多媒體虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述-在線瀏覽
2025-02-23 05:32本頁面
【正文】 界 ? 虛擬世界是可交互的虛擬環(huán)境，是虛擬環(huán)境或給定仿真對象的全體。虛擬環(huán)境是由計算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的交互式視景仿真。虛擬環(huán)境還可用來評價一些物理仿真。不管應(yīng)用在何處，都要建立一個反映環(huán)境的幾何數(shù)據(jù)庫并將其存儲起來，在需要時可進(jìn)行實時調(diào)度和渲染。 （ 1）虛擬環(huán)境建模 ? CAD技術(shù)為虛擬現(xiàn)實提供了有效的建模手段。建模工具一般提供了廣泛的圖形庫支持。實時計算這些物理過程會帶來諸如系統(tǒng)延時等一些問題，在某些動畫序列中，復(fù)雜的動作可用簡單的模擬方法而不用復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述 （ 3）物理仿真 ? 在進(jìn)行物理仿真時，我們必須為物體設(shè)計一些支持其某些物理行為的程序。 （ 4）碰撞檢測 ? 在虛擬現(xiàn)實中，常用碰撞來模擬現(xiàn)實生活中的接觸、抓、移動和打擊等情形。 （ 5）交互模式 ? 為簡化人機(jī)界面，人們提出了許多新方法，發(fā)明了許多新設(shè)備，以及與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的新技術(shù)。例如，特征識別單元、視覺顯示單元、觸摸屏、光筆、游戲桿、拇指輪、壓感筆、便箋簿、數(shù)字化儀等都是與虛擬現(xiàn)實有關(guān)的設(shè)備和技術(shù)。 輸出設(shè)備可用于輸出有關(guān)虛擬環(huán)境的視覺信號、聲音信號和觸覺信號，包括頭盔顯示器、耳機(jī)和各種觸覺設(shè)備。用來支持虛擬現(xiàn)實的計算機(jī)能協(xié)調(diào)用戶提供的各種輸入信號，并向用戶輸出必要的圖形、聲音及觸覺數(shù)據(jù)?？煞譃橐曈X沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸和味覺沉浸等。目前有六種類型的設(shè)備可以實現(xiàn)對用戶的跟蹤。 2. 超聲波跟蹤器 ? 超聲波跟蹤器發(fā)出高頻超聲波脈沖，由裝在天花板上的三個接收器接收信號，通過延遲即可計算距離。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件 4. 慣性跟蹤器 ? 慣性跟蹤器采用機(jī)械方法，利用小型陀螺儀測量傾角、偏角和轉(zhuǎn)角。它利用攝像機(jī)獲取圖像，通過立體視覺計算確定目標(biāo)位置，并通過觀測多個參照點來確定目標(biāo)的表面指向。它是最易于使用但又最難開發(fā)的跟蹤器。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件 傳感器 1. 三維空間傳感器 ? 三維空間傳感器應(yīng)能實時地檢測出一個活動的物體在六個自由度上相對于某個固定物體的數(shù)值，即在 X、 Y、 Z坐標(biāo)上的位置值，以及圍繞 X、 Y、 Z軸的旋轉(zhuǎn)值。 2. 跟蹤球 ? 跟蹤球 (trackball)是一種檢測和控制相對位置和方向的傳感器，是用增量位置控制的方法實現(xiàn)的。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件 數(shù)據(jù)手套 ? 在虛擬現(xiàn)實中最常用的人機(jī)接口工具是數(shù)據(jù)手套，第一副數(shù)據(jù)手套是 1987年在 NASA(美國國家航空與宇宙航行局 )的支持下研制成功的，近年來已有了極大的改進(jìn)。數(shù)據(jù)手套比起傳統(tǒng)的鼠標(biāo)來，交互的區(qū)域更大，手的運動更自由。 數(shù)據(jù)手套可以把手勢轉(zhuǎn)化成計算機(jī)可識別的數(shù)據(jù)。 ? 視覺跟蹤、眼睛跟蹤和數(shù)據(jù)衣這些跟蹤系統(tǒng)也都在研制中。阻尼的大小由被抓物體的物理屬性決定。 2. 壓力反饋系統(tǒng) ? 當(dāng)一個虛擬物被用戶抓取時，一些虛擬環(huán)境系統(tǒng)要求真正的壓力反饋，來防止手穿過固體。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件 3. 表面壓力反饋裝置 ? 表面顯示的概念是把虛擬物體本身的表面提供給用戶的一個思想，而不是力的感知或與虛擬物體的接觸而產(chǎn)生的觸覺。目前這類表面壓力反饋裝置包括：點陣式表面壓力反饋裝置和 SPICE觸覺接口。圖像源在頭盔上的顯示器采用的是陰極射線管 (CRT)或液晶顯示 (LCD)設(shè)備。第二類頭盔的主要圖像源不在頭盔上。這種類型頭盔的主要缺點是與頭盔相連的光纜過重。要達(dá)到這個目標(biāo)，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件是基礎(chǔ)，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還要進(jìn)行大量而復(fù)雜的軟件設(shè)計。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 環(huán)境建模技術(shù) ? 環(huán)境建模技術(shù)是構(gòu)造虛擬場景模型的技術(shù)，它是構(gòu)造虛擬環(huán)境的核心技術(shù)。 （ 2）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的物體要有良好的可操縱性，當(dāng)用戶對其進(jìn)行操作時，物體必須能夠做出真實的反應(yīng)。 1. 幾何建模技術(shù) ? 幾何建模是用幾何圖形來構(gòu)造物體模型的方法。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 2. 物理建模技術(shù) ? 物理建模是在建模時考慮了物體的物理屬性的建模技術(shù)，這些物理屬性有質(zhì)量、慣性、變形等。 3. 行為建模技術(shù) ? 行為建模是對物體運動的處理和行為的描述。 4．虛擬現(xiàn)實建模 NURBS技術(shù) ? 許多工程設(shè)計，需要統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方法描述曲線和曲面。它既能與描述自由型曲線曲面的 B樣條方法相統(tǒng)一，又能精確表示二次曲線弧與二次曲面。紋理貼圖是既能增加繪制圖象的真實性，又不影響它們的基本幾何形狀的一種技術(shù)，沒有紋理的圖形顯得呆板和枯燥。 7. 聽覺建模技術(shù) ? 聽覺建模是使虛擬場景中具有準(zhǔn)確的聲源位置，并使聲音隨操作者位置的改變而實時改變的聲音系統(tǒng)構(gòu)造方法。常用的立體顯示技術(shù)有： 1. 彩色眼鏡法 2．偏振光眼鏡法 3．頭盔式立體顯示器 4．裸眼立體顯示技術(shù) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 三維虛擬聲重現(xiàn)技術(shù) ? 三維虛擬聲系統(tǒng)是在虛擬場景中使用戶能準(zhǔn)確地判斷出聲源位置、符合人們在真實世界中聽覺方式的聲音系統(tǒng)。 1. 聲音定位與跟蹤系統(tǒng) ? 利用不同聲源的聲音到達(dá)某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等可以進(jìn)行聲源定位與跟蹤。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 三維場景實時生成技術(shù) ? 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還要求圖像具有真實感和實時性，真實感是指物體的形狀、光學(xué)性質(zhì)、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置
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