真實(shí)地體現(xiàn)虛擬環(huán)境，提高人在虛擬環(huán)境中的“沉浸感”，觸覺就成為了一個重要的研究項(xiàng)目。另外根據(jù)試驗(yàn)分析，引起上述漂移的主要以下3個因素：機(jī)械零件之間裝配間隙及運(yùn)動回差；支座與手指之間相對滑移；手指復(fù)位的準(zhǔn)確性。176。176。～176。～+90176。試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表略。可以發(fā)現(xiàn)DIP的運(yùn)動范圍約為PIP的3/5～2/3。表中ⅠDIP表示Ⅰ指(拇指)DIP關(guān)節(jié)，而ⅡMPB指Ⅱ指(食指)MP關(guān)節(jié)彎曲數(shù)據(jù)，ⅡMPW指Ⅱ指MP關(guān)節(jié)內(nèi)收及外展數(shù)據(jù)。3．試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中列出了標(biāo)定試驗(yàn)的一些檢測數(shù)據(jù)，其中平均差值為差值欄的平均值；某兩次張(或握)手時檢測值的差稱為漂移。操作者可直接對虛擬三維手的模型進(jìn)行操作，同時圖形仿真可實(shí)時地跟蹤、顯示手指的復(fù)雜運(yùn)動。模型包括5個手指、17個關(guān)節(jié)。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，提供仿真時使用。在標(biāo)定時，操作者應(yīng)作兩個手勢［7］，使手指基本處于自然運(yùn)動的極限位置。在前面所述的式(2)中，a、b為未知量，標(biāo)定即確定a、b。在數(shù)據(jù)處理模塊中，我們將信號濾波，并把信號電壓值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。數(shù)據(jù)手套的可視化研究1．?dāng)?shù)據(jù)采集和標(biāo)定　　數(shù)據(jù)采集是將電位計(jì)的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，該數(shù)據(jù)用于表示手部的彎曲運(yùn)動。由于檢測擺動的電位計(jì)與所測關(guān)節(jié)不同軸，造成這2自由度的運(yùn)動耦合。通過計(jì)算，可解得Δβ。 圖4 自由度關(guān)節(jié) 圖5　計(jì)算用圖通過解算有運(yùn)動約束的非同心圓周運(yùn)動得到手指關(guān)節(jié)的位置。對手指運(yùn)動分析可知，指跟處可以擺動(外展、內(nèi)收)和轉(zhuǎn)動，即有2自由度；對機(jī)構(gòu)自由度分析可知，該機(jī)構(gòu)具有2自由度。圖4中G為用來檢測MP關(guān)節(jié)內(nèi)收及外展運(yùn)動的電位計(jì)；A為G上方鉸鏈；B為檢測MP關(guān)節(jié)彎曲運(yùn)動電位計(jì)；C、D是戴在P1指骨處的支座立軸及其上方鉸鏈；E為MP關(guān)節(jié)位置。同時，也為簡化數(shù)據(jù)處理和進(jìn)行線性標(biāo)定提供了重要的理論依據(jù)。在手指的運(yùn)動范圍內(nèi)，對式(2)進(jìn)行仿真，可得到一近似線形的曲線。圖3　單自由度關(guān)節(jié)運(yùn)動分析如下：a2=L21+h21　　　　γ1=arcsin(h1/a)　　b2=L22+h22　　　　γ2=arcsin(h2/a)由余弦定理　c2=x21+x222x1x2cosα式中α為電位計(jì)的測量角度，可求得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角ββ=360176。1）單自由度機(jī)構(gòu)檢測原理分析　　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。②手指關(guān)節(jié)角度的變化與傳感器輸出為線性關(guān)系。因此，我們設(shè)計(jì)了機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)用于檢測關(guān)節(jié)運(yùn)動。③手套同手之間會發(fā)生滑移，影響精度。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)手套采用光纖、導(dǎo)電油墨或FSR(導(dǎo)電橡膠)作為介質(zhì)依附在手套上作為傳感裝置的方法有3點(diǎn)不足：①手套的大小限制了手套的戴用者范圍。2．方案提出　　數(shù)據(jù)手套作為手的數(shù)字化輸入設(shè)備，用來檢測手指關(guān)節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角和手指間的相對轉(zhuǎn)角。④MP關(guān)節(jié)的內(nèi)收、外展約束。即一般MP關(guān)節(jié)的90176。②PIP關(guān)節(jié)的彎曲約束，即DIP的運(yùn)動都要引起PIP關(guān)節(jié)的運(yùn)動。約束可做如下分類：①關(guān)節(jié)運(yùn)動角度限制運(yùn)動類型。手的模型及其關(guān)節(jié)定義如圖1所示，并建立如圖2所示的坐標(biāo)系統(tǒng)。中間關(guān)節(jié)(PIP)和末端關(guān)節(jié)(DIP)只有1自由度。數(shù)據(jù)手套的原理、結(jié)構(gòu)和功能1．手的模型 人的手具有27自由度，其中6個為臂部自由度，表示手的位置和方向，掌部有21自由度。國內(nèi)這方面的研究剛剛開始 ，目前正在研究的有北京科技大學(xué)的FSR(Force sensoring resistor，力敏電阻)數(shù)據(jù)手套和北京理工大學(xué)的超聲波數(shù)據(jù)手套。在使用過程中，我們不得不利用這個天線插孔，這也就意味著，不管是什么信號，我們都必須把視頻信號轉(zhuǎn)換成普通的電視信號，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成天線插孔能接收的信號形式。為頭盔顯示器提供良好的視頻信號 為了能有效地使用頭盔顯示器，就必須給它提供視頻信號輸入，但因?yàn)槭前央娨暀C(jī)的部件用作顯示屏，所以我們就必須遷就它的要求。圖8．28是整個顯示盒的切面圖。光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該被放在盒子的底部，而LCD應(yīng)被固定在盒子的蓋子上，LCD上有個小孔可做此用。在上述兩種外殼形式中，液晶顯示屏和光學(xué)系統(tǒng)都是被裝在一個盒子里，盒子的前部看上去像圖8．27所示的那樣。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。把長片塑料彎成圖8．23所示的形狀(最容易的彎曲方法是用加熱槍加熱)，一旦塑料變?nèi)彳洠杆購澢狡谕男螤?，再對加熱區(qū)吹風(fēng)使其迅速變涼。一個像圖8．22所示的塑料框架被固定到帽圈上，這個框狀物由1／4英寸的ABS型厚塑料做成，可以在塑料公司買到這種塑料。不管用什么樣的框架，都希望能罩在眼睛的前方和周圍，使光線不會照在顯示器上。在體育用品商店里買一個很耐用的棒球頭盔，用尼龍帶子把裝有液晶屏和透鏡系統(tǒng)的白塞木框架固定到頭盔的帽沿上，圖．8．18示意了把透鏡／液晶屏組件固定到頭盔上的例子。通常配重的最佳位置是外殼后部證對顯示器的地方。3．制作頭盔顯示器的外殼 現(xiàn)在該開始有創(chuàng)造性的實(shí)踐了。頭盔顯示器經(jīng)過優(yōu)化后，對于瞳距范圍在60至80mm之間的大約90%的人是適合的，而對瞳距較大或較小的人而言就有些問題。我們需要確定的是當(dāng)同時注視顯示屏上的兩幅圖象時，它們是否