虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1、.：.；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述1什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)興起的一種新型信息技術(shù)，它與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)。它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，利用并綜合三維圖形動(dòng)技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等多種高科技的最新開(kāi)展成果，利用計(jì)算機(jī)等設(shè)備來(lái)產(chǎn)生一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等多種感官體驗(yàn)的虛擬世界，從而使處于虛擬世界中的人產(chǎn)生一種身臨其境的覺(jué)得。在這個(gè)虛擬世界中，人們可直接察看周圍世界及物體的內(nèi)在變化，與其中的物體之間進(jìn)展自然的交互，并能實(shí)時(shí)產(chǎn)生與真實(shí)世界一樣的覺(jué)得，使人與計(jì)算機(jī)融為一體。與傳統(tǒng)的模

2、擬技術(shù)相比，VR技術(shù)的主要特征是：用戶可以進(jìn)入到一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成的交互式的三維虛擬環(huán)境中，可以與之進(jìn)展交互。經(jīng)過(guò)參與者與仿真環(huán)境的相互作用，并利用人類本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知才干，協(xié)助 啟發(fā)參與者的思想，全方位地獲取事物的各種空間信息和邏輯信息。2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫技術(shù)的異同VR技術(shù)和三維動(dòng)畫技術(shù)有本質(zhì)的區(qū)別：三維動(dòng)畫技術(shù)是依托計(jì)算機(jī)預(yù)先處置好的途徑上所能看見(jiàn)的靜止照片延續(xù)播放而構(gòu)成的，不具有任何交互性，即不是用戶想看什么地方就能看到什么地方，用戶只能按照設(shè)計(jì)師預(yù)先固定好的一條線路去看某些場(chǎng)景，它給用戶提供的信息很少或不是所需的，用戶是被動(dòng)的；而VR技術(shù)那么截然不同，它經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)

3、時(shí)計(jì)算場(chǎng)景，根據(jù)用戶的需求把整個(gè)空間中一切的信息真實(shí)地提供應(yīng)用戶，用戶可依本人的道路行走，計(jì)算時(shí)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的場(chǎng)景，真正做到“想得到，就看得到。所以說(shuō)交互性是兩者最大的不同。下面來(lái)看一個(gè)運(yùn)用的實(shí)例。房地產(chǎn)展現(xiàn)是這兩個(gè)技術(shù)最常用的領(lǐng)域。在如今的運(yùn)用中，很多房地產(chǎn)公司采用三維動(dòng)畫技術(shù)來(lái)展現(xiàn)樓盤，其設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，方式固定，制造費(fèi)用高；而同時(shí)在國(guó)內(nèi)也曾經(jīng)有多家公司采用VR技術(shù)來(lái)進(jìn)展設(shè)計(jì)，其展現(xiàn)效果好，設(shè)計(jì)周期短，更重要的是，它是基于真實(shí)數(shù)據(jù)的科學(xué)仿真，不僅可到達(dá)普通展現(xiàn)的功能，而且還可以把業(yè)主帶入到未來(lái)的建筑物里觀賞，還可展現(xiàn)如門的高度、窗戶朝向、某時(shí)間的日照、采光的多少、樣板房的自我設(shè)計(jì)、與周圍環(huán)境的相

4、互影響等。這些都是三維動(dòng)畫技術(shù)所無(wú)法比較的。有關(guān)VR技術(shù)與三維動(dòng)畫技術(shù)的比較見(jiàn)表1-1。表1-1 比較工程VR技術(shù)三維動(dòng)畫技術(shù)科學(xué)性及場(chǎng)景的選擇性虛擬世界基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的模型組合而成，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)。支配者親身體驗(yàn)三維空間，可自在選擇察看途徑，有身臨其境的覺(jué)得 場(chǎng)景畫面根據(jù)資料或想像直接繪制而與真實(shí)的世界和數(shù)據(jù)有較大的差距，屬于演示類藝術(shù)作品。只能按預(yù)先假定的察看途徑觀看。實(shí)時(shí)交互性支配者可以實(shí)時(shí)感遭到運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的場(chǎng)景變化，具有雙向互動(dòng)的功能只能單向演示，場(chǎng)景變化的畫面需求事先制造生成 空間立體感支持立體顯示和三維立體聲，具有三維空間真實(shí)感 不支持演示時(shí)間沒(méi)有時(shí)間限制，可真實(shí)詳盡的展現(xiàn)，性價(jià)

5、比高 受動(dòng)畫制造時(shí)間限制，無(wú)法詳盡展現(xiàn)，性價(jià)比低 方案運(yùn)用的靈敏性支持方案調(diào)整、評(píng)價(jià)、管理、信息查詢等功能，同時(shí)又具有更真實(shí)直觀的演示功能 只具有簡(jiǎn)單的演示功能3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)展簡(jiǎn)史VR技術(shù)的開(kāi)展大致分為3個(gè)階段：20世紀(jì)50年代到70年代末，是VR 技術(shù)的探求階段；20世紀(jì)80年代初期到80年代中期，是VR技術(shù)系統(tǒng)化、從實(shí)驗(yàn)室走向適用的階段；20世紀(jì)80年代末期到達(dá)21世紀(jì)初，是VR技術(shù)高速開(kāi)展的階段。第一套具有VR思想的安裝是莫頓。海利希在1962年研制的稱為Senorama的具有多種感官刺激的立體電影系統(tǒng)，它是一套只能供個(gè)人觀看立體的設(shè)備，采用模擬電子技術(shù)與文娛技術(shù)相結(jié)合的全新技術(shù)，能

6、產(chǎn)生立體聲音效果，并能有不同的氣味，座位也能根據(jù)劇情的變化搖擺或振動(dòng)，觀看時(shí)還能覺(jué)得到有風(fēng)在吹動(dòng)。在隨后幾年中，艾凡.薩瑟蘭在麻省理工學(xué)院開(kāi)場(chǎng)頭盔式顯示器的研制任務(wù)，人們戴上這個(gè)頭盔式顯示器，就會(huì)產(chǎn)生身臨其境的覺(jué)得。研制者們于1970年研制出了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)。美國(guó)的Jaron Lanier在20世紀(jì)律80年代初正式提出了Virtual Reality 一詞。20世紀(jì)80年代,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列有關(guān)VR技術(shù)的研討,并獲得了令人矚目的研討成果。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,迅速開(kāi)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與不斷改良的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)相匹配，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲

7、音和圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)畫制形成為能夠，人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新，新穎、適用的輸入輸出設(shè)備不斷地涌入市場(chǎng)。4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成典型的VR系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、運(yùn)用軟件系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)等組成，如圖1-1所示。圖1-1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的普通構(gòu)成1.計(jì)算機(jī)在VR系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)擔(dān)任虛擬世界的生成和人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)。由于虛擬世界本身具有高度復(fù)雜性，尤其在某些運(yùn)用中，如航空航天世界的模擬、大型建筑物的立體顯示、復(fù)雜場(chǎng)景的建模等，使得生成虛擬世界所需的計(jì)算量極為宏大，因此對(duì)VR系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的配置提出了極高的要求。2.輸入輸出設(shè)備在VR系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)人與虛擬世界的自然交互，必需采用特殊的輸入輸出設(shè)備，以識(shí)

8、別用戶各種方式的輸入，并實(shí)時(shí)生成相應(yīng)的反響信息。3.VR的運(yùn)用軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)VR的運(yùn)用軟件系統(tǒng)可完成的功能包括：虛擬世界中物體的幾何模型、物理模型、行為模型的建立，三維虛擬立體聲的生成，模型管理技術(shù)及實(shí)時(shí)顯示技術(shù)，虛擬世界數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理等幾部分。虛擬世界數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存放整個(gè)虛擬世界中一切物體的各個(gè)方面的信息。圖1-2 典型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)造框圖5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征 VR技術(shù)有3個(gè)主要特征：沉浸性Immersion、交互性Interactivity和想像性Imagination，如圖1-3所示。圖1-31沉浸性沉浸性Immersion是指用戶感遭到被虛擬世界所包圍，好似完全置身于虛擬世界

9、中一樣。VR技術(shù)最主要的技術(shù)特征是讓用戶覺(jué)得本人是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，運(yùn)用戶由察看者變成參與者，沉浸其中并參與虛擬世界的活動(dòng)。理想的虛擬世界應(yīng)該到達(dá)運(yùn)用戶難以分辨真假的程度，甚至超越真實(shí)，實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)實(shí)更逼真的照明和音響效果。2交互性交互性Interactivity的產(chǎn)生，主要借助于VR系統(tǒng)中的特殊硬件設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、力反響安裝等，運(yùn)用戶能經(jīng)過(guò)自然的方式，產(chǎn)生同在真實(shí)世界中一樣的覺(jué)得。想像性想像性Imagination指虛擬的環(huán)境是人想像出來(lái)的，同時(shí)這種想像表達(dá)出設(shè)計(jì)者相應(yīng)的思想，因此可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的目的。所以說(shuō)VR技術(shù)不僅僅是一個(gè)媒體或一個(gè)高級(jí)用戶界面，同時(shí)它還是為處理工程、

10、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問(wèn)題而由開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)出來(lái)的運(yùn)用軟件。6VR技術(shù)的意義正是由于VR技術(shù)的廣泛運(yùn)用，并可以實(shí)現(xiàn)人與自然之間的調(diào)和交互，擴(kuò)展對(duì)信息空間的感知通道，提高人類對(duì)跨越時(shí)空事物和復(fù)雜動(dòng)態(tài)事件的感知才干，把計(jì)算機(jī)運(yùn)用提高到一個(gè)嶄新的程度，其作用和意義是非常重要的。首先是在觀念上的轉(zhuǎn)變，它使人們對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)用從“以計(jì)算機(jī)為主體變成“以人為主體。傳統(tǒng)的信息處置環(huán)境不斷強(qiáng)調(diào)的是“人順應(yīng)計(jì)算機(jī)，人與計(jì)算機(jī)通常經(jīng)過(guò)鍵盤與鼠標(biāo)進(jìn)展交互，這種交互是間接的，非直覺(jué)的和有限的。而VR技術(shù)的目的或理念是要逐漸使“計(jì)算機(jī)順應(yīng)人，人們要經(jīng)過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)以及形體、手勢(shì)或言語(yǔ)，參與到信息處置的環(huán)境中去，并獲得身

11、臨其境的體驗(yàn)。人們不意圖識(shí)到本人在同計(jì)算機(jī)打交道，而可以像在現(xiàn)實(shí)世界中處置事情一樣同計(jì)算機(jī)交流，這就把人從操作計(jì)算機(jī)的復(fù)雜任務(wù)中解放出來(lái)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)無(wú)需學(xué)習(xí)，操作也異常簡(jiǎn)單而方便。第二個(gè)轉(zhuǎn)變發(fā)生在哲學(xué)中人們對(duì)“虛和“實(shí)之間的辯證關(guān)系的了解上。虛和實(shí)的關(guān)系是一個(gè)古老的哲學(xué)話題。我們是處于真實(shí)的客觀世界中，還是只處于本人的感知世界中，不斷是唯物論和唯心論爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。以視覺(jué)為例，我們所看到的世界，不過(guò)是視網(wǎng)膜上的影像。過(guò)去，視網(wǎng)膜上的影像都是真實(shí)世界的反映，因此客觀的真實(shí)世界同客觀的感知世界是一致的。如今，VR導(dǎo)致了二重性，VR的景物對(duì)人的感官來(lái)說(shuō)是實(shí)真實(shí)在存在的，但它又的確實(shí)確是虛擬的東西，而且按

12、照虛擬的東西行事，往往又會(huì)得出正確的結(jié)果。因此這就引發(fā)了哲學(xué)上要重新認(rèn)識(shí)“虛和“實(shí)之間的關(guān)系的研討。7虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類在實(shí)踐運(yùn)用中，根據(jù)VR技術(shù)對(duì)沉浸程度的高低和交互程度的不同，將VR系統(tǒng)劃分了解4種類型：沉浸式VR系統(tǒng)、桌面式VR系統(tǒng)、加強(qiáng)式VR系統(tǒng)、分布式VR系統(tǒng)。其中桌面式VR系統(tǒng)因其技術(shù)非常簡(jiǎn)單，需投入的本錢也不高，在實(shí)踐運(yùn)用中較廣泛。1桌面式VR系統(tǒng)桌面式VR系統(tǒng)也稱窗口VR，見(jiàn)圖1-4所示，它是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)或圖形任務(wù)站等設(shè)備，采用立體圖形、自然交互等技術(shù)，產(chǎn)生三維立體空間的交互場(chǎng)景，利用計(jì)算機(jī)的屏幕作為察看虛擬世界的一個(gè)窗口，經(jīng)過(guò)各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的交互。桌面式VR系統(tǒng)

13、普通要求參與者運(yùn)用空間位置跟蹤定位設(shè)備和其他輸入設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套和6個(gè)自在度的三維空間鼠標(biāo)，運(yùn)用戶雖然坐在監(jiān)視器前，卻可以經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕察看360范圍內(nèi)的虛擬世界。在桌面式VR系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的屏幕是用戶察看虛擬世界的一個(gè)窗口，在一些VR工具軟件的協(xié)助 下，參與者可以在仿真過(guò)程中進(jìn)展各種設(shè)計(jì)。運(yùn)用的硬件設(shè)備主要是立體眼鏡和一些交互設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、空間位置跟蹤定位設(shè)備等。立體眼鏡觀看計(jì)算機(jī)屏幕中虛擬三維場(chǎng)景的立體效果，它所帶來(lái)的立體視覺(jué)能運(yùn)用戶產(chǎn)生一定程度的沉浸感。有時(shí)為了加強(qiáng)桌面式VR系統(tǒng)的效果，在桌面式VR系統(tǒng)中還可以參與專業(yè)的投影設(shè)備，以到達(dá)增大屏幕觀看范圍的目的。桌面式VR系統(tǒng)具有以下主要

14、特點(diǎn)：對(duì)硬件要求極低，有時(shí)只需求計(jì)算機(jī)或是添加數(shù)據(jù)手套、空間位置跟蹤定位設(shè)備等。短少完全沉浸感，參與者不完全沉浸，由于即使戴上立體眼鏡，依然會(huì)遭到周圍現(xiàn)實(shí)世界的干擾。運(yùn)用比較普遍，由于它的本錢相對(duì)較低，而且它也具備了沉浸式VR系統(tǒng)的一些技術(shù)要求。作為開(kāi)發(fā)者和運(yùn)用者來(lái)說(shuō)，從本錢角度思索，采用桌面式VR技術(shù)往往被以為是從事VR研討任務(wù)的必經(jīng)階段。圖1-4 桌面式VR系統(tǒng)2沉浸式VR系統(tǒng)沉浸式VR系統(tǒng)利用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等各種交互設(shè)備把用戶的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其他覺(jué)得封鎖起來(lái)，而運(yùn)用戶真正成為VR系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)參與者，并能利用這些交互設(shè)備操作和駕馭虛擬環(huán)境，產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的覺(jué)得見(jiàn)

15、圖1-5。沉浸式VR系統(tǒng)的根本組成如圖1-6所示。圖1-5沉浸式VR系統(tǒng)演示實(shí)例沉浸式VR系統(tǒng)的特點(diǎn)高度的沉浸感。沉浸式VR系統(tǒng)采用多種輸入與輸出設(shè)備來(lái)營(yíng)造一個(gè)虛擬的世界，并運(yùn)用戶沉浸于其中，同時(shí)還可以運(yùn)用戶與真實(shí)世界完全隔離，不受外面真實(shí)世界的影響。高度實(shí)時(shí)性。在虛擬世界中要到達(dá)與真實(shí)世界一樣的覺(jué)得，如當(dāng)人運(yùn)動(dòng)時(shí)，空間位置跟蹤定位設(shè)備需及時(shí)檢測(cè)到，并且經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，輸出相應(yīng)的場(chǎng)景變化，并且這個(gè)變化必需是及時(shí)的，延遲時(shí)間要很小。圖1-6 沉浸式VR系統(tǒng)的根本組成沉浸式VR系統(tǒng)的分類常見(jiàn)的沉浸式VR系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的VR系統(tǒng)、投影式VR系統(tǒng)、遙在系統(tǒng)。基于頭盔式顯示器采用頭盔式顯示器或

16、投影式VR系統(tǒng)是或投影式顯示系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完全投入。它把現(xiàn)實(shí)世界與之隔離，使參與者從聽(tīng)覺(jué)到視覺(jué)都能投入到虛擬環(huán)境中去。遙在系統(tǒng)是一種遠(yuǎn)程控制方式，常用于VR系統(tǒng)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)。3加強(qiáng)式VR系統(tǒng)加強(qiáng)式VR系統(tǒng)簡(jiǎn)稱加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也能看到疊加在真實(shí)世界上的虛擬對(duì)象，它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來(lái)的一種系統(tǒng)，既可減少構(gòu)成復(fù)雜場(chǎng)景的開(kāi)銷由于部分虛擬環(huán)境由真實(shí)環(huán)境構(gòu)成，又可對(duì)實(shí)踐物體進(jìn)展操作由于部分物體是真實(shí)環(huán)境。加強(qiáng)式VR系統(tǒng)有以下3個(gè)特點(diǎn)：真實(shí)世界和虛擬世界融為一體。具有實(shí)時(shí)人機(jī)交互功能。真實(shí)世界和虛擬世界是在三維空間中整合的。4分布式VR系統(tǒng)分布式VR系統(tǒng)是VR

17、技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)展和結(jié)合的產(chǎn)物，是一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)的虛擬世界中，位于不同物理位置的多個(gè)用戶或多個(gè)虛擬世界，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)銜接成共享信息的系統(tǒng)。DVR系統(tǒng)的目的是在沉浸式VR系統(tǒng)的根底上，將地理上分布的多個(gè)用戶或多個(gè)虛擬世界經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)銜接在一同，使每個(gè)用戶同時(shí)參與到一個(gè)虛擬空間里真實(shí)感三維立體圖形、立體聲，經(jīng)過(guò)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)與其他用戶進(jìn)展交互，共同體驗(yàn)虛擬閱歷，以到達(dá)協(xié)同任務(wù)的目的，它將虛擬提升到了一個(gè)更高的境界。VR系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在分布式世界中有2個(gè)方面的緣由：一方面是充分利用分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的強(qiáng)大計(jì)算才干；另一方面是有些運(yùn)用本身具有分布特性，如多人經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展游戲和虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)模擬等。分布式VR系統(tǒng)的特點(diǎn)：各用戶

18、具有共享的虛擬任務(wù)空間。偽實(shí)體的行為真實(shí)感。支持實(shí)時(shí)交互，共享時(shí)鐘。多個(gè)用戶可用各自不同的方式相互通訊。資源信息共享以及允許用戶自然支配世界中的對(duì)象。目前，分布式VR技術(shù)主要被運(yùn)用于遠(yuǎn)程虛擬會(huì)議、虛擬醫(yī)學(xué)會(huì)診、多人經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展游戲或虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)模擬見(jiàn)圖1-7所示等領(lǐng)域。圖1-7 虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)模擬虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研討現(xiàn)狀及研討方向VR技術(shù)領(lǐng)域幾乎是一切興隆國(guó)家都在大力研討的前沿領(lǐng)域，它的開(kāi)展速度非常迅速?；赩R技術(shù)的研討主要有VR技術(shù)與VR運(yùn)用兩大類。在國(guó)外VR技術(shù)研討方面研討得較好的有美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家。在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等單位在VR方面的研討任務(wù)開(kāi)展得比較早，成果也較

19、多。(1) 國(guó)外研討現(xiàn)狀 美國(guó)是VR技術(shù)的發(fā)源地，因此大多數(shù)研討機(jī)構(gòu)都在美國(guó)。美國(guó)宇航局NASA。Ames實(shí)驗(yàn)室不斷是許多VR技術(shù)思想的發(fā)源地。早在1981年，他們就開(kāi)場(chǎng)研討空間信息顯示，1984年又開(kāi)場(chǎng)了虛擬視覺(jué)環(huán)境顯示VIVED工程。后來(lái)，其研討人員Scott Fisher還開(kāi)發(fā)了虛擬界面環(huán)境(VIEW)任務(wù)站。Ames完善了HMD，并將VPL的數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品。目前，Ames把研討的重點(diǎn)放在對(duì)空間站支配的實(shí)時(shí)仿真上。北卡羅來(lái)納大學(xué)UNC對(duì)VR的研討主要在四個(gè)方面：分子建模、航空駕駛問(wèn)題、外科手術(shù)仿真、建筑仿真。他們處理了分子構(gòu)造的可視化，并已用于藥物和化學(xué)資料的研

20、討。Loma Linda大學(xué)醫(yī)學(xué)中心是一所經(jīng)常從事高難度或有爭(zhēng)議醫(yī)學(xué)工程研討的單位。他們勝利地將計(jì)算機(jī)圖形及VR的設(shè)備用于討論與神經(jīng)疾病相關(guān)的問(wèn)題。他們巧妙地將VPL的數(shù)據(jù)手套作為丈量手顫抖的工具，將手的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)地在計(jì)算機(jī)上用圖形表示出來(lái)，從而進(jìn)展分析診斷。施樂(lè)公司研討中心在VR領(lǐng)域主要從事利用VR技術(shù)建立“未來(lái)辦公室的研討。SRI研討中心主要從事定位光標(biāo)、視覺(jué)顯示器、光學(xué)部件、觸覺(jué)與力反響、三維輸入安裝及言語(yǔ)交互等研討。英國(guó)在VR技術(shù)的研討與開(kāi)發(fā)的某些方面，如分布式并行處置、輔助設(shè)備觸覺(jué)反聵設(shè)備等設(shè)計(jì)、運(yùn)用研討等方面，在歐洲是領(lǐng)先的。在德國(guó)，以德國(guó)FhG-IGD圖形研討所和德國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)中心

21、GMD為代表。它主要從事虛擬世界的感知、虛擬環(huán)境的控制和顯示、機(jī)器人遠(yuǎn)程控制、VR在空間領(lǐng)域的運(yùn)用、宇航員的訓(xùn)練、分子構(gòu)造的模擬研討等。德國(guó)的計(jì)算機(jī)圖形研討所IGD測(cè)試平臺(tái)，主要用于評(píng)價(jià)VR技術(shù)對(duì)未來(lái)系統(tǒng)和界面的影響，向用戶和消費(fèi)者提供通向先進(jìn)的可視化、模擬技術(shù)和VR技術(shù)的途徑。日本主要努力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫(kù)的研討，另外在VR游戲方面的研討也做了很多的任務(wù) 。東京大學(xué)的原島研討室開(kāi)展了3項(xiàng)研討：人類面部表情特征的提取、三維構(gòu)造的斷定和三維外形的表示以及動(dòng)態(tài)圖像的提取。東京大學(xué)的廣瀨研討室重點(diǎn)研討VR的可視化問(wèn)題。為了抑制當(dāng)前顯示和交互技術(shù)的局限性，他們開(kāi)發(fā)了一種虛擬全息系統(tǒng)。他們的成果有一

22、個(gè)類似CAVE的系統(tǒng)，用HMD在建筑群中遨游，制造出飛行仿真器等。筑波大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院研討了一些力反響顯示方法。他們開(kāi)發(fā)了9自在度的觸覺(jué)輸入器并開(kāi)發(fā)了虛擬行走原型系統(tǒng)，步行者只需腳上穿上全方向的滑動(dòng)安裝，他就能交替邁動(dòng)左腳和右腳。(2) 國(guó)內(nèi)研討現(xiàn)狀2003年，由浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，由浙江大學(xué)、中科院軟件所、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等結(jié)合申報(bào)的2002年度即973工程中的“虛擬現(xiàn)實(shí)的根底實(shí)際、算法及其實(shí)現(xiàn)獲同意立項(xiàng)。對(duì)虛擬環(huán)境的建立、自然人機(jī)交互、加強(qiáng)式VR、分布式VR、VR在產(chǎn)品創(chuàng)新中的運(yùn)用等技術(shù)進(jìn)展結(jié)合攻關(guān)。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)展VR研討的機(jī)構(gòu)之一，他

23、們首先進(jìn)展了一些根底知識(shí)方面的研討，并著重研討了虛擬世界中物體物理特性的表示與處置，在VR中的視覺(jué)接口方面開(kāi)發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法。他們還實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬世界網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上VR研討論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供VR演示世界，提供用于飛行員訓(xùn)練的VR系統(tǒng)，提供開(kāi)發(fā)VR系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程銜接。開(kāi)發(fā)了直升機(jī)虛擬仿真器、坦克虛擬仿真器、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境察看器、計(jì)算機(jī)兵力生成器。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)VR和臨場(chǎng)感的方面進(jìn)展了研討，例如球面屏幕顯示和圖像隨動(dòng)、抑制立體圖閃爍的措施和深度感實(shí)驗(yàn)等方面都具有不少獨(dú)特的方法。他們還針對(duì)室內(nèi)環(huán)境中程度特征

24、豐富的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺(jué)圖像中對(duì)應(yīng)程度特征呈現(xiàn)外形一致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維構(gòu)造的新穎算法。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)及其臨場(chǎng)感等方面進(jìn)展了大量研討，其中有不少方案和方法都獨(dú)具特征，比如球面屏幕顯示和圖像隨動(dòng)、抑制立體圖閃爍的措施和深度感實(shí)驗(yàn)測(cè)試等。北京科技大學(xué)勝利開(kāi)發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的三維圖形非常逼真，虛擬環(huán)境與真實(shí)的駕駛環(huán)境幾乎沒(méi)有什么差別，因此投入運(yùn)用后效果良好。西安交通大學(xué)信息工程研討所對(duì)VR中的關(guān)鍵技術(shù)立體顯示技術(shù)進(jìn)展了研討。他們?cè)诜治鋈祟愐曈X(jué)特性的根底上提出了一種基于JPEG規(guī)范緊縮編碼的新方案，并獲得了較高的緊縮比、信噪比以及解壓速度，并且

25、曾經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方案的優(yōu)越性。2004年南京大學(xué)成立了南京大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與教學(xué)媒體研討中心，對(duì)VR技術(shù)及運(yùn)用進(jìn)展研討，并把重點(diǎn)放在虛擬體育仿真、數(shù)字文化遺產(chǎn)維護(hù)和自然人機(jī)交互等方面。國(guó)內(nèi)在VR方面有較多研討成果的其他單位還有國(guó)防科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研討所、西北大學(xué)、山東大學(xué)、大連海事大學(xué)和香港中文大學(xué)等。(3) 目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的局限性 硬件設(shè)備的局限性1.相關(guān)設(shè)備普遍存在運(yùn)用不方便、效果不佳等情況2.硬件設(shè)備種類有待進(jìn)一步擴(kuò)展3.VR系統(tǒng)運(yùn)用的相關(guān)設(shè)備價(jià)錢也比較昂貴且局限性很大 軟件的局限性從軟件上來(lái)說(shuō)，如今大多數(shù)VR軟件普遍存在言語(yǔ)專業(yè)較強(qiáng)，通用性較差

26、，易用性差等問(wèn)題。同時(shí)，由于硬件設(shè)備的諸多局限性，使得軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用也非常宏大，并且軟件所能實(shí)現(xiàn)的效果遭到時(shí)間和空間的影響較大，很多算法及許多相關(guān)實(shí)際也不成熟。 運(yùn)用的局限性從運(yùn)用上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段VR技術(shù)的主要運(yùn)用在軍事領(lǐng)域較多，在各高?？蒲蟹矫孑^多，在教育領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。未來(lái)的開(kāi)展應(yīng)努力向民用方向開(kāi)展，并在不同的行業(yè)發(fā)揚(yáng)作用。 效果的局限性1.虛擬世界的表示偏重幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型。2.在虛擬世界的感知方面，有關(guān)視覺(jué)合成研討多，聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)力覺(jué)關(guān)注較少，真實(shí)性與實(shí)時(shí)性缺乏。3.在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語(yǔ)音識(shí)別等人工智能方面的效果還遠(yuǎn)不能

27、令人稱心。4VR技術(shù)的研討方向 感知研討領(lǐng)域在聽(tīng)覺(jué)方面應(yīng)加強(qiáng)聽(tīng)覺(jué)模型的建立，提高虛擬立體聲的效果，并積極開(kāi)展非聽(tīng)覺(jué)研討；在觸覺(jué)方面，要開(kāi)發(fā)各種用于人類觸覺(jué)系統(tǒng)的根底研討和VR觸覺(jué)設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械安裝。 人機(jī)交互界面開(kāi)展獨(dú)立于運(yùn)用系統(tǒng)的交互技術(shù)和方法的研討，建立軟件技術(shù)交換機(jī)構(gòu)以支持代碼共享、重用和軟件投資，并鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)通用型軟件維護(hù)工具。 高效的VR軟件和算法 積極開(kāi)發(fā)滿足VR技術(shù)建模要求的新一代工具軟件及算法、虛擬現(xiàn)實(shí)建模言語(yǔ)的研討、復(fù)雜場(chǎng)景的快速繪制及分布式VR技術(shù)的研制。 廉價(jià)的VR硬件系統(tǒng)VR技術(shù)的主要研討方向是在外部空間的適用跟蹤技術(shù)、力反響技術(shù)、嗅覺(jué)技術(shù)及面向自然的交互硬件設(shè)備

28、。 智能虛擬環(huán)境智能虛擬環(huán)境是虛擬環(huán)境和人工智能與人工生命兩種技術(shù)的結(jié)合。它涉及多個(gè)不同窗科，包括計(jì)算機(jī)圖形、虛擬環(huán)境、人工智能與人工生命、仿真、機(jī)器人等。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互設(shè)備三維交互設(shè)備用于把各種信息輸入計(jì)算機(jī)，并向用戶提供相應(yīng)的反響，它們是使參與者能以人類自然技術(shù)與虛擬環(huán)境交互的必要工具。根據(jù)傳感渠道以及在功能和目的上的不同，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三維交互設(shè)備主要被分為三維跟蹤傳感設(shè)備、立體顯示設(shè)備、人機(jī)交互設(shè)備以及系統(tǒng)集成設(shè)備等幾大類。1VR的三維跟蹤傳感設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在三維空間中與人交互的技術(shù)，為了能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取人的動(dòng)作信息，需求有各類高精度、高可靠的跟蹤、定位設(shè)備。例如，為了感知參

29、與者的視野，需求跟蹤察看者頭部的位置和方向；為了在虛擬環(huán)境中挪動(dòng)物體或參與者的身體，就要跟蹤察看者各肢體的位置，包括從手到全身各部位的位置等。因此，必需求研制與三維交相互順應(yīng)的跟蹤安裝如圖2-1所示，而這種實(shí)時(shí)跟蹤以及交互安裝主要依賴于傳感器技術(shù)，它是VR系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間溝通的極其重要的通訊手段，是實(shí)時(shí)處置的關(guān)鍵技術(shù)。圖2-1 Polhemus的Fastrak跟蹤定位器VR的各種運(yùn)用根本上都是采用跟蹤用戶頭部或手的運(yùn)動(dòng)，也有監(jiān)測(cè)運(yùn)用者的眼睛即視野或面部表情的系統(tǒng)。常用的跟蹤傳感技術(shù)主要有電磁波、超聲波、機(jī)械、光學(xué)和圖像提取等幾種方法，它們被廣泛地運(yùn)用在頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等三維交互設(shè)備的功能

30、設(shè)計(jì)中。1電磁波跟蹤器這是一種最為常用的跟蹤器，它運(yùn)用一個(gè)信號(hào)發(fā)生器3個(gè)正交線圈組產(chǎn)生低頻電磁場(chǎng)，然后由放置于接納器中的另外三組正交線圈組擔(dān)任接納，經(jīng)過(guò)獲得的感生電流和磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的9個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算被跟蹤物體的位置和方向如圖2-2所示。電磁波跟蹤器體積小、價(jià)錢廉價(jià)、用戶運(yùn)動(dòng)自在，而且敏感性不依賴于跟蹤方位，但是其系統(tǒng)延遲較長(zhǎng)，跟蹤范圍小，且準(zhǔn)確度容易受環(huán)境中大的金屬物體或其他磁場(chǎng)的影響。圖2-2 交流電磁跟蹤系統(tǒng)的任務(wù)原理2超聲波跟蹤器超聲波跟蹤器的任務(wù)原理是發(fā)射器發(fā)出高頻超聲波脈沖頻率20kHz以上后，由接納器計(jì)算收到信號(hào)的時(shí)間差、相位差或聲壓差等，就可以跟蹤物體的間隔 和方位了。超聲波跟蹤器的性

31、能適中，本錢低廉，而且不會(huì)受外部磁場(chǎng)和大塊金屬物質(zhì)的干擾。但是，它的敏感性卻容易受接納器的方位和空氣密度的影響。按照丈量方法的不同，超聲波位置跟蹤技術(shù)通?？梢苑譃閮纱箢?，它們是飛行時(shí)間丈量法和相位相關(guān)丈量法。其中，聲波飛行時(shí)間跟蹤是經(jīng)過(guò)丈量聲波的飛行時(shí)間延遲來(lái)確定間隔 的。它同時(shí)運(yùn)用多外發(fā)射器和接納器，以便獲得一系列的間隔 量，從而計(jì)算出準(zhǔn)確的位置和方向。這種方法具有較好的準(zhǔn)確度和呼應(yīng)性，但容易遭到外界噪音脈沖的干擾，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率還會(huì)隨著監(jiān)測(cè)范圍的擴(kuò)展而降低，因此比較適用于小范圍內(nèi)的操作環(huán)境。相位相關(guān)跟蹤那么是經(jīng)過(guò)比較基準(zhǔn)信號(hào)和傳感器監(jiān)測(cè)到的發(fā)射信號(hào)之間的相位差來(lái)確定間隔 的。由于相位可被延

32、續(xù)丈量，因此這種方法具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率。同時(shí)，多次的濾波還可以保證系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的精度、呼應(yīng)性以及耐久性等，而不遭到外界噪聲的干擾。3光學(xué)跟蹤器光學(xué)跟蹤也是一種較為常見(jiàn)的跟蹤技術(shù)。這種跟蹤器可以運(yùn)用自然光、激光或紅外線等作為光源，但為防止干擾用戶的察看視野，目前多采用紅外線方式。與電磁波和超聲波這兩種跟蹤器相比，光學(xué)系統(tǒng)的可任務(wù)范圍小，但其數(shù)據(jù)處置速度、呼應(yīng)性都非常好，因此較適用于頭部活動(dòng)范圍相當(dāng)受限、但要求具有較高刷新率和準(zhǔn)確率的實(shí)時(shí)運(yùn)用。4其他空間跟蹤系統(tǒng) 機(jī)械跟蹤器 慣性跟蹤器 圖像提取跟蹤器2VR的立體顯示設(shè)備對(duì)虛擬世界的沉浸感主要依賴于人類的視覺(jué)感知，因此三維立體視覺(jué)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的第一

33、傳感通道。雖然桌面式VR系統(tǒng)中可以運(yùn)用普通的計(jì)算機(jī)屏幕作為顯示設(shè)備，但它卻不能提供大視野、雙眼的立體視覺(jué)效果。因此，我們需求一些專門的立體顯示設(shè)備來(lái)加強(qiáng)用戶在虛擬環(huán)境中視覺(jué)沉浸感的逼真程度?，F(xiàn)階段常用的顯示設(shè)備主要有立體眼鏡、頭盔式顯示器、雙目全方位顯示器、大屏幕投影等。1頭盔式顯示器頭盔式顯示器HMD是VR系統(tǒng)中普通采用的一種立體顯示設(shè)備，它通常安裝在頭部，并用機(jī)械的方法固定，頭與頭盔之間不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在HMD上配有空間位置跟蹤定位設(shè)備，能實(shí)時(shí)檢測(cè)出頭部的位置，VR系統(tǒng)能HMD的屏幕上顯示出反映當(dāng)前位置的場(chǎng)景圖像。它通常由兩個(gè)LCD或CRT顯示器分別向左右眼提供圖像，這兩個(gè)圖像由計(jì)算機(jī)分別

34、驅(qū)動(dòng)的，兩個(gè)圖像間存在著微小的差別，類似于“雙眼視差。經(jīng)過(guò)大腦將兩個(gè)圖像交融以獲得深度感知，得到一個(gè)立體的圖像。HMD可以將參與者與外界完全隔離或部分的隔離，因此已成為沉浸式VR系統(tǒng)與加強(qiáng)式VR系統(tǒng)不可短少的視覺(jué)輸出設(shè)備，圖2-3為兩種頭盔式顯示器。圖2-3 Virtual Research V8 和Proview60兩種頭盔式顯示器2雙目全方位顯示器BOOMBOOM是一種可挪動(dòng)式顯示器。它由兩個(gè)相互垂直的機(jī)械臂支撐，這不僅讓運(yùn)用者可以在半徑約2米的球面空間內(nèi)自在挪動(dòng)，還能將顯示器的分量加以巧妙的平衡而使之一直堅(jiān)持程度，不受平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)影響。在支撐臂上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處都有位置跟蹤器，因此BOOM和頭

35、盔顯示器一樣有實(shí)時(shí)的觀測(cè)和交互才干。與頭盔顯示器相比，BOOM采用高分辨率的CRT顯示器，因此其分辨率高于HMD，且圖像柔和。BOOM的位置及方向跟蹤是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)械臂節(jié)點(diǎn)角度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此其系統(tǒng)延遲小，且不受磁場(chǎng)和超聲波背景噪音的影響。雖然它的沉浸感稍差些，但運(yùn)用這種設(shè)備可以自在的進(jìn)出虛擬環(huán)境，運(yùn)用者只需把頭從觀測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)開(kāi)，就分開(kāi)虛擬環(huán)境而進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界，因此具有方便靈敏的運(yùn)用特點(diǎn)。BOOM的缺陷是運(yùn)用者的運(yùn)動(dòng)受限，這是由于在任務(wù)空間中心支撐架呵斥了“死區(qū)。圖2-4是一種用于設(shè)計(jì)核潛艇的BOOM顯示器。圖2-4 用于設(shè)計(jì)核潛艇的BOOM顯示器3CRT終端液晶光閘眼鏡CRT終端液晶光閘眼鏡立體

36、視覺(jué)系統(tǒng)的任務(wù)原理是：由計(jì)算機(jī)分別產(chǎn)生左、右眼的兩幅圖像，經(jīng)過(guò)合成處置后，采用分時(shí)交替的方法顯示于CRT終端上。用戶那么佩戴一副與計(jì)算機(jī)相連的液晶光閘眼鏡，眼鏡的左、右鏡片在驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的作用下，將以與圖像顯示同步的速率交替“開(kāi)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)，左眼透鏡那么被遮閉。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)雙目視差與深度間隔 的正比關(guān)系，人的視覺(jué)生理系統(tǒng)就可以自動(dòng)將這兩幅視差圖像交融成一個(gè)立體視像了如圖2-5所示。圖2-5 CRT終端液晶光閘眼鏡顯示CRT終端液晶光閘眼鏡相對(duì)于頭盔顯示器和BOOM的特點(diǎn)： 設(shè)備價(jià)

37、錢低、分量輕運(yùn)用、溫馨。 比頭盔顯示器的構(gòu)成的圖像明晰 圖像亮度不如普通屏幕好 沉浸感較差。4大屏幕投影液晶光閘眼鏡此設(shè)備要求用于投影的CRT或數(shù)字投影機(jī)要求具有極高的亮度和分辨率，它適宜于在較大的視野內(nèi)產(chǎn)生投影圖像的運(yùn)用需求如圖2-6所示。例如美國(guó)芝加哥大學(xué)研制的CAVE系統(tǒng)。它構(gòu)造了一個(gè)由4面投影屏幕構(gòu)成的立方體虛擬環(huán)境，又被稱為“洞穴。各屏幕背投式同時(shí)顯示從某一固定察看點(diǎn)看到的一切視像，由此提供一種全景式的環(huán)境。該系統(tǒng)需求復(fù)雜而又昂貴的計(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)立體察看器一樣的俯仰和偏轉(zhuǎn)兩個(gè)位置，并一直堅(jiān)持以察看者為正前方在球屏上相應(yīng)挪動(dòng)，從

38、而構(gòu)成一定的視景環(huán)繞感。投影式VR系統(tǒng)對(duì)一些公眾場(chǎng)所中很理想的，例如藝術(shù)館或文娛中心，由于參與者幾乎不需求任何公用硬件，而且還允許很多人同時(shí)享用一種虛擬現(xiàn)實(shí)的閱歷。圖2-6 大屏幕投影液晶光閘眼鏡顯示5三D顯示器三D顯示器不需求用戶戴上專門的眼鏡也能察看到立體的圖像。這項(xiàng)技術(shù)不同于普通顯示器中的發(fā)射與反射類型，如圖2-7所示，它把光源從顯示器的下面向上發(fā)射，經(jīng)過(guò)顯示器內(nèi)部的發(fā)射與折射，運(yùn)用戶能看到立體的圖像。這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)顯示器周圍的環(huán)境沒(méi)有任何嚴(yán)厲的要求。這種顯示器目前面臨的主要問(wèn)題是制造本錢太高，因此尚未商品化，它屬于新發(fā)明，在未來(lái)有希望成為三維可視化的一種理想顯示工具。圖2

39、-7 三D顯示器3虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互設(shè)備普通的跟蹤、探測(cè)設(shè)備都具有簡(jiǎn)單、緊湊和易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但由于它們本身構(gòu)造的限制，使操作者手的活動(dòng)自在度僅限于在桌上的一個(gè)小區(qū)域中，減弱了它與虛擬世界交互作用的直觀性。VR技術(shù)的一項(xiàng)艱苦突破就是用手來(lái)替代鍵盤、鼠標(biāo)，作為人與計(jì)算機(jī)交互的一種重要手段。借助各種公用的設(shè)備替代鍵盤、鼠標(biāo)，作為人與計(jì)算機(jī)交互的一種重要手段，操作者不但可以獲得大范圍的基于手勢(shì)的交互操作，同時(shí)可以經(jīng)過(guò)身體的各個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)來(lái)感知，添加了人在虛擬空間中的自在度和靈敏性。1數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套Data Glove是VPL公司在1987年推出的一種傳感手套的專有稱號(hào)。到如今，數(shù)據(jù)手套是一種被廣泛

40、運(yùn)用的傳感設(shè)備，它是一種戴在用戶手上的虛擬的手，用于與VR系統(tǒng)進(jìn)展交互，可在虛擬世界中進(jìn)展物體抓取、挪動(dòng)、裝配、支配、控制，并把手指伸屈時(shí)的各種姿態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)用程序來(lái)識(shí)別出用戶的手在虛擬世界中操作時(shí)的姿態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在實(shí)踐運(yùn)用中，數(shù)據(jù)手套還必需配有空間位置跟蹤定位設(shè)備，檢測(cè)手的實(shí)踐位置和方向。如今曾經(jīng)有多種傳感數(shù)據(jù)手套問(wèn)世，它們之間的區(qū)別主要在于采用的傳感器不同。目前典型的數(shù)據(jù)手套有以下幾種：VPL數(shù)據(jù)手套VPL數(shù)據(jù)手套是由輕質(zhì)的富有彈性的Lycra資料制成.它采用光纖作為傳感器,用于丈量手指關(guān)節(jié)的彎曲程度.采用光纖作為傳感器是由于光纖體積小、分量輕，可方便地

41、安裝在手套上。數(shù)據(jù)手套的規(guī)范配置是每個(gè)手指上有兩個(gè)傳感器控制裝在手指反面的兩條光纖環(huán)，一副數(shù)據(jù)手套就裝有10個(gè)傳感器，用來(lái)丈量手指主要關(guān)節(jié)的彎曲程度。賽伯手套賽伯手套Cyber Glove是為把美國(guó)手語(yǔ)翻譯成英語(yǔ)所設(shè)計(jì)的。在手套上織有多個(gè)由兩片應(yīng)變電阻片組成的傳感器，它在任務(wù)時(shí)檢測(cè)成對(duì)的應(yīng)變片電阻變化。當(dāng)手指彎曲時(shí)一片遭到擠壓，另一片遭到拉伸，使兩個(gè)電阻片的電阻分別發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)電橋換算出相應(yīng)的電壓變化，再把此數(shù)據(jù)量送入到計(jì)算機(jī)中處置，從而檢測(cè)到各手指的彎曲形狀。 DHM手套這是一金屬構(gòu)造的傳感手套，通常安裝在用戶的手臂上，其安裝及裝配過(guò)程相對(duì)比較煩瑣，在每次運(yùn)用前需進(jìn)展調(diào)整。在每個(gè)手指上安裝

42、有4個(gè)位置傳感器，共采用20個(gè)霍爾傳感器安裝在手的每個(gè)關(guān)節(jié)處。DHM傳感手套呼應(yīng)速度快、分辨率高、精度高，但價(jià)錢較高。常用于精度要求較高的場(chǎng)所。2數(shù)據(jù)衣 數(shù)據(jù)衣是采用與數(shù)據(jù)手套同樣的原理制成的，數(shù)據(jù)衣是為了讓VR系統(tǒng)識(shí)別全身運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的輸入安裝。它將大量的光纖安裝在一件緊身衣上，可以檢測(cè)人的四肢、腰部等部位的活動(dòng)，以及各關(guān)節(jié)如手腕、肘關(guān)節(jié)彎曲的角度。它能對(duì)人體的大約50多個(gè)不同的關(guān)節(jié)進(jìn)展丈量，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將身體的運(yùn)動(dòng)信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)展圖像重建，如圖2-8所示，目前，這種設(shè)備正處于研發(fā)階段，由于每個(gè)人的身體差別較大，存在著如何協(xié)調(diào)大量傳感器之間實(shí)時(shí)同步性能等各種問(wèn)題，但隨著科技的提高，此種設(shè)備

43、必將有較大的開(kāi)展。數(shù)據(jù)衣主要運(yùn)用在一些復(fù)雜環(huán)境中，對(duì)物體進(jìn)展的跟蹤和對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的跟蹤與捕捉。圖2-8 數(shù)據(jù)衣3三維控制器 三維空間鼠標(biāo)三維空間鼠標(biāo)3D Mouse可以完成虛擬空間中6自在度的操作，其任務(wù)原理是在鼠標(biāo)內(nèi)部安裝超聲波或電磁發(fā)射器，利用配套的接納設(shè)備可檢測(cè)到鼠標(biāo)在空間中的位置與方向。三維空間鼠標(biāo)與其他設(shè)備相比其本錢低，常駐運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。 力矩球力矩球Space Ball的中心是固定的，并裝有6個(gè)發(fā)光二極管，球有一個(gè)活動(dòng)的外層，也裝有6個(gè)相應(yīng)的光接納器。當(dāng)運(yùn)用者用手對(duì)球的外層施加力或力矩時(shí)，根據(jù)彈簧形變的法那么，6個(gè)光傳感器測(cè)出3個(gè)力和3個(gè)力矩的信息，并將信息傳送計(jì)算機(jī)，即可計(jì)

44、算出虛擬空間中某物體的位置和方向等。力矩球通常被安裝在固定平臺(tái)上，可以用手作改動(dòng)、擠壓、壓下、拉出、來(lái)回?fù)u擺等操作，它采用發(fā)光二極管和光接納器來(lái)丈量力，經(jīng)過(guò)安裝在球中心的幾個(gè)張力器來(lái)丈量出手施加的力，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3個(gè)平移運(yùn)動(dòng)和3個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的值送入計(jì)算機(jī)中，如圖2-9所示。力矩球的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單而且耐用；缺陷是可以支配物體，但在選取物體時(shí)不夠直觀，在運(yùn)用前普通要進(jìn)展培訓(xùn)與學(xué)習(xí)。圖2-9 力矩球4三維模型數(shù)字化儀三維模型數(shù)字化儀又稱三維掃描儀或三維掃描數(shù)字化儀，是一種先進(jìn)的三維模型建立設(shè)備，利用CCD成像、激光掃描等手段實(shí)現(xiàn)物體模型的取樣，同時(shí)經(jīng)過(guò)配套的矢量化軟件對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)展數(shù)字化，如圖2-1

45、0所示。它特別適宜于建立一些不規(guī)那么三維物體模型，如人體器官和骨胳模型、出土文物、三維數(shù)字模型的建立等，在醫(yī)療、動(dòng)植物研討、文物維護(hù)等VR運(yùn)用領(lǐng)域有寬廣的運(yùn)用前景。圖2-10 三維模型數(shù)字化儀掃描石膏像三維模型數(shù)字化儀的任務(wù)原理是：由三維模型數(shù)字化儀向被掃描的物體發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)攝像機(jī)從每個(gè)角度掃描并記錄下物體各個(gè)面的輪廓信息，安裝在其上的空間位置跟蹤定位設(shè)備也同步記錄下三維模型數(shù)字化儀的位置及方向的變換信息，將這些數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)中，再采用相應(yīng)的軟件進(jìn)展處置，得到與物體對(duì)應(yīng)的三維模型。4VR硬件的系統(tǒng)集成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中通常包括大量需求處置各種設(shè)備的感知信息、模型和數(shù)據(jù)，因此，建立一個(gè)以計(jì)算機(jī)為中

46、心，將多種I/O交互設(shè)備協(xié)調(diào)組合在一同的硬件平臺(tái)，是VR系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的中心，必需具有足夠強(qiáng)大的功能才干完成實(shí)時(shí)處置、數(shù)據(jù)輸入/輸出、虛擬境界的管理和生成等功能。它一方面要保證虛擬三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示，盡量減少延遲，另一方面還要協(xié)調(diào)各種I/O交互設(shè)備之間的任務(wù)，以確保系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的性能，見(jiàn)圖2-11。圖2-11 某一VR硬件集成系統(tǒng)的組成第三章 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)與軟件VR系統(tǒng)的目的是由計(jì)算機(jī)生成虛擬世界，用戶能與之進(jìn)展視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等全方位交互。要到達(dá)這種目的，除了需求有一些專業(yè)的硬件設(shè)備，還必需有較多的相關(guān)技術(shù)及軟件加以保證。如要到達(dá)察看一個(gè)

47、三維場(chǎng)景，并且隨視角不同能實(shí)時(shí)顯示變化的場(chǎng)景圖像。我們知道只需設(shè)備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必需有相應(yīng)的緊縮算法等技術(shù)相支持，由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)VR系統(tǒng)除了需求功能強(qiáng)大的硬件設(shè)備支持以外，對(duì)其相關(guān)的軟件和技術(shù)也提出了較高要求。1環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境的建立是VR技術(shù)的中心內(nèi)容，虛擬環(huán)境是建立在建模根底之上的，只需設(shè)計(jì)出反映研討對(duì)象的真實(shí)有效的模型，VR系統(tǒng)才有可信度。虛擬環(huán)境建模的目的是獲取實(shí)踐環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)用的需求，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。VR系統(tǒng)中環(huán)境的建模技術(shù)與其圖形建模技術(shù)相比，主要特點(diǎn)表如今以下3個(gè)方面： = 1 * GB3 虛擬環(huán)境中可以有很多物體，往往需求建造大量完全

48、不同類型的物體模型。 = 2 * GB3 虛擬環(huán)境中有些物體有本人的行為，而其他圖形建模系統(tǒng)中普通只需構(gòu)造靜態(tài)的物體，或是物體簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)。 = 3 * GB3 虛擬環(huán)境中的物體必需有良好的支配性能，當(dāng)用戶與物體進(jìn)展交互時(shí)，物體必需以某種適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)作出反響。VR系統(tǒng)包括三維視覺(jué)和三維聽(tīng)覺(jué)建模等。在當(dāng)前運(yùn)用中，環(huán)境建模普通主要是三維視覺(jué)建模。三維視覺(jué)建模又是可分為幾何建模、物理建模、行為建模等。幾何建模是基于幾何信息來(lái)描畫物體模型的建模方法，它處置對(duì)物體的幾何外形的表示，研討圖形數(shù)據(jù)構(gòu)造的根本問(wèn)題；物理建模是涉及物體的物理屬性；行為建模是反映研討對(duì)象的物理本質(zhì)及其內(nèi)在的任務(wù)機(jī)理。1幾何建模技術(shù)幾

49、何建模技術(shù)主要研討對(duì)象是對(duì)物體幾何信息的表示與處置，它是涉及表示幾何信息數(shù)據(jù)構(gòu)造，以及相關(guān)的構(gòu)造與支配數(shù)據(jù)構(gòu)造的算法建模方法。幾何建模通常采用以下4種方法： = 1 * GB3 利用VR工具軟件來(lái)進(jìn)展建模。如：OpenGL、Java3D、VRML等。 = 2 * GB3 直接從某些商品圖形庫(kù)中選購(gòu)所需的幾何圖形，這樣可以防止直接用多邊形或三角形拼構(gòu)某個(gè)對(duì)象外形時(shí)煩瑣的過(guò)程，也可節(jié)省大量的時(shí)間。 = 3 * GB3 利用常用建模軟件來(lái)進(jìn)展建模。如AutoCAD、3DSMAX、 Softimage、Pro/E等，用戶可交互式地創(chuàng)建某個(gè)對(duì)象的幾何圖形。 = 4 * GB3 直接利用VR編輯器。如Di

50、mension公司的VRT3和Division公司的Amaze等都具有這種功能。2物理建模技術(shù)建模技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)展的產(chǎn)物是物理建模，也就是在建模時(shí)要思索對(duì)象的物理屬性。典型的物理建模技術(shù)有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。 分形技術(shù)分形技術(shù)是指可以描畫具有自類似特征的數(shù)據(jù)集。自類似的典型例子是樹，假設(shè)不思索樹葉的區(qū)別，當(dāng)我們接近樹梢時(shí)，樹的樹梢看起來(lái)也像一棵大樹，由相關(guān)的一組樹梢構(gòu)成的一根樹枝，從一定的間隔 察看也像一棵大樹。當(dāng)然，由樹枝構(gòu)成的樹從適當(dāng)?shù)拈g隔 看時(shí)自然也是棵樹。雖然，這種分析并不非常準(zhǔn)確，但比較接近。這種構(gòu)造上的自類似稱為統(tǒng)計(jì)意義上的自類似。自類似構(gòu)造可用于復(fù)雜的不規(guī)那么外形物體的建模。該技術(shù)

51、首先被用于河流和山體的地理特征建模。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)，我們可利用三角形來(lái)生成一個(gè)隨機(jī)高度的地形模型。取三角形三邊的中點(diǎn)并按順序銜接起來(lái)，將三角形分割成4個(gè)三角形，在每個(gè)中點(diǎn)隨機(jī)地賦予一個(gè)高度值，然后，遞歸上述過(guò)程。我們就可產(chǎn)生相當(dāng)真實(shí)的山體。分形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單的操作就可以完成復(fù)雜的不規(guī)那么物體建模，缺陷是計(jì)算量太大，不利于實(shí)時(shí)性。因此，在VR系統(tǒng)中普通僅用于靜態(tài)遠(yuǎn)景的建模。 粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)是一種典型的物理建模系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)是用簡(jiǎn)單的體素完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)建模。所謂體素是用來(lái)構(gòu)造物體的原子單位，體素的選取決議了建模系統(tǒng)所能構(gòu)造的對(duì)象范圍。粒子系統(tǒng)由大量稱為粒子的簡(jiǎn)單體素構(gòu)成，每個(gè)粒子具有位置

52、、速度、顏色和生命期等屬性，這些屬性可根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算和隨機(jī)過(guò)程得到。在VR系統(tǒng)中，粒子系統(tǒng)常用于描畫火焰、水流、雨雪、旋風(fēng)、噴泉等景象及動(dòng)態(tài)的物體建模。3行為建模技術(shù)行為建模擔(dān)任物體的運(yùn)動(dòng)和行為的描畫。假設(shè)說(shuō)幾何建模是VR建模的根底，行為建模那么真正表達(dá)出VR的特征。一個(gè)VR系統(tǒng)中的物體假設(shè)沒(méi)有任何行為的反響，那么這個(gè)VR系統(tǒng)是靜止的、沒(méi)有生命的，對(duì)于VR用戶是沒(méi)有任何意義的，所以說(shuō)行為建模技術(shù)才真正表達(dá)了VR的特征。行為建模技術(shù)主要研討的是物體運(yùn)動(dòng)的處置和對(duì)其行為的描畫，表達(dá)了虛擬環(huán)境中建模的特征。也就是說(shuō)行為建模就是在創(chuàng)建模型的同時(shí)，不僅賦予模型外形、質(zhì)感等表現(xiàn)特征，同時(shí)也賦予模型物理屬性

53、和“與生俱來(lái)的行為與反響才干，并且服從一定的客觀規(guī)律。在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真方法。 運(yùn)動(dòng)學(xué)方法運(yùn)動(dòng)學(xué)方法是經(jīng)過(guò)幾何變換，如物體的平移或旋轉(zhuǎn)等來(lái)描畫運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)控制中，無(wú)須知道物體的物理屬性。在關(guān)鍵幀動(dòng)畫中，運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過(guò)顯示指定幾何變換來(lái)表現(xiàn)的。首先設(shè)置幾個(gè)關(guān)鍵幀用來(lái)區(qū)分關(guān)鍵的動(dòng)作，其他動(dòng)作根據(jù)各關(guān)鍵幀可經(jīng)過(guò)內(nèi)插等方法來(lái)完成。由于運(yùn)動(dòng)學(xué)方法產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是基于幾何變換的，復(fù)雜場(chǎng)景的建模將顯得比較困難。 動(dòng)力學(xué)仿真運(yùn)動(dòng)力學(xué)仿真運(yùn)用物理定律而非幾何變換來(lái)描畫物體的行為。在該方法中，運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過(guò)物體的質(zhì)量和慣性、力、和力矩以及其他的物理作用計(jì)算出來(lái)的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)物體運(yùn)動(dòng)

54、的描畫更準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)更加自然。采用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法與動(dòng)力學(xué)仿真都可以模擬物體的運(yùn)動(dòng)行為，但各有其優(yōu)越性和局限性。運(yùn)動(dòng)學(xué)方法可以做得很真實(shí)和高效，但相對(duì)運(yùn)用面不廣；而動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)利用真實(shí)規(guī)律準(zhǔn)確描畫物體的行為，比較注重物體間的相互作用，較適宜物體間交互較多的環(huán)境建模，它有著廣泛的運(yùn)用領(lǐng)域。2實(shí)時(shí)三維圖形繪制技術(shù) 實(shí)時(shí)三維圖形繪制技術(shù)指利用計(jì)算機(jī)為用戶提供一個(gè)能從恣意視點(diǎn)及方向?qū)崟r(shí)察看三維場(chǎng)的手段，它要求當(dāng)用戶的視點(diǎn)改動(dòng)時(shí)，圖形顯示速度也必需跟上視點(diǎn)的改動(dòng)速度，否那么就會(huì)產(chǎn)生遲滯景象。由于三維立體圖包含有比二維圖形多更多的信息，而且虛擬場(chǎng)景越復(fù)雜，其數(shù)據(jù)量就越大。因此，當(dāng)生成虛擬環(huán)境的視圖時(shí)，必需采用高

55、性能的計(jì)算機(jī)及設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)組織方式，從而到達(dá)實(shí)時(shí)性的要求，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好是高于30幀/秒。1基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)為了保證三維圖形的顯示能實(shí)現(xiàn)刷新頻率不低于30幀/秒。除了在硬件方面采用高性能的計(jì)算機(jī)外，還必需選擇適宜的算法來(lái)降低場(chǎng)景的復(fù)雜度即降低圖形系統(tǒng)處置的多邊形數(shù)目。目前，用于降低場(chǎng)景的復(fù)雜度，以提高三維場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)顯示速度的常用方法有預(yù)測(cè)計(jì)算、脫機(jī)計(jì)算、場(chǎng)景分塊、可見(jiàn)消隱、細(xì)節(jié)層次模型等，其中細(xì)節(jié)層次模型運(yùn)用較為普遍。 預(yù)測(cè)計(jì)算根據(jù)物體的各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如手的挪動(dòng)，可在下一幀畫面繪制之前用預(yù)測(cè)的方法推算出手的位置，從而減少由輸入設(shè)備所帶來(lái)的延遲。 脫機(jī)計(jì)算

56、由于VR系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，在實(shí)踐運(yùn)用中可以盡能夠?qū)⒁恍┛深A(yù)先計(jì)算好的數(shù)據(jù)進(jìn)展預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，這樣可加快需求運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度。 場(chǎng)景分塊將一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景劃分成假設(shè)干個(gè)子場(chǎng)景，各個(gè)子場(chǎng)景間幾乎不可見(jiàn)或完全不可見(jiàn)。 可見(jiàn)消隱場(chǎng)景分塊技術(shù)與用戶處的場(chǎng)景位置有關(guān)，而可見(jiàn)消隱技術(shù)那么與用戶的視點(diǎn)關(guān)系親密。運(yùn)用這種方法，系統(tǒng)僅顯示用戶當(dāng)前能“看見(jiàn)的場(chǎng)景，當(dāng)用戶僅能看到整個(gè)場(chǎng)景中很小部分時(shí)，由于系統(tǒng)僅顯示相應(yīng)場(chǎng)景，此時(shí)可大大減少所需顯示的多邊形的數(shù)目。然而，當(dāng)用戶“看見(jiàn)的場(chǎng)景較復(fù)雜時(shí)，這種方法作用就不大。 細(xì)節(jié)層次模型所謂細(xì)節(jié)層次模型(Level Of Detail,LOD),是對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景或場(chǎng)景

57、中的物體使器具有不同細(xì)節(jié)的描畫方法得到的一組模型。2基于圖像的繪制技術(shù)基于圖像的繪制技術(shù)Image Based Rending,IBR是采用一些預(yù)先生成的場(chǎng)景畫面,對(duì)接近于視點(diǎn)或視野議程的畫面進(jìn)展交換、插值與變形，從而快速得到當(dāng)前視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫面。與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相比，基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于： = 1 * GB3 圖形繪制技術(shù)與場(chǎng)景復(fù)雜性無(wú)關(guān)，僅與所要生成畫面的分辨率有關(guān)。 = 2 * GB3 預(yù)先存儲(chǔ)的圖像或環(huán)境映照既可以是計(jì)算機(jī)生成的，也可以是用相機(jī)實(shí)踐拍攝的畫面，也可以兩者混合生成。它們都到達(dá)稱心的繪制質(zhì)量。 = 3 * GB3 對(duì)計(jì)算機(jī)的資源要求不高，可以在普通任務(wù)站

58、和個(gè)人計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)顯示。目前，基于圖像的繪制技術(shù)主要有以下兩種，此外，其他的還有基于分層表示及全視函數(shù)等方法。 全景技術(shù)全景技術(shù)是指在一個(gè)場(chǎng)景中的一個(gè)察看點(diǎn)用相機(jī)每旋轉(zhuǎn)一下角度拍攝得到一組照片，再在計(jì)算機(jī)采用各種工具軟件拼接成一個(gè)全景圖像。它所構(gòu)成的數(shù)據(jù)較小，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求 低，適用于桌面式VR系統(tǒng)，建模速度快，但普通一個(gè)場(chǎng)景只需一個(gè)察看點(diǎn)，因此交互性較差。 圖像的插值及視圖變換技術(shù)在上面所引見(jiàn)的全景技術(shù)中，只能在指定的察看點(diǎn)進(jìn)展遨游。如今，研討人員研討了根據(jù)在不同察看點(diǎn)所拍攝的圖像，交互地給出或自動(dòng)得到相鄰兩個(gè)圖像之間對(duì)應(yīng)，采用插值或視圖變換的方法，求出對(duì)應(yīng)于其他點(diǎn)的圖像，生

59、成新的視圖，根據(jù)這個(gè)原理可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)遨游的要求。3三維虛擬聲音的顯示技術(shù)VR系統(tǒng)中的三維虛擬聲音，使聽(tīng)者能覺(jué)得到聲音卻是圍繞聽(tīng)者雙耳的一個(gè)球形空間中的任何地方，即聲音能夠于頭的上方、后方或者前方。如戰(zhàn)場(chǎng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，當(dāng)用戶聽(tīng)到了對(duì)手射擊的槍聲時(shí)，他就能像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣準(zhǔn)確而且迅速地判別對(duì)手的位置，假設(shè)對(duì)手在他身后，聽(tīng)到的槍聲就應(yīng)是從后面發(fā)出的。因此把在虛擬場(chǎng)景中的能運(yùn)用戶準(zhǔn)確地判別出聲源的準(zhǔn)確位置、符合人們?cè)谡鎸?shí)境界中聽(tīng)覺(jué)方式的聲音系統(tǒng)稱為三維虛擬聲音系統(tǒng)。在VR系統(tǒng)中，借助于三維虛擬聲音可以烘托視覺(jué)效果，使人們對(duì)虛擬體驗(yàn)的真實(shí)感加強(qiáng)。即使閉上眼睛，也知道聲音哪里。當(dāng)HMD的分辨率和圖像質(zhì)量

60、都還較差時(shí)，聲音對(duì)視覺(jué)質(zhì)量的加強(qiáng)就更為重要了。緣由是聽(tīng)覺(jué)和其他覺(jué)得一同作用時(shí)，能在顯示中起增效器的作用。視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)一同運(yùn)用能充分顯示信息內(nèi)容，尤其是當(dāng)空間超出了視域范圍，從而提供更劇烈的存在和真實(shí)性覺(jué)得。另外，聲音是用戶和虛擬環(huán)境的另一種交互方法，人們可以經(jīng)過(guò)語(yǔ)音與虛擬世界進(jìn)展雙向交互。1三維虛擬聲音的特征在三維虛擬聲音系統(tǒng)最中心的技術(shù)是三維虛擬聲音定位技術(shù)，它的主要特征如下： 全向三維定位特性全向三維定位特性3D Steering指在三種虛擬空間中,運(yùn)用戶能準(zhǔn)確地判別也聲源的準(zhǔn)確位置,符合人們?cè)谡鎸?shí)境界中的聽(tīng)覺(jué)方式,好像在現(xiàn)實(shí)世界中,我們普通先聽(tīng)到聲響,然后再用眼睛去看這個(gè)地方。三維聲音系統(tǒng)