虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 16

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

4.1虛擬現(xiàn)實(shí)的特征及基本構(gòu)成4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展概況4.3位置跟蹤通道4.4視覺通道4.5聽覺通道4.6觸覺、力反饋4.7虛擬場(chǎng)景的生成

虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念

1989年，美國VPLResearch公司創(chuàng)始人JaronLanier提出了"VirtualReality"（虛擬現(xiàn)實(shí)）的概念。在這里，"Reality"的含義是現(xiàn)實(shí)的世界，或現(xiàn)實(shí)的環(huán)境。所以，"VirtualReality"（虛擬現(xiàn)實(shí)）的另一個(gè)名稱是"VirtualEnvironment"（虛擬環(huán)境）。"Virtual"說明，這個(gè)世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實(shí)的。這個(gè)世界或環(huán)境是人工構(gòu)造的，是存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的。用戶應(yīng)該能夠"進(jìn)入"這個(gè)虛擬的環(huán)境中。所謂"進(jìn)入"這個(gè)虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，身臨其境的感覺。

"VirtualReality"（虛擬現(xiàn)實(shí)）或"VirtualEnvironment"（虛擬環(huán)境）是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺。

虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment，VE)系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)系統(tǒng)包括人類操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用最多的專用設(shè)備是頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套。于是，有人以使用這些專用設(shè)備為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)志。這種觀點(diǎn)是不準(zhǔn)確的。上述的虛擬現(xiàn)實(shí)的概念，是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人機(jī)交互方面開創(chuàng)的全新的學(xué)科領(lǐng)域。這個(gè)新領(lǐng)域的發(fā)展，還有很多困難，有很多技術(shù)難點(diǎn)有待解決。當(dāng)前，這一領(lǐng)域還只是走出了第一步。頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，只是當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一部分虛擬顯示設(shè)備。它們還很不完善。例如，頭盔的視場(chǎng)，分辨率，造成眩暈等問題還有待解決。聽覺接口和力覺接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺，嗅覺，運(yùn)動(dòng)覺等技術(shù)，還缺乏研究。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列幾種情況。

第一種情況是模仿真實(shí)世界中的環(huán)境。例如，建筑物，武器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。這種真實(shí)環(huán)境，可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒有建成的。為了逼真地模仿真實(shí)世界中的環(huán)境，要求逼真地建立幾何模型和物理模型。環(huán)境的動(dòng)態(tài)應(yīng)符合物理規(guī)律。這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能，實(shí)際是系統(tǒng)仿真。

第二種情況是人類主觀構(gòu)造的環(huán)境。例如，用于影視制作或電子游戲的三維動(dòng)畫。環(huán)境是虛構(gòu)的，幾何模型和物理模型就可以完全虛構(gòu)。這時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)畫技術(shù)常用插值方法。

第三種情況是模仿真實(shí)世界中的人類不可見的環(huán)境。例如，分子的結(jié)構(gòu)，空氣中速度、溫度、壓力的分布等。這種真實(shí)環(huán)境，是客觀存在的，但是人類的視覺和聽覺不能感覺到。對(duì)于分子結(jié)構(gòu)這類微觀環(huán)境，進(jìn)行放大尺度的模仿，使人能看到。對(duì)于空氣中速度這類不可見的物理量，可以用流線顯示速度（流線方向表示速度方向，流線密度表示速度大?。?。這一類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能，實(shí)際是科學(xué)可視化。

由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于系統(tǒng)仿真、科學(xué)可視化、三維動(dòng)畫等領(lǐng)域。

第一種情況第二種情況虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念，可以得到虛擬現(xiàn)實(shí)的下列三個(gè)特點(diǎn)。

1．計(jì)算機(jī)提供“環(huán)境”,不是“數(shù)據(jù),信息”。這改變了人機(jī)接口的內(nèi)容。

2．操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動(dòng)作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改變了人機(jī)接口的形式。

3．逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。這改變了人機(jī)接口的效果。

第一個(gè)特點(diǎn)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新方向。計(jì)算機(jī)的名稱體現(xiàn)了，它的最早應(yīng)用是計(jì)算。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)和用戶交互的是計(jì)算有關(guān)的數(shù)值。此后，計(jì)算機(jī)擴(kuò)大到處理數(shù)值，字符串，文本等各類數(shù)據(jù)。以后，計(jì)算機(jī)更擴(kuò)大到處理圖像，圖形，聲音，語言等多種媒體的信息。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則以環(huán)境為計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象和人機(jī)交互的內(nèi)容。這開拓了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新思路。

第二個(gè)特點(diǎn)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新方向。至今為止的計(jì)算機(jī)人機(jī)接口都是面向機(jī)器的。終端，鍵盤，鼠標(biāo)，打印機(jī)等接口設(shè)備，都是適應(yīng)計(jì)算機(jī)的專用設(shè)備。這些設(shè)備很好地完成了各類數(shù)據(jù)和多媒體信息的交互。虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)接口，則是面向用戶的。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境交互。所謂自然的方式，是指用戶通過視覺，聽覺，觸覺等感覺虛擬環(huán)境，使用戶產(chǎn)生在真實(shí)環(huán)境中的幻覺。同時(shí)，用戶通過在真實(shí)環(huán)境中的行為，去干預(yù)虛擬環(huán)境。于是，虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)接口設(shè)備，完全不同于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的人機(jī)接口設(shè)備。這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最有特色的內(nèi)容。

第三個(gè)特點(diǎn)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新要求。用戶通過人機(jī)接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用戶產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。

虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)的的應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域1．．娛娛樂樂2．．國國防防3．．設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、制制造造和和銷銷售售4．．醫(yī)醫(yī)療療和和健健康康5．．危危險(xiǎn)險(xiǎn)操操作作6．．訓(xùn)訓(xùn)練練7．．教教育育8．．信信息息可可視視化化9．．遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程交交往往與與遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程游游歷歷虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)技技術(shù)術(shù)1．．VR的的人人機(jī)機(jī)接接口口2．．VR的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)3．．VR的的建建模模和和仿仿真真1．．VR的的人人機(jī)機(jī)接接口口VR的的人人機(jī)機(jī)接接口口有有兩個(gè)個(gè)作作用用：其一一是給給人人類類操操作作者者提提供供環(huán)環(huán)境境信信息息（（視視覺覺、、聽聽覺覺和和觸觸覺覺）），，其二二是感感覺覺人人類類操操作作者者的的動(dòng)動(dòng)作作和和響響應(yīng)應(yīng)（（位位置置跟跟蹤蹤和和映映射射））。。前前者者包包括括：：視視覺覺通通道道、、聽聽覺覺通通道道、、觸觸覺覺通通道道、、運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)接接口口和和其其他他接接口口。。后后者者包包括括：：位位置置跟跟蹤蹤和和映映射射，，語語音音識(shí)識(shí)別別等等。。（1））位位置置跟跟蹤蹤和和映映射射位置置跟跟蹤蹤和和映映射射用用于于測(cè)測(cè)量量人人體體各各部部位位的的位位置置和和姿姿態(tài)態(tài)，，分分析析判判斷斷人人面面部部的的表表情情。。它它的的目目的的是是了了解解人人的的身身體體行行為為。。這這是是為為了了實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)人人機(jī)機(jī)交交互互所所必必需需的的系系統(tǒng)統(tǒng)功功能能。。VR系系統(tǒng)統(tǒng)由由此此了了解解人人的的行行為為，，然然后后做做出出適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡捻戫憫?yīng)應(yīng)，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)交交互互。。常用用的的技技術(shù)術(shù)包括括：：機(jī)機(jī)械械鏈鏈接接、、磁磁傳傳感感器器、、聲聲傳傳感感器器、、光光傳傳感感器器和和慣慣性性傳傳感感器器。?；颈灸磕繕?biāo)標(biāo)是是精精確確完完成成位位置置和和姿姿態(tài)態(tài)的的測(cè)測(cè)量量。。三三個(gè)個(gè)主主要要的的要要求求：：大大范范圍圍的的線線性性響響應(yīng)應(yīng)，，高高帶帶寬寬（（1kHz）），，以以及及允允許許頭頭和和身身體體的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)。。（2）視視覺通道道視覺通道道給人的的視覺系系統(tǒng)提供供圖形顯顯示。為為了提供供身臨其其境的逼逼真感覺覺，視覺覺通道應(yīng)應(yīng)該滿足足一些要要求。顯顯示的像像素應(yīng)該該足夠小小，使人人不至感感覺到像像素的不不連續(xù)。。顯示的的頻率應(yīng)應(yīng)該足夠夠高，使使人不至至感覺到到畫面的的不連續(xù)續(xù)。給兩兩眼提供供具有雙雙目視差差的圖形形，形成成立體視視覺。應(yīng)應(yīng)該具有有足夠大大的視場(chǎng)場(chǎng)，理想想情況是是顯示畫畫面充滿滿整個(gè)視視場(chǎng)。視視覺通道道的顯示示表面分分為：基基于CRT和基基于LCD。視視覺通道道的光學(xué)學(xué)系統(tǒng)分分為：頭頭盔顯示示(HMD)和和非頭盔盔顯示(OHD)。專用頭盔盔圖（3）聽聽覺通通道聽覺通道道給人的的聽覺系系統(tǒng)提供供聲音顯顯示。為為了提供供身臨其其境的逼逼真感覺覺，聽覺覺通道應(yīng)應(yīng)該滿足足一些要要求，使使人感覺覺置身于于立體的的聲場(chǎng)之之中，能能識(shí)別聲聲音的類類型和強(qiáng)強(qiáng)度，能能判定聲聲源的位位置。聽聽覺通道道的關(guān)鍵鍵技術(shù)包包括：合合成由接接口提供供的虛擬擬聲音信信號(hào)，聲聲音在虛虛擬空間間定位問問題，以以及發(fā)聲聲設(shè)備。。（4）觸觸覺通通道觸覺通道道給人體體表面提提供觸覺覺和力覺覺。當(dāng)人人體在虛虛擬空間間中運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，如如果接觸觸到虛擬擬物體，，虛擬顯顯示系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)該給給人提供供這種觸觸覺和力力覺。觸觸覺通道道涉及操操作以及及感覺，，包括觸觸覺反饋饋和力覺覺反饋。。觸覺通通道的結(jié)結(jié)構(gòu)分為為：安在在身體上上和安在在地面的的設(shè)備。。（5）運(yùn)運(yùn)動(dòng)接接口人體在環(huán)環(huán)境中的的運(yùn)動(dòng)包包括：身身體的被被動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(被動(dòng)動(dòng)移動(dòng)，，如在車車上的運(yùn)運(yùn)動(dòng))，，身體主主動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)（漫游游，如散散步）。。人在運(yùn)運(yùn)動(dòng)中，，人體內(nèi)內(nèi)部的運(yùn)運(yùn)動(dòng)感覺覺器官可可以感知知運(yùn)動(dòng)信信息。感感知運(yùn)動(dòng)動(dòng)信息的的器官包包含：前前庭系統(tǒng)統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)，，視覺聽聽覺系統(tǒng)統(tǒng)，本體體感受，，動(dòng)覺和和觸覺。。運(yùn)動(dòng)接接口應(yīng)該該給這些些器官提提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)信息。。（6）其其它類類型接口口其它類型型接口包包括：嗅嗅覺、味味覺通道道，以及及感覺熱熱、風(fēng)及及濕度的的接口。。還包括括語音通通訊（語語音識(shí)別別與合成成）以及及直接心心理感覺覺和控制制。這些些接口還還缺乏研研究，以以下將不不介紹。。2．VR的計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)有的虛虛擬顯示示系統(tǒng)主主要考慮慮視覺通通道。聽聽覺通道道和觸覺覺通道還還處于研研究階段段。所以以，VR的計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)主要考考慮視覺覺通道的的要求。。（1）硬硬件視覺通道道對(duì)計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)的要求求，首先先是要求求維持足足夠的圖圖形幀速速率。于于是要求求在指定定的時(shí)間間內(nèi)（約約為0.1秒））計(jì)算出出兩眼的的兩幅圖圖像。同同時(shí)要求求提供足足夠好質(zhì)質(zhì)量的圖圖像，這這一般體體現(xiàn)在圖圖像中顯顯示的多多邊形或或三角形形的樹木木。因此此，往往往需要專專用硬件件。圖形形硬件應(yīng)應(yīng)提供快快速幾何何變換、、截取、、消隱、、多邊形形填充和和表面紋紋理。（2）軟軟件VR系統(tǒng)統(tǒng)中的軟軟件主要要包括下下列幾種種。交互互軟件利利用人機(jī)機(jī)控制設(shè)設(shè)備的輸輸出去修修改VE。視覺覺漫游軟軟件控制制用戶在在VE中中運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)看到的的場(chǎng)景。。建模軟軟件定義義虛擬物物體形狀狀、外觀觀和屬性性的模型型。操作作系統(tǒng)支支持VE的實(shí)時(shí)時(shí)多模態(tài)態(tài)要求。。（3）網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分布式交交互仿真真已經(jīng)成成為現(xiàn)代代仿真技技術(shù)，特特別是軍軍事仿真真的潮流流。通訊訊網(wǎng)絡(luò)可可以把VE轉(zhuǎn)換換成共享享的分布布式計(jì)算算環(huán)境。。3．VR的建模模和仿真真（1）建建模建模包括括：幾何何建模和和物理建建模。一一般的VR工具具軟件都都具有幾幾何建模模功能。。利用現(xiàn)現(xiàn)有的CAD建建模工具具也是常常用的方方法。市市場(chǎng)上已已有商業(yè)業(yè)模型庫庫出售。。對(duì)實(shí)際際物體的的建模，，則采用用激光掃掃描等專專用設(shè)備備。物理理建模是是基于物物理方程程的建模模。一般般考慮剛剛體建模模，鏈接接物體的的建模，，以及非非剛體的的建模。。智能體體的建模模不是基基于物理理方程，，而是基基于人為為的物體體智能。。人人工建建模技術(shù)術(shù)在圖形形學(xué)和CAD領(lǐng)領(lǐng)域，已已有成熟熟的成果果。自動(dòng)動(dòng)建模采采用激光光掃描建建立幾何何模型，，也已經(jīng)經(jīng)有相關(guān)關(guān)產(chǎn)品。。自動(dòng)建建立物理理模型的的研究還還不多。。（2）仿仿真仿真包括括：圖形繪制制和三維動(dòng)畫畫。圖形繪制制是把三維維環(huán)境，，相對(duì)于于虛擬攝攝像機(jī)（（虛擬視視點(diǎn)）投投影，形形成圖像像的過程程。為了了提供連連續(xù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的錯(cuò)覺覺，幀速速率必須須大于每每秒8到到10幀幀。為了了保持瞬瞬間交互互控制的的錯(cuò)覺，，響應(yīng)時(shí)時(shí)間的延延遲必須須小于0.1秒秒。為了了繪制人人眼可分分辨的所所有細(xì)節(jié)節(jié)，這要要求有8千萬個(gè)個(gè)多邊形形。這是是對(duì)于圖圖形繪制制的要求求。然然而而，用今今天的硬硬件，每每個(gè)畫面面8千萬萬多邊形形的系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)真正正的實(shí)時(shí)時(shí)交互是是太慢了了，于是是存在真真實(shí)圖像像與實(shí)時(shí)時(shí)交互間間的折衷衷。某些些應(yīng)用（（如建筑筑和藝術(shù)術(shù)）可能能要求照照片一樣樣真實(shí)的的繪制。。制造和和醫(yī)療應(yīng)應(yīng)用要求求更高層層次的實(shí)實(shí)時(shí)交互互。三維動(dòng)畫畫可以用兩兩種途徑徑實(shí)現(xiàn)。?；谖镂锢砟Ｐ托偷臄?shù)值值計(jì)算是是一種方方法。軍軍事和工工業(yè)等應(yīng)應(yīng)用，往往往要求求這種滿滿足物理理規(guī)律的的仿真技技術(shù)。數(shù)數(shù)學(xué)插值值則是另另一種實(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫畫的方法法。這種種技術(shù)在在三維動(dòng)動(dòng)畫電影影中獲得得了巨大大的成功功。下下圖表示示，虛擬擬現(xiàn)實(shí)開開發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)的方塊塊圖。用用戶通過過輸入輸輸出設(shè)備備與輸入入輸出軟軟件交互互。輸入入軟件通通過形狀狀編輯器器完成幾幾何建模模，通過過聲音編編輯器完完成虛擬擬聲音系系統(tǒng)建模模。然后后，在世世界編輯輯器完成成虛擬環(huán)環(huán)境的建建模。其其中的虛虛擬剪切切器，用用于模型型的剪切切。建立立的模型型，保存存在虛擬擬世界中中。整個(gè)個(gè)工作在在計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)中中完成。。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的接口口設(shè)備

位姿傳感感器

視覺顯示示

聽覺顯示示

力覺和觸觸覺顯示示1．位姿姿傳感器器的要求求機(jī)器人、、生物學(xué)學(xué)、建筑筑、CAD、教教育等應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域域，都要要求知道道運(yùn)動(dòng)物物體實(shí)時(shí)時(shí)的位置置和方向向。虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)則要要求知道道人體各各部分實(shí)實(shí)時(shí)的位位置和方方向。（1）3-D空空間中的的運(yùn)動(dòng)的的剛體具具有三個(gè)平移移（沿著X、Y和和Z軸））和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)（偏航、、俯仰和和滾動(dòng)））。（2）在物體以高高速運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，應(yīng)該足足夠快地地測(cè)出這這六個(gè)數(shù)數(shù)值。（3）3-D測(cè)測(cè)量不應(yīng)妨礙礙物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)。非接觸觸式測(cè)量量（低頻頻磁場(chǎng)、、超聲、、雷達(dá)、、紅外攝攝像和LED等等）已經(jīng)經(jīng)代替機(jī)機(jī)械臂等等接觸式式測(cè)量。。（4）3-D傳傳感器都都具有一一些共同同的參數(shù)數(shù)。位姿跟蹤蹤常用的的性能參參數(shù)有：：精度，分分辨率，，采樣率率，執(zhí)行行時(shí)間，，范圍，，工作空空間，價(jià)價(jià)格，障障礙，方方便，對(duì)對(duì)模糊的的敏感，，容易校校準(zhǔn)，同同時(shí)測(cè)量量的數(shù)目目，方向向相對(duì)位位置跟蹤蹤。（5）人體并非非剛體。。上述六六個(gè)數(shù)值值只能描描述人體體整體的的運(yùn)動(dòng)，，人體各部分之之間的相相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)也應(yīng)該測(cè)測(cè)量。（6）位姿跟蹤蹤和映射射是VE系統(tǒng)的的基本要要求。常用的要要求包括括：（（a）視覺覺顯示對(duì)對(duì)頭和眼眼的跟蹤蹤；（（b）觸覺覺接口對(duì)對(duì)手和臂臂的跟蹤蹤；（（c）視覺覺顯示對(duì)對(duì)身體的的跟蹤；；（（d））面部表表情識(shí)別別、虛擬擬衣服和和醫(yī)用遙遙控機(jī)器器人的映映射；（（e）建建立數(shù)字字化幾何何模型的的環(huán)境映映射。（7）一種工作作方式（（“流動(dòng)動(dòng)”方式式）中，，傳感器器數(shù)據(jù)連連續(xù)送給給主計(jì)算算機(jī)。這這最適于于快速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的物物體。但但是這加加重了通通信線路路的負(fù)擔(dān)擔(dān)。如果果要求以以30個(gè)個(gè)畫面/秒的速速率重復(fù)復(fù)計(jì)算，，則每33毫秒秒要畫出出一個(gè)畫畫面。9600波特率率的串行行口要花花費(fèi)12毫秒傳傳送6個(gè)個(gè)數(shù)的一一組數(shù)據(jù)據(jù)（每個(gè)個(gè)數(shù)有16bit））。因此此，僅僅僅通信就就要花費(fèi)費(fèi)33毫毫秒的36%。。另另一種工工作方式式（“請(qǐng)請(qǐng)求”方方式）中中，當(dāng)主主計(jì)算機(jī)機(jī)請(qǐng)求時(shí)時(shí)，才傳傳送一組組的6個(gè)個(gè)數(shù)。其其它時(shí)間間不讀傳傳感器數(shù)數(shù)據(jù)，于于是總體體畫面更更新時(shí)間間中的通通信時(shí)間間部分就就下降了了。（8）用于位姿姿跟蹤和和映射的的基本傳傳感系統(tǒng)統(tǒng)有：機(jī)械鏈接接，磁傳傳感器，，光傳感感器，聲聲傳感器器和慣性性傳感器器。2．各種種位姿跟跟蹤器的的比較如如下：3．研究究要求一般，位位置跟蹤蹤器要求求合適的的性能和和合理的的價(jià)格。。對(duì)肢體體跟蹤，，某些光光學(xué)傳感感器是精精確快速速的，但但對(duì)日常常應(yīng)用太太貴（在在5萬到到10萬萬美元范范圍），，特別是是為了防防止阻擋擋和增加加工作空空間而加加倍安裝裝時(shí)。肢肢體跟蹤蹤的任何何傳感系系統(tǒng)難以以識(shí)別可可靠的基基準(zhǔn)點(diǎn)，，這是由由于人體體組織和和衣服的的柔軟性性。為為了了得到關(guān)關(guān)節(jié)角，，必須使使用某些些校準(zhǔn)過過程，在在肢體上上建立坐坐標(biāo)系。。此后的的關(guān)節(jié)角角計(jì)算將將接近真真實(shí)的生生物機(jī)械械角。對(duì)對(duì)整個(gè)人人體跟蹤蹤，工作作空間大大小是重重要問題題。應(yīng)該該能在足足夠大的的空間跟跟蹤運(yùn)動(dòng)動(dòng)人體，，并且不不會(huì)損失失分辨率率，不必必?fù)?dān)心遮遮擋。被被跟蹤的的人應(yīng)能能在建筑筑中由一一個(gè)房間間走到另另一個(gè)房房間。如如果人體體所有主主要部分分都被跟跟蹤，則則要求安安裝某些些東西在在人體上上（反光光器，標(biāo)標(biāo)記，測(cè)測(cè)角器））的傳感感系統(tǒng)，，不如掃掃描人體體的系統(tǒng)統(tǒng)有吸引引力。對(duì)對(duì)人體和和環(huán)境表表面映射射，某些些激光跟跟蹤器是是精確而而快速的的，但還還較貴。。VE的的長期目目標(biāo)是高高精度實(shí)實(shí)時(shí)跟蹤蹤人體的的光學(xué)映映射系統(tǒng)統(tǒng)。這可可能是用用自然光光或主動(dòng)動(dòng)激光掃掃描的立立體視覺覺系統(tǒng)。。測(cè)測(cè)量方方法是在在選擇位位置跟蹤蹤方法時(shí)時(shí)最易混混淆的一一個(gè)問題題，問題題是性能能指標(biāo)的的含義及及測(cè)量方方法之間間的不一一致。應(yīng)應(yīng)建立標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，指指出怎樣樣測(cè)精度度、分辨辨率、等等待時(shí)間間、帶寬寬、敏感感干擾、、和起伏伏。測(cè)量量設(shè)備應(yīng)應(yīng)商品化化，應(yīng)建建立獨(dú)立立的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室，使使用戶不不至依賴賴廠家指指標(biāo)，而而是了解解真實(shí)性性能。機(jī)械式傳傳感器1．原理理：機(jī)械式傳傳感器可可分兩類類："安在在身體上上的"機(jī)機(jī)械跟蹤蹤器中，，機(jī)械全全部安在在身上。。"安在地地面上的的"機(jī)械械跟蹤器器中，機(jī)機(jī)械部分分安在地地面。2．機(jī)械械式傳感感器的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)：：機(jī)械式傳傳感器：：是便宜宜的，比比較精確確?？梢砸詼y(cè)量整整個(gè)身體體運(yùn)動(dòng)，，沒有延延遲?？煽梢酝瑫r(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)力力反饋。。但妨礙礙身體運(yùn)運(yùn)動(dòng)（1）測(cè)測(cè)角器（（"安在在身體上上的"機(jī)機(jī)械跟蹤蹤器）（（2））安在地地面上的的鏈接3-D探探頭傳感手套套是為滿滿足上述述要求而而設(shè)計(jì)的的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)工具具。商業(yè)業(yè)化的產(chǎn)產(chǎn)品有VPL公公司的DataGlove，，Vertex的CyberGlove，，Mattel的PowerGlove，，和ExosDextrousHandMaster。。它們都都用傳感感器測(cè)量量全部或或部分手手指關(guān)節(jié)節(jié)的角度度。某些些傳感手手套還用用3-D傳感器器跟蹤用用戶手腕腕的運(yùn)動(dòng)動(dòng)。手套套的工作作區(qū)大于于跟蹤球球和手柄柄（探頭頭）的工工作區(qū)。。下下圖表表示，人人手指的的各種運(yùn)運(yùn)動(dòng)。把原始的的傳感器讀讀數(shù)變成成手指關(guān)關(guān)節(jié)角的的過程稱稱為手套套校準(zhǔn)。每當(dāng)開開始一次次新的仿仿真，戴戴上數(shù)據(jù)據(jù)手套時(shí)時(shí)，都必必須重新新作校準(zhǔn)準(zhǔn)。這是是因?yàn)椴徊豢赡苤朗欠穹裼脩舭寻咽痔姿伤删o合適適地戴在在手指上上。下下圖圖表示，，數(shù)據(jù)手套套DataGlove的結(jié)構(gòu)構(gòu)。電磁傳感感器電磁傳感感器測(cè)量量頭，手手，其他他設(shè)備的的位姿。。測(cè)量三三個(gè)坐標(biāo)標(biāo)，以及及三個(gè)姿姿態(tài)角度度。下圖表示示，電磁磁傳感器器用于測(cè)測(cè)量頭盔盔的位姿姿。輕便便的電磁磁接受器器部分安安裝在頭頭盔上，，電磁發(fā)發(fā)射器安安裝在地地面。超聲傳感感器超聲傳感感器同樣樣測(cè)量頭頭，手，，其他設(shè)設(shè)備的位位姿。測(cè)測(cè)量三個(gè)個(gè)坐標(biāo)，，以及三三個(gè)姿態(tài)態(tài)角度。。下圖表示示使用超聲聲傳感器器的示意意圖。在在用戶頭頭部前額額上的正正三角形形架子上上安裝了了三個(gè)超超聲接受受器，另另一個(gè)大大的正三三角形架架子上安安裝了三三個(gè)超聲聲發(fā)射器器。視覺顯示示理想的視視覺顯示示與日常經(jīng)經(jīng)歷中的的場(chǎng)景對(duì)對(duì)比，在在質(zhì)量、、修改率率和范圍圍方面應(yīng)應(yīng)該是無無法區(qū)分分的。但但是當(dāng)前前的技術(shù)術(shù)還不支支持這種種高真實(shí)實(shí)度的視視覺顯示示，而且且也不清清楚是否否多數(shù)應(yīng)應(yīng)用要求求這種高高真實(shí)度度。對(duì)任任何給定定的應(yīng)用用，必須須認(rèn)真評(píng)評(píng)價(jià)各種種顯示特特性的重重要性，，這包括括視覺特特性（視視場(chǎng)、分分辨率、、亮度、、對(duì)比和和彩色）），人類類工程學(xué)學(xué)，安全全，可靠靠和價(jià)格格。視覺覺顯示的的基本要要求是提提供立體體視覺。。對(duì)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)（VR），，最常用的的技術(shù)成成熟的顯顯示類型型是陰極射線線管（CRT））和背光光液晶顯顯示（LCD））。雖然這這些技術(shù)術(shù)對(duì)近期期的虛擬擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)應(yīng)用是很很有用的的，但幾幾個(gè)缺點(diǎn)點(diǎn)卻妨礙礙其長期期的發(fā)展展。1．CRT類顯顯示2．LCD類類顯示CRT技技術(shù)是多年來來在電視視機(jī)和計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)視器上上廣泛應(yīng)應(yīng)用的成成熟技術(shù)術(shù)。CRT技術(shù)術(shù)能給頭頭盔顯示示器提供供小的高高分辨率率高亮度度的單色色顯示。。但這些些CRT較重，，并把高高電壓放放在人頭頭部上的的設(shè)備中中。此外外，開發(fā)發(fā)小型高高分辨率率高亮度度彩色CRT是是困難的的。在頭頭盔顯示示中，要要求笨重重的光學(xué)學(xué)設(shè)備形形成高質(zhì)質(zhì)量圖像像。組組合合的技術(shù)術(shù)途徑可可產(chǎn)生高高質(zhì)量彩彩色圖像像，并減減少重量量和價(jià)格格。近期期的途徑徑是把高高質(zhì)量彩彩色的基基于CRT的HMD（（頭盔顯顯示器））引入市市場(chǎng)，它它使用了了加于單單色CRT的機(jī)機(jī)械電子子彩色濾濾光技術(shù)術(shù)。這種種途徑中中，CRT以三三倍正常常速率掃掃描，并并依次加加上紅、、綠、蘭蘭三色的的濾光器器。LCD技技術(shù)以低電壓壓產(chǎn)生彩彩色圖像像，但只只具有很很低的圖圖像元密密度。在在頭盔顯顯示中，，也要求求笨重的的光學(xué)設(shè)設(shè)備形成成高質(zhì)量量圖像。。市市場(chǎng)場(chǎng)出售的的頭盔式式顯示器器幾乎全全部依靠靠TV（（電視機(jī)機(jī)）質(zhì)量量的液晶晶顯示。。在VR和遙操操作領(lǐng)域域，不要要求大區(qū)區(qū)域顯示示。只要要求緊湊湊的輕便便的高分分辨率顯顯示。LCD顯顯示器有有待提高高其分辨辨率。3．VRD類顯顯示與基于CRT或或LCD的顯示示器不同同的工作作是在華華盛頓大大學(xué)人類類接口接接術(shù)（HIT））實(shí)驗(yàn)室室。HIT實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室正研研究基于于激光微微掃描技技術(shù)的顯顯示VRD，它它用微型型固體激激光器掃掃描視網(wǎng)網(wǎng)膜上的的彩色圖圖像。它它的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是不使使用笨重重的光學(xué)學(xué)設(shè)備，，可能開開發(fā)高分分辨率、、輕便、、低價(jià)格格顯示系系統(tǒng)。但但激光微微掃描顯顯示還面面對(duì)大量量技術(shù)障障礙。VRD的的應(yīng)用包括用于于軍事，，頭盔，，移動(dòng)電電話，以以及醫(yī)學(xué)學(xué)上。下圖表示示，VRD的顯顯示設(shè)備備用于頭頭盔顯示示器。未來的VRD的的頭盔顯顯示器視覺顯示示的產(chǎn)品品幾種基于于LCD的頭盔盔產(chǎn)品視覺顯示示的產(chǎn)品品基于CRT的頭頭盔產(chǎn)品品聽覺顯示示虛擬環(huán)境境的聽覺覺接口應(yīng)應(yīng)能給兩兩耳提供供一對(duì)聲聲波。(1)它應(yīng)應(yīng)有高逼真真性，(2)能以以預(yù)訂方式式改變波形形，作為聽聽者各種屬屬性和輸出出的函數(shù)(包括頭部部位姿變化化)，(3)排除除所有不是是VR系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生的聲聲源(如真真實(shí)環(huán)境背背景聲音)。對(duì)增強(qiáng)強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)可以放松松上述條件件(3)，，它的意圖圖是組合合合成聲音與與真實(shí)聲音音。聲音顯示設(shè)設(shè)備一般講，用用耳機(jī)最容容易達(dá)到虛虛擬現(xiàn)實(shí)的的要求。在在使用喇叭叭，并遠(yuǎn)離離頭部時(shí)，，每個(gè)耳朵朵聽到每個(gè)個(gè)喇叭的聲聲音，控制制問題很困困難。雖然然商業(yè)化的的高逼真電電影往往聲聲稱喇叭有有很好的形形成聲象能能力，但用用戶限制在在房中單一一收聽位置置，只得到到固定方位位聲象（不不補(bǔ)償頭部部轉(zhuǎn)動(dòng)），，而且房間間的聲學(xué)特特性不容易易處理。此此外，由于于耳朵完全全打開,不不可能排除除環(huán)境中附附加的聲音音。最后，，雖然與耳耳機(jī)有關(guān)的的接觸感可可能限制聽聽覺臨場(chǎng)感感的程度，，但是由于用戶需需要在虛擬擬和真實(shí)環(huán)環(huán)境之間來來回轉(zhuǎn)移，這種與耳機(jī)機(jī)接觸可能能是有用的的。在任何情情況，由于于視覺接口口會(huì)存在這這些問題。。在需要喇喇叭的情況況下，可能能發(fā)生高能能低頻聲爆爆破。這種種情況，喇叭可能能用于振動(dòng)動(dòng)部分身體體，而不僅是耳耳膜。房間聲音建建模1．聲音的的空間分布布

虛擬環(huán)環(huán)境聽覺接接口以前多多數(shù)工作是是要提供聲聲音的空間間分布。在在這個(gè)領(lǐng)域域，工作最最初集中在在仿真正常常的空間分分布。很少少注意提供供超正常分分布。2．房間間聲學(xué)建模模

當(dāng)前前，Acoustetron是唯一的的包含簡化化的房間實(shí)實(shí)時(shí)聲學(xué)建建模的實(shí)時(shí)時(shí)聲音空間間定位系統(tǒng)統(tǒng)。即使聲聲學(xué)模型是是簡單的，，并只有少少量一階和和二階反射射，系統(tǒng)提提供了加強(qiáng)強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性性。3．增強(qiáng)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)顯示力覺和觸覺覺顯示1．接觸反反饋和力反反饋接觸接口可可以按照提提供給用戶戶的信息分分成兩類，，接觸反饋饋和力反饋饋。接觸反反饋給用戶戶提供的信信息有：物物體表面幾幾何形狀、、表面紋理理、滑動(dòng)等等。力反饋饋給用戶提提供的信息息有：總的的接觸力、、表面柔順順、物體重重量等。接接觸接口還還可以分成成：部分身身體運(yùn)動(dòng)接接口，以及及全身運(yùn)動(dòng)動(dòng)接口。部部分身體運(yùn)運(yùn)動(dòng)接口，，安裝在人人體的一部部分，如手手、臂、軀軀干等。全全身運(yùn)動(dòng)接接口則全面面支持在虛虛擬環(huán)境中中的主動(dòng)和和被動(dòng)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)，但這這種接口技技術(shù)還遠(yuǎn)未未成熟。機(jī)機(jī)械接觸接接口的一個(gè)個(gè)重要的指指標(biāo)是：自自由度（DoF）。。由操作器器的觀點(diǎn)看看，自由度度是關(guān)節(jié)的的數(shù)目。這這些關(guān)節(jié)是是位置受控控的，也是是力矩受控控的。2．接觸反反饋和力反反饋的要求求在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)交互中，，沒有真實(shí)實(shí)的被抓物物體。虛擬擬接觸反饋饋和力反饋饋需要復(fù)制制實(shí)時(shí)計(jì)算算的接觸力力、表面形形狀、平滑滑性和滑動(dòng)動(dòng)等。除了了對(duì)所有傳傳感通道的的實(shí)時(shí)要求求外，對(duì)虛虛擬接觸反反饋和力反反饋還有某某些特殊要要求。3．接觸觸反饋和力力反饋的技技術(shù)接觸接口需需要幾種機(jī)機(jī)械部件，，以及描述述環(huán)境性質(zhì)質(zhì)的模型和和軟件。至至今還只有有很少的接接觸反饋和和力反饋設(shè)設(shè)備。他們們采用下列列的技術(shù)。。

（1）軟件和和模型（（2）心心理物理學(xué)學(xué)

（3）作用器器觸覺顯示設(shè)設(shè)備接觸反饋在在物體辨識(shí)識(shí)與操作中中起重要作作用。它也也檢測(cè)開始始接觸，所所以在任何何力反饋系系統(tǒng)中也是是需要的。。人體具有有二十種不不同類型的的神經(jīng)末梢梢，給大腦腦發(fā)送信息息。多數(shù)感感知器是熱熱、冷、疼疼、壓、接接觸等感知知器。接觸觸接口給這這些感知器器提供：高高頻震動(dòng)、、形狀或壓壓力分布、、溫度分布布等信息。。接觸反饋設(shè)設(shè)備有下列列幾種1．氣動(dòng)接接觸反饋2．振動(dòng)觸觸覺反饋力覺顯示設(shè)設(shè)備力反饋設(shè)備備應(yīng)該跟蹤蹤用戶身體體的運(yùn)動(dòng)，，以及用戶戶施加的力力。根據(jù)這這些數(shù)據(jù)，，力反饋設(shè)設(shè)備確定它它加給用戶戶的力。這這種接口的的目標(biāo)是給給用戶提供供立即的，，高逼真的的，可信的的真實(shí)交互互。力反饋手柄柄力反饋手臂臂手臂有重力力和慣性補(bǔ)補(bǔ)償，于是是在與虛擬擬環(huán)境無交交互時(shí)在手手柄上也不不感到力。。（a）為系系統(tǒng)布局，，（b）為手手臂的結(jié)構(gòu)構(gòu)虛擬場(chǎng)景的的生成虛擬場(chǎng)景的的生成主要要包括兩方方面內(nèi)容：：虛擬環(huán)境的的建模及三維圖形顯顯示。幾何對(duì)象的的完整描述述應(yīng)包括兩兩方面，其其一稱為““靜態(tài)模型型”，他描描述對(duì)象的的靜態(tài)特征征，包括幾幾何尺寸、、形狀特征征、位置、、方向、材材料及有關(guān)關(guān)屬性；其其二稱之為為“動(dòng)態(tài)模模型”，他他描述對(duì)象象的動(dòng)態(tài)屬屬性，包括括其運(yùn)動(dòng)、、行為及其其約束條件件等。1、虛擬場(chǎng)場(chǎng)景靜態(tài)模模型的建立立靜態(tài)模型的的描述一般般分為：幾幾何模型，，光照模型型、灰度模模型、紋理理處理、渲渲染效果等等。2、虛擬場(chǎng)場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模模型的建立立虛擬場(chǎng)景動(dòng)動(dòng)態(tài)模型建建立主要涉涉及兩個(gè)方方面的內(nèi)容容，其一是是如何確定定場(chǎng)景中每每一個(gè)對(duì)象象運(yùn)動(dòng)過程程中的坐標(biāo)標(biāo)（包括絕絕對(duì)坐標(biāo)與與相對(duì)坐標(biāo)標(biāo)），其二二是當(dāng)視點(diǎn)點(diǎn)變化時(shí)場(chǎng)場(chǎng)景如何動(dòng)動(dòng)態(tài)刷新。。2虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)是一種種三維計(jì)算算機(jī)圖形技技術(shù)與計(jì)算算機(jī)硬件技技術(shù)發(fā)展而而實(shí)現(xiàn)的高高級(jí)人機(jī)交交互技術(shù)，，讓用戶通通過視覺、、聽覺、觸觸覺、甚至至嗅覺和味味覺等多種種知覺方式式實(shí)時(shí)地與與計(jì)算機(jī)所所建造的仿仿真環(huán)境發(fā)發(fā)生相互作作用。虛擬現(xiàn)實(shí)（（VR-VirtualReality)VR技術(shù)是是綜合利用用計(jì)算機(jī)圖圖形系統(tǒng)和和各種顯示示和控制等等接口設(shè)備備，在計(jì)算算機(jī)上生成成的、可交交互的三維維環(huán)境中提提供沉浸感感覺的技術(shù)術(shù)。VR技術(shù)的的直觀與交交互特性彌彌補(bǔ)了傳統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)工具具的不足為概念設(shè)計(jì)計(jì)，設(shè)計(jì)方方案的評(píng)價(jià)價(jià)提供了有有力的支持持VR技術(shù)是是一個(gè)極有有應(yīng)用潛力力的新技術(shù)術(shù)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了了在產(chǎn)品制制造以前觀觀察、驗(yàn)證證和使用產(chǎn)產(chǎn)品的可視視化的環(huán)境境。虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的特征征1）立體感感的視覺效效果由內(nèi)向外觀觀察，按人人的視覺原原理設(shè)計(jì)，，環(huán)境真實(shí)實(shí)感2）人在虛虛擬環(huán)境中中的沉浸感感用戶在虛擬擬空間處于于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)標(biāo)系中。3）多知感感借助多媒體體，產(chǎn)生視視覺、聽覺覺、觸覺感感。4）閉環(huán)的的交互方式式人對(duì)虛擬空空間的對(duì)象象進(jìn)行操作作時(shí)，對(duì)象象將給人以以感覺上的的反饋5）動(dòng)態(tài)的的顯示場(chǎng)景可隨人人的視點(diǎn)作作全方位的的運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)提供：：具有獨(dú)特特輸入/輸輸出裝置的的特殊人機(jī)機(jī)界面，如如頭盔式顯顯示器HMD、跟蹤蹤器、數(shù)據(jù)據(jù)手套、定定位器等。。借助這些些虛擬外設(shè)設(shè)，比之傳傳統(tǒng)CAD技術(shù)，用用戶就可沉沉浸在仿真真環(huán)境之中中，有“身身臨其境””的感覺，，從而完成成在現(xiàn)實(shí)世世界中可能能或不可能能的工作虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境的建立立屏幕仿真采采用鍵盤和和鼠標(biāo)與計(jì)計(jì)算機(jī)交互互，用戶仍仍然置身于于虛擬環(huán)境境之外操作作和觀看。。借助立體顯顯示裝置和和軟件、多多通道的視視覺、聽覺覺、觸覺和和甚至味覺覺傳感器，，可使用戶戶沉浸到虛虛擬環(huán)境中中去，構(gòu)想想成接近現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的幻覺覺。這種環(huán)境稱稱為虛擬實(shí)實(shí)境（VirtualReality）是一種能能在三維視視覺空間中中進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)仿真和交交互的高端端人機(jī)界面面。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境的建立立交互沉浸遐想視覺聽覺觸覺味覺虛擬環(huán)環(huán)境境虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境的建立立有沉浸感的的虛擬實(shí)境境環(huán)境人工的虛擬擬實(shí)境產(chǎn)品品帶頭盔的用用戶虛擬實(shí)境計(jì)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境的建立立虛擬實(shí)境環(huán)環(huán)境輸入接口位置跟蹤數(shù)據(jù)手套空間球球操縱桿桿話筒筒頭盔盔雙筒鏡鏡立體眼鏡顯示設(shè)備耳機(jī)機(jī)輸出接口虛擬實(shí)境數(shù)據(jù)庫CAD、音頻、視頻測(cè)量建模渲染控制虛擬實(shí)境計(jì)計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)境建模語言VRML虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境建模虛擬實(shí)境的的建模過程程首先是將將CAD的的實(shí)體模型型進(jìn)行三角角形處理，，將連續(xù)的的實(shí)體轉(zhuǎn)為為大量三角角形構(gòu)成的的表面，以以減少虛擬擬對(duì)象的數(shù)數(shù)據(jù)量。三角形的數(shù)數(shù)量越多，，虛擬對(duì)象象越逼真，，虛擬實(shí)境境的沉浸感感越強(qiáng)。對(duì)于需要表表現(xiàn)細(xì)節(jié)的的局部，也也可以借助助照片貼圖圖的方法，，避免數(shù)據(jù)據(jù)量過大。。虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)的要求求1．幀頻和和延遲時(shí)間間的要求VR要求高高幀頻和快快速響應(yīng)，，這是由于于其內(nèi)在的的交互性質(zhì)質(zhì)。要要求求的幀頻和和延遲一般般取決于環(huán)環(huán)境特性。。只有慢速速運(yùn)動(dòng)物體體的較靜的的環(huán)境，可可以用幀頻頻每秒8至至10，和和0.1秒秒延遲。如如果環(huán)境有有高速運(yùn)動(dòng)動(dòng)的物體，，則要求高高幀頻（>60Hz）和短延延遲。所有有情況下，，若幀頻低低于每秒8幀，則失失去三維環(huán)環(huán)境的生動(dòng)動(dòng)感，若延延遲大于0.1秒，，則很難操操作環(huán)境。。因此，幀幀頻必須大大于8到10幀/秒秒,總延遲遲必須小于于0.1秒秒。2．計(jì)算能能力和場(chǎng)景景復(fù)雜性虛擬現(xiàn)實(shí)仿仿真的計(jì)算算問題，是是一種時(shí)間間受限的計(jì)計(jì)算。這是是因?yàn)轱@示示的幀頻必必須大于8到10幀幀/秒。于于是，在0.1秒內(nèi)內(nèi)，必須完完成一次場(chǎng)場(chǎng)景的計(jì)算算。如果一一個(gè)顯示的的場(chǎng)景中有有10,000個(gè)三三角形（或或多邊形）），這個(gè)數(shù)數(shù)量就反映映了場(chǎng)景復(fù)復(fù)雜性。這這樣，在每每秒進(jìn)行的的10次計(jì)計(jì)算中，就就應(yīng)該計(jì)算算100,000個(gè)個(gè)三角形（（或多邊形形）。這表表示了計(jì)算算能力。若若要求更更加逼真的的仿真效果果，就要增增加場(chǎng)景復(fù)復(fù)雜性。顯顯示的場(chǎng)景景中有更多多的三角形形（或多邊邊形），顯顯示的效果果就更逼真真。這就要要求更強(qiáng)的的計(jì)算能力力，每秒計(jì)計(jì)算更多的的三角形（（或多邊形形）。反之之，如果只只能使用能能力有限的的指定的計(jì)計(jì)算機(jī)，則則限定了計(jì)計(jì)算能力，，也就限定定了場(chǎng)景復(fù)復(fù)雜性。每每個(gè)場(chǎng)景，，只能用較較少的三角角形（或多多邊形），，產(chǎn)生較粗粗糙的顯示示。這種考考慮就是，，計(jì)算能力力和場(chǎng)景復(fù)復(fù)雜性的折折衷。對(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)，，主要的技技術(shù)指標(biāo)就就是其計(jì)算算能力，也也就是每秒秒計(jì)算的三三角形（或或多邊形））的數(shù)目。。應(yīng)該注意意，是否加加紋理，是是否反走樣樣，采用哪哪一種明暗暗模型，都都會(huì)影響到到計(jì)算能力力。加入這這些復(fù)雜的的功能，就就會(huì)增加計(jì)計(jì)算復(fù)雜性性，從而減減少每秒計(jì)計(jì)算的三角角形（或多多邊形）的的數(shù)目。2500個(gè)三角形33個(gè)三角形600個(gè)三角形134754個(gè)三角形虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境建模汽車前儀表蓋三角形較少的模型三角形較多的模型貼上儀表盤照片方向盤的CAD模型三角形較多的模型三角形較少的模型虛擬實(shí)境的模型虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境建模虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備位置輸入裝裝置的用途途是：操縱和控制制虛擬對(duì)象象的位置。。將用戶的位位置與虛擬擬實(shí)境交互互。位置輸入裝裝置的主要要類型：空間球（6自由度立立體鼠標(biāo)））。操縱桿（力力反饋或沒沒有力反饋饋）。超聲波或光光學(xué)位置跟跟蹤器。全身動(dòng)作跟跟蹤服。位置輸入裝裝置虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備虛擬對(duì)象有6個(gè)自由度空間球具有磁性位置跟蹤的立體鼠標(biāo)單柄操縱桿具有力反饋的操縱桿攝像機(jī)攝像機(jī)兩極發(fā)光管指向標(biāo)兩極發(fā)光管天花板帶傳感器的頭盔超聲波發(fā)生器超聲波接收器位置控制器虛擬實(shí)境計(jì)算機(jī)光學(xué)位置跟蹤器傳感器激光掃描儀傳感器位置信號(hào)發(fā)射裝置傳感器全身動(dòng)作跟蹤服（20個(gè)傳感器）虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備數(shù)據(jù)手套既既是位置輸輸入裝置，，也是觸覺覺輸入裝置置，它將““虛擬手””加到虛擬擬實(shí)境場(chǎng)景景中去。數(shù)據(jù)手套與空間球和和操縱桿相相比，數(shù)據(jù)據(jù)手套擴(kuò)大大了用戶與與虛擬實(shí)境境交互的活活動(dòng)空間。。數(shù)據(jù)手套的的主要類型型有：位置和動(dòng)作作數(shù)據(jù)手套套。力反饋數(shù)據(jù)據(jù)手套。將用戶手的的姿勢(shì)轉(zhuǎn)化化成計(jì)算機(jī)機(jī)可讀的數(shù)數(shù)據(jù)，有測(cè)測(cè)量幾個(gè)或或全部手指指關(guān)節(jié)的傳傳感器。有有的具有三三維傳感器器，以跟蹤蹤用戶腕部部的運(yùn)動(dòng)基于光導(dǎo)衰減有利的光纖手套CyberGrasp數(shù)據(jù)手套虛擬手?jǐn)?shù)據(jù)手套的工作空間信號(hào)發(fā)射器空間球的工作空間工具欄菜單欄輸出信號(hào)2個(gè)傳感器/每根手指+手指分合傳感器+手腕轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器接口電纜接口盒軟接線信號(hào)轉(zhuǎn)換軟手套虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備頭盔和雙筒筒鏡頭盔(HMD-HeadMountedDisplay)和和雙筒鏡(BOOM)是個(gè)人用用戶的虛擬擬實(shí)境顯示示裝置，使使用方便，，價(jià)格便宜宜。頭盔的缺點(diǎn)點(diǎn)是頭部負(fù)負(fù)重和不舒舒適感，頭頭盔分專業(yè)業(yè)（帶位置置跟蹤）和和普通（不不帶位置跟跟蹤）。雙筒鏡與觀觀景望遠(yuǎn)鏡鏡相似，缺缺點(diǎn)是視覺覺范圍有限限，觀看時(shí)時(shí)需要不斷斷移動(dòng)，分分手持和座座式。在頭盔或雙雙筒鏡兩側(cè)側(cè)有兩個(gè)小小型液晶顯顯示器，通通過光學(xué)系系統(tǒng)在用戶戶眼前生成成虛擬實(shí)境境場(chǎng)景。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備單通道虛擬實(shí)境系統(tǒng)HMD控制器HMD控制器虛擬實(shí)境計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)境計(jì)算機(jī)RGB-NTSC轉(zhuǎn)換器圖形卡圖形卡圖形卡場(chǎng)景計(jì)算左眼計(jì)算右眼計(jì)算HMD位置跟蹤位置跟蹤接收器頭圍調(diào)節(jié)多通道虛擬實(shí)境系統(tǒng)顯示器立體聲耳機(jī)位置跟蹤接收器頭圍調(diào)節(jié)瞳距調(diào)節(jié)場(chǎng)景顯示虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)環(huán)境設(shè)備虛擬桌面和和虛擬幕墻墻大屏幕的虛虛擬桌面（（ImmersaDesk）和虛擬幕幕墻(PowerWall）是可供多多人觀看虛虛擬實(shí)境的的顯示裝置置。虛擬桌面一一般采用一一個(gè)CRT、LCD或DLP投影儀，通通過反射鏡鏡投射到屏屏幕。大型虛擬幕幕墻采用多多個(gè)CRT或DLP投影儀，從從背面投射射，布滿整整個(gè)墻面，，可供數(shù)十十人觀看。。觀看時(shí)用戶需需要戴上立體體眼鏡。投影儀反射鏡顯示屏虛擬幕墻虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境設(shè)備CAVE虛擬環(huán)境CAVE是計(jì)算機(jī)自動(dòng)動(dòng)虛擬環(huán)境的的縮寫，（ComputerAutomatedVirtualEnvironment--CAVE）。在3m3m2.7m的空間中，前前面和左右側(cè)側(cè)面場(chǎng)景采用用3個(gè)大屏幕幕投影儀通過過反射鏡投射射或直接從背背面投射，地地面場(chǎng)景借助助屋頂上的投投影儀通過反反射鏡投射。使用者戴上立立體眼鏡觀看看場(chǎng)景、借助助數(shù)據(jù)手套對(duì)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行交交互、利用位位置跟蹤器和和空間操縱桿桿進(jìn)行操作。。CAVE已經(jīng)在重大產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)、建建筑設(shè)計(jì)、軍軍事和體育訓(xùn)訓(xùn)練、科學(xué)研研究等許多領(lǐng)領(lǐng)域獲得應(yīng)用用。CAVE（六面）示意圖虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境設(shè)備地面投影儀右側(cè)投影儀左側(cè)投影儀前景投影儀雙筒顯示器數(shù)據(jù)手套“駕駛”虛擬的汽車虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用網(wǎng)格虛擬實(shí)現(xiàn)現(xiàn)環(huán)境普及虛擬實(shí)現(xiàn)現(xiàn)技術(shù)，首先先遇到投資問問題，高端和和低端的投資資差別很大，，從幾萬到幾幾千萬。網(wǎng)格計(jì)算（GridComputing）是新一代的的互聯(lián)網(wǎng)，可可提供強(qiáng)大的的圖形交互和和處理能力。。借助網(wǎng)格，可可以將在不同同地點(diǎn)的虛擬擬實(shí)境設(shè)備連連接在一起，，實(shí)現(xiàn)資源共共享。例如甲地有CAVE，乙地有頭盔盔，丙地有雙雙筒鏡，借助助網(wǎng)格，乙地地和丙地也可可進(jìn)入CAVE。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用共享的虛擬實(shí)境場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境境應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的建建模和仿真技技術(shù)