虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)課程

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)課程相關(guān)知識(shí)背景 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)的知識(shí)背景是什么樣的？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)的知識(shí)背景是什么樣的？ 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的本科生開(kāi)設(shè)的課程，學(xué)生需要有 計(jì)算機(jī)原理，體系結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)，軟件工程，程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，電子學(xué)，圖形學(xué)與CAD，系統(tǒng)分析，人工智能的知識(shí)背景。1.虛擬現(xiàn)實(shí)概述虛擬現(xiàn)實(shí)概述2.虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)的接口設(shè)備3.虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)4.虛擬現(xiàn)實(shí)的建模和仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的建模和仿真技術(shù)5.虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用課程目錄課程目錄學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念；虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念；人的視覺(jué)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)顯示技術(shù)；人

2、的視覺(jué)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)顯示技術(shù)；各類(lèi)位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)；各類(lèi)位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)；力覺(jué)和觸覺(jué)反響技術(shù)；力覺(jué)和觸覺(jué)反響技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)的工具軟件系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)的工具軟件系統(tǒng)；分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 第一章 虛擬現(xiàn)實(shí)概述課前索引課前索引第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素章節(jié)小結(jié)章節(jié)小結(jié)課后習(xí)題課后習(xí)題 課前索引兩個(gè)問(wèn)題兩個(gè)問(wèn)題1什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？2虛擬現(xiàn)實(shí)與人有什么關(guān)系？ 點(diǎn)擊觀看點(diǎn)擊觀看VRML演示演示 第一節(jié) 虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念1.虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)的概念2.有

3、關(guān)的其它概念有關(guān)的其它概念3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)4.虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域5.虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)1 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)這個(gè)概念最早是由誰(shuí)在什么時(shí)間提出的？虛擬現(xiàn)實(shí)這個(gè)概念最早是由誰(shuí)在什么時(shí)間提出的？1989年，美國(guó)年，美國(guó)VPL Research公司創(chuàng)始人公司創(chuàng)始人Jaron Lanier提出了提出了“Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí)的概念。虛擬現(xiàn)實(shí)的概念。如何理解如何理解“虛擬這個(gè)詞？虛擬這個(gè)詞？“Virtual說(shuō)明，這個(gè)世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實(shí)的。這個(gè)說(shuō)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(hù)應(yīng)

4、該世界或環(huán)境是人工構(gòu)造的，是存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的。用戶(hù)應(yīng)該能夠能夠“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。所謂“進(jìn)入這個(gè)虛擬的環(huán)進(jìn)入這個(gè)虛擬的環(huán)境中，是指用戶(hù)以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互境中，是指用戶(hù)以自然的方式與這個(gè)環(huán)境交互如何理解如何理解“交互這個(gè)詞？交互這個(gè)詞？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(jué)。幻感，沉浸感，身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)問(wèn)題請(qǐng)給出正確與錯(cuò)誤的

5、判別請(qǐng)給出正確與錯(cuò)誤的判別使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)志就是使用頭盔式立體顯使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)志就是使用頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套。示器和數(shù)據(jù)手套。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用最多的專(zhuān)用設(shè)備是頭盔式立體虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用最多的專(zhuān)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(zhuān)用顯示器和數(shù)據(jù)手套。于是，有人以使用這些專(zhuān)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。的。頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，只是當(dāng)前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)的一局部虛擬顯示設(shè)備。它們還很不完已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一局部虛擬顯示設(shè)備。它們還很不完善。例如，頭盔的視場(chǎng)，分辨率，

6、造成眩暈等問(wèn)善。例如，頭盔的視場(chǎng)，分辨率，造成眩暈等問(wèn)題還有待解決。聽(tīng)覺(jué)接口和力覺(jué)接口等設(shè)備還在題還有待解決。聽(tīng)覺(jué)接口和力覺(jué)接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺(jué)，嗅覺(jué)，運(yùn)動(dòng)覺(jué)等技術(shù)研究，應(yīng)用還不多。味覺(jué)，嗅覺(jué)，運(yùn)動(dòng)覺(jué)等技術(shù)，還缺乏研究。，還缺乏研究。關(guān)于虛擬仿真虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有以下幾種情況虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有以下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(méi)有建成是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)

7、好但還沒(méi)有建成的。的。為了逼真地模仿真實(shí)世界中的環(huán)境，要求逼真地建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)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(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能，實(shí)際是系統(tǒng)仿真律。這一類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能，實(shí)際是系統(tǒng)仿真。 點(diǎn)擊觀看居室環(huán)境的仿真和漫游例子點(diǎn)擊觀看居室環(huán)境的仿真和漫游例子 2 和虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的幾個(gè)概念虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境( Virtual Environment )系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實(shí)( Virtual Reality )系統(tǒng)系統(tǒng)包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)遙操作遙操作( Teleoperator )系統(tǒng)

8、系統(tǒng)包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和遙機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)( Augmented Reality )系統(tǒng)系統(tǒng)組合了虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境合成環(huán)境合成環(huán)境( Synthetic Environment )系統(tǒng)系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等的總稱(chēng)。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，與用戶(hù)交互的環(huán)境實(shí)際是人工對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，與用戶(hù)交互的環(huán)境實(shí)際是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)境，可能是不同的環(huán)境。境，可能是不同的環(huán)境。一種情況是真實(shí)環(huán)境的仿真。例如，仿真真實(shí)建筑物的虛擬建筑物。這種真實(shí)建筑物可能是已經(jīng)建成的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但

9、尚未建成的。一種情況是完全虛擬的人造環(huán)境。例如在虛擬風(fēng)洞中，借助可視化技術(shù)構(gòu)造的虛擬風(fēng)洞環(huán)境。又如在三維動(dòng)畫(huà)中，人工構(gòu)造的虛擬環(huán)境。關(guān)于遙操作系統(tǒng)為什么要針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提出這么多概念？概念之間的區(qū)別？為什么要針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提出這么多概念？概念之間的區(qū)別？ 這些概念之間的區(qū)別在于。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？ 真實(shí)環(huán)境的仿真 完全虛擬的人造環(huán)境遙操作系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？遙操作系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？ 對(duì)于遙操作系統(tǒng)，與用戶(hù)交互的環(huán)境實(shí)際是在遠(yuǎn)地的一個(gè)真實(shí)的環(huán)境。用戶(hù)通過(guò)類(lèi)似虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)接口，用戶(hù)通過(guò)類(lèi)似虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)接口，也就是看到真實(shí)環(huán)境的場(chǎng)景，聽(tīng)到真實(shí)環(huán)

10、境的聲音，感到與環(huán)境中也就是看到真實(shí)環(huán)境的場(chǎng)景，聽(tīng)到真實(shí)環(huán)境的聲音，感到與環(huán)境中物體的接觸。物體的接觸。遙操作系統(tǒng)實(shí)際上是高級(jí)的遙控系統(tǒng)，是采用了先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遙遙操作系統(tǒng)實(shí)際上是高級(jí)的遙控系統(tǒng)，是采用了先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遙控系統(tǒng)?？叵到y(tǒng)。 3 虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念，可以得到虛擬現(xiàn)實(shí)的以基于虛擬現(xiàn)實(shí)的根本概念，可以得到虛擬現(xiàn)實(shí)的以下三個(gè)特點(diǎn)。下三個(gè)特點(diǎn)。1人機(jī)接口的內(nèi)容人機(jī)接口的內(nèi)容計(jì)算機(jī)提供計(jì)算機(jī)提供“環(huán)境環(huán)境, 不是不是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 信息。這改變信息。這改變了人機(jī)接口的內(nèi)容。了人機(jī)接口的內(nèi)容。2人機(jī)接口的形式人機(jī)接口的形式操作者由視覺(jué)操作者由視覺(jué),聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué),力覺(jué)感知

11、環(huán)境力覺(jué)感知環(huán)境, 由自然的動(dòng)作操由自然的動(dòng)作操作環(huán)境作環(huán)境, 不是由屏幕不是由屏幕,鍵盤(pán)鍵盤(pán),鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改變了人機(jī)接口的形式。變了人機(jī)接口的形式。3人機(jī)接口的效果人機(jī)接口的效果逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。這改變了人機(jī)接口的效果。覺(jué)。這改變了人機(jī)接口的效果。人機(jī)接口內(nèi)容的改變計(jì)算機(jī)提供計(jì)算機(jī)提供“環(huán)境環(huán)境, 不是不是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 信息。這改變了人機(jī)接口的內(nèi)信息。這改變了人機(jī)接口的內(nèi)容。容。虛擬現(xiàn)實(shí)的這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新方向。虛擬現(xiàn)實(shí)的這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新方向。計(jì)算機(jī)的名稱(chēng)表達(dá)了它的最

12、早應(yīng)用是計(jì)算。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)和用戶(hù)計(jì)算機(jī)的名稱(chēng)表達(dá)了它的最早應(yīng)用是計(jì)算。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)和用戶(hù)交互的是計(jì)算有關(guān)的數(shù)值。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(lèi)數(shù)據(jù)。此后，計(jì)算機(jī)擴(kuò)大到處理數(shù)值，字符串，文本等各類(lèi)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(yǔ)言等多種媒體以后，計(jì)算機(jī)更擴(kuò)大到處理圖像，圖形，聲音，語(yǔ)言等多種媒體的信息。的信息。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)那么以環(huán)境為計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象和人機(jī)交互的內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)那么以環(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(kāi)拓了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新思路。這開(kāi)拓了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新思路。數(shù)值數(shù)值-各類(lèi)數(shù)據(jù)各類(lèi)數(shù)據(jù)-多媒體信息多媒體信息-環(huán)境環(huán)境人

13、機(jī)接口的內(nèi)容的變化：人機(jī)接口的內(nèi)容的變化：人機(jī)接口的形式的改變操作者由視覺(jué)操作者由視覺(jué),聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué),力覺(jué)感知環(huán)境力覺(jué)感知環(huán)境, 由自然的動(dòng)作操由自然的動(dòng)作操作環(huán)境作環(huán)境, 不是由屏幕不是由屏幕,鍵盤(pán)鍵盤(pán),鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改變了人機(jī)接口的形式變了人機(jī)接口的形式這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新方向。這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)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。至今為止的計(jì)算機(jī)人機(jī)接口都是面向機(jī)器的。人機(jī)接口有哪些？人機(jī)接口有哪些？終端，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，打印機(jī)等接口設(shè)備，都是適應(yīng)終端，鍵盤(pán)，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(zhuān)用設(shè)備。這些設(shè)備很好地完成了各類(lèi)

14、數(shù)計(jì)算機(jī)的專(zhuān)用設(shè)備。這些設(shè)備很好地完成了各類(lèi)數(shù)據(jù)和多媒體信息的交互。據(jù)和多媒體信息的交互。虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)接口，那么是面向用戶(hù)的。虛擬虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)接口，那么是面向用戶(hù)的。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶(hù)以自然的方式與虛擬環(huán)境交互?，F(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶(hù)以自然的方式與虛擬環(huán)境交互。如何理解自然的方式呢？如何理解自然的方式呢？所謂自然的方式，是指用戶(hù)通過(guò)視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)所謂自然的方式，是指用戶(hù)通過(guò)視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)等感覺(jué)虛擬環(huán)境，使用戶(hù)產(chǎn)生在真實(shí)環(huán)境中的幻覺(jué)等感覺(jué)虛擬環(huán)境，使用戶(hù)產(chǎn)生在真實(shí)環(huán)境中的幻覺(jué)。同時(shí)，用戶(hù)通過(guò)在真實(shí)環(huán)境中的行為，去干預(yù)虛。同時(shí)，用戶(hù)通過(guò)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

15、機(jī)接口設(shè)備，完全不擬環(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)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。技術(shù)中最有特色的內(nèi)容。人機(jī)接口的效果的改變逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。這改變了人機(jī)接口的效果覺(jué)。這改變了人機(jī)接口的效果這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新要求。這個(gè)特點(diǎn)表達(dá)了計(jì)算機(jī)人機(jī)接口的新要求。用戶(hù)通過(guò)人機(jī)接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用用戶(hù)通過(guò)人機(jī)接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用戶(hù)產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。戶(hù)產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念中

16、有三個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念中有三個(gè)I：1Immersion(沉浸沉浸)，是指逼真的，身臨其境的感，是指逼真的，身臨其境的感覺(jué)。覺(jué)。2Interaction(交互交互)，是指用戶(hù)感知與操作環(huán)境，是指用戶(hù)感知與操作環(huán)境3Imagination(想象想象)，是指創(chuàng)造性。，是指創(chuàng)造性。 4 虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域1娛樂(lè)娛樂(lè)2國(guó)防國(guó)防3設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售4醫(yī)療和健康醫(yī)療和健康5危險(xiǎn)操作危險(xiǎn)操作6訓(xùn)練訓(xùn)練7教育教育8信息可視化信息可視化9遠(yuǎn)程交往與遠(yuǎn)程游歷遠(yuǎn)程交往與遠(yuǎn)程游歷5 虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)1VR的人機(jī)接口的人機(jī)接口2VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3VR的建模和仿真的建模和仿真VR的人機(jī)接口VR的人機(jī)接

17、口的作用是什么？的人機(jī)接口的作用是什么？其一是給人類(lèi)操作者通過(guò)什么方式提供環(huán)境信息？視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)包括：視覺(jué)通道、聽(tīng)覺(jué)通道、觸覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)接口和其他接口其二是感覺(jué)人類(lèi)操作者的包括：位置跟蹤和映射，語(yǔ)音識(shí)別等。 1位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于位置跟蹤和映射用于測(cè)量人體各部位的位置和姿態(tài)測(cè)量人體各部位的位置和姿態(tài)分析判斷人面部的表情分析判斷人面部的表情它的目的是：它的目的是：了解人的身體行為了解人的身體行為這是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互所必需的系統(tǒng)功能。這是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互所必需的系統(tǒng)功能。VR系統(tǒng)由此了解人的行系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，實(shí)現(xiàn)交互。為，然后做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，實(shí)現(xiàn)交互。常用

18、的技術(shù)包括：常用的技術(shù)包括：機(jī)械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器機(jī)械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器根本目標(biāo)是精確完成位置和姿態(tài)的測(cè)量。三個(gè)主要的要求：大范圍根本目標(biāo)是精確完成位置和姿態(tài)的測(cè)量。三個(gè)主要的要求：大范圍的線性響應(yīng)，高帶寬的線性響應(yīng)，高帶寬1kHz，以及允許頭和身體的運(yùn)動(dòng)。，以及允許頭和身體的運(yùn)動(dòng)。2視覺(jué)通道視覺(jué)通道的作用：視覺(jué)通道的作用： 給人的視覺(jué)系統(tǒng)提供圖形顯示。給人的視覺(jué)系統(tǒng)提供圖形顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺(jué)視覺(jué)通道應(yīng)該滿(mǎn)足的要求：為了提供身臨其境的逼真感覺(jué)視覺(jué)通道應(yīng)該滿(mǎn)足的要求：顯示的像素應(yīng)該足夠小，使人不至于感覺(jué)到像素的不連續(xù)顯示的像素

19、應(yīng)該足夠小，使人不至于感覺(jué)到像素的不連續(xù)顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至于感覺(jué)到畫(huà)面的不連續(xù)顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至于感覺(jué)到畫(huà)面的不連續(xù)給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成立體視覺(jué)。給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成立體視覺(jué)。應(yīng)該具有足夠大的視場(chǎng)，理想情況是顯示畫(huà)面充滿(mǎn)整個(gè)視場(chǎng)。應(yīng)該具有足夠大的視場(chǎng)，理想情況是顯示畫(huà)面充滿(mǎn)整個(gè)視場(chǎng)。視覺(jué)通道的顯示外表分為：視覺(jué)通道的顯示外表分為：基于基于CRT和基于和基于LCD。視覺(jué)通道的光學(xué)系統(tǒng)分為：視覺(jué)通道的光學(xué)系統(tǒng)分為：頭盔顯示頭盔顯示(HMD)和非頭盔顯示和非頭盔顯示(OHD) 專(zhuān)用頭盔圖3 聽(tīng)覺(jué)通道聽(tīng)覺(jué)通道的作用：聽(tīng)覺(jué)通道的作用： 給人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)提

20、供聲音顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)通道應(yīng)該滿(mǎn)足一些要求為了提供身臨其境的逼真感覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)通道應(yīng)該滿(mǎn)足一些要求 使人感覺(jué)置身于立體的聲場(chǎng)之中 能識(shí)別聲音的類(lèi)型和強(qiáng)度 能判定聲源的位置。聽(tīng)覺(jué)通道的關(guān)鍵技術(shù)包括：聽(tīng)覺(jué)通道的關(guān)鍵技術(shù)包括： 合成由接口提供的虛擬聲音信號(hào) 聲音在虛擬空間定位問(wèn)題 發(fā)聲設(shè)備。4 觸覺(jué)通道觸覺(jué)通道的作用觸覺(jué)通道的作用給人體外表提供觸覺(jué)和力覺(jué)。當(dāng)人體在虛擬空間中給人體外表提供觸覺(jué)和力覺(jué)。當(dāng)人體在虛擬空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果接觸到虛擬物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果接觸到虛擬物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該給人提供這種觸覺(jué)和力覺(jué)。給人提供這種觸覺(jué)和力覺(jué)。觸覺(jué)通道涉及操作以及感覺(jué)包括觸覺(jué)

21、通道涉及操作以及感覺(jué)包括觸覺(jué)反響觸覺(jué)反響力覺(jué)反響。力覺(jué)反響。觸覺(jué)通道的結(jié)構(gòu)分為：觸覺(jué)通道的結(jié)構(gòu)分為：安裝在身體上的設(shè)備安裝在身體上的設(shè)備安裝在地面的設(shè)備。安裝在地面的設(shè)備。5 運(yùn)動(dòng)接口人體在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)包括：人體在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)包括： 身體的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)如在車(chē)上的運(yùn)動(dòng) 身體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)漫游，如散步。人在運(yùn)動(dòng)中，人體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)器官可以感知運(yùn)動(dòng)信息。感知運(yùn)動(dòng)人在運(yùn)動(dòng)中，人體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)器官可以感知運(yùn)動(dòng)信息。感知運(yùn)動(dòng)信息的器官包含：信息的器官包含： 前庭系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng) 本體感受，動(dòng)覺(jué)和觸覺(jué)運(yùn)動(dòng)接口應(yīng)該給這些器官提供運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)接口應(yīng)該給這些器官提供運(yùn)動(dòng)信息。6 其它類(lèi)型接口其它類(lèi)型接口包

22、括：其它類(lèi)型接口包括：嗅覺(jué)、味覺(jué)通道嗅覺(jué)、味覺(jué)通道感覺(jué)熱、風(fēng)及濕度的接口感覺(jué)熱、風(fēng)及濕度的接口還包括語(yǔ)音通訊語(yǔ)音識(shí)別與合成還包括語(yǔ)音通訊語(yǔ)音識(shí)別與合成以及直接心理感覺(jué)和控制。以及直接心理感覺(jué)和控制。這些接口，目前還缺乏研究這些接口，目前還缺乏研究2VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要的通道是什么？現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要的通道是什么？現(xiàn)有的虛擬顯示系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道。聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道還處于研究階段。VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？所以，VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要考慮視覺(jué)通道的要求。VR的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的視覺(jué)通道1 視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的要求視覺(jué)通道對(duì)

23、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的要求 首先是要求維持足夠的圖形幀速率首先是要求維持足夠的圖形幀速率這要求在指定的時(shí)間內(nèi)約為這要求在指定的時(shí)間內(nèi)約為0.1秒計(jì)算出兩眼的秒計(jì)算出兩眼的兩幅圖像。兩幅圖像。同時(shí)要求提供足夠好質(zhì)量的圖像同時(shí)要求提供足夠好質(zhì)量的圖像這一般表達(dá)在圖像中顯示的多邊形或三角形的樹(shù)木這一般表達(dá)在圖像中顯示的多邊形或三角形的樹(shù)木。因此，往往需要專(zhuān)用硬件。圖形硬件應(yīng)提供因此，往往需要專(zhuān)用硬件。圖形硬件應(yīng)提供快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和外表紋快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和外表紋理。理。2視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的要求視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的要求VR系統(tǒng)中的軟件主要包括以下幾種：系

24、統(tǒng)中的軟件主要包括以下幾種：交互軟件：交互軟件：利用人機(jī)控制設(shè)備的輸出去修改利用人機(jī)控制設(shè)備的輸出去修改VE。視覺(jué)漫游軟件：視覺(jué)漫游軟件：控制用戶(hù)在控制用戶(hù)在VE中運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的場(chǎng)景。中運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的場(chǎng)景。建模軟件：建模軟件：定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。操作系統(tǒng)支持操作系統(tǒng)支持VE的實(shí)時(shí)多模態(tài)要求。的實(shí)時(shí)多模態(tài)要求。3視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求視覺(jué)通道對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求分布式交互仿真分布式交互仿真分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。事仿真的潮流。通訊網(wǎng)絡(luò)可以把通訊網(wǎng)絡(luò)可以把VE轉(zhuǎn)換

25、成共享的分布式計(jì)算環(huán)境。轉(zhuǎn)換成共享的分布式計(jì)算環(huán)境。 3VR的建模和仿真 1 VR的建模包括：的建模包括：幾何建模和物理建模幾何建模和物理建模VR的幾何建模的幾何建模一般的一般的VR工具軟件都具有幾何建模功能。工具軟件都具有幾何建模功能。利用現(xiàn)有的利用現(xiàn)有的CAD建模工具也是常用的方法。建模工具也是常用的方法。市場(chǎng)上已有商業(yè)模型庫(kù)出售。市場(chǎng)上已有商業(yè)模型庫(kù)出售。對(duì)實(shí)際物體的建模，那么采用激光掃描等專(zhuān)用設(shè)對(duì)實(shí)際物體的建模，那么采用激光掃描等專(zhuān)用設(shè)備。備。VR的物理建模的物理建模物理建模是基于物理方程的建模。物理建模是基于物理方程的建模。一般考慮剛體建模，鏈接物體的建模，以及非剛一般考慮剛體建模，

26、鏈接物體的建模，以及非剛體的建模。體的建模。智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的物體智能物體智能思考題什么是剛體？什么是剛體？什么是智能體？什么是智能體？3VR的建模和仿真 2仿真仿真仿真包括：圖形繪制和三維動(dòng)畫(huà)。仿真包括：圖形繪制和三維動(dòng)畫(huà)。 圖形繪制圖形繪制是把三維環(huán)境，相對(duì)于虛擬攝像機(jī)虛擬視點(diǎn)投影，形成圖像是把三維環(huán)境，相對(duì)于虛擬攝像機(jī)虛擬視點(diǎn)投影，形成圖像的過(guò)程。的過(guò)程。圖形繪制要求圖形繪制要求為了提供連續(xù)運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)，幀速率必須大于每秒為了提供連續(xù)運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)，幀速率必須大于每秒8到到10幀。幀。為了保持瞬間交互控制的錯(cuò)覺(jué)，響應(yīng)時(shí)間的延遲必

27、須小于為了保持瞬間交互控制的錯(cuò)覺(jué)，響應(yīng)時(shí)間的延遲必須小于0.1秒。秒。為了繪制人眼可分辨的所有細(xì)節(jié)，這要求有為了繪制人眼可分辨的所有細(xì)節(jié)，這要求有8千萬(wàn)個(gè)多邊形。千萬(wàn)個(gè)多邊形。然而，用今天的硬件，每個(gè)畫(huà)面然而，用今天的硬件，每個(gè)畫(huà)面8千萬(wàn)多邊形的系統(tǒng)對(duì)真正的千萬(wàn)多邊形的系統(tǒng)對(duì)真正的實(shí)時(shí)交互是太慢了，于是存在真實(shí)圖像與實(shí)時(shí)交互間的折衷實(shí)時(shí)交互是太慢了，于是存在真實(shí)圖像與實(shí)時(shí)交互間的折衷。某些應(yīng)用如建筑和藝術(shù)可能要求照片一樣真實(shí)的繪制。某些應(yīng)用如建筑和藝術(shù)可能要求照片一樣真實(shí)的繪制。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次的實(shí)時(shí)交互。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次的實(shí)時(shí)交互。2仿真仿真仿真包括：圖形繪制和三維動(dòng)畫(huà)。

28、仿真包括：圖形繪制和三維動(dòng)畫(huà)。 三維動(dòng)畫(huà)三維動(dòng)畫(huà)可以用兩種途徑實(shí)現(xiàn)可以用兩種途徑實(shí)現(xiàn):1：基于物理模型的數(shù)值計(jì)算。：基于物理模型的數(shù)值計(jì)算。屬于滿(mǎn)足物理規(guī)律的仿真技術(shù)，用于軍事和工業(yè)等屬于滿(mǎn)足物理規(guī)律的仿真技術(shù)，用于軍事和工業(yè)等方面。方面。2：數(shù)學(xué)插值。：數(shù)學(xué)插值。這種技術(shù)在三維動(dòng)畫(huà)電影中獲得了巨大的成功。這種技術(shù)在三維動(dòng)畫(huà)電影中獲得了巨大的成功。 虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶(hù)通過(guò)輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件交互。輸入軟件通過(guò)形狀編輯器完成用戶(hù)通過(guò)輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件交互。輸入軟件通過(guò)形狀編輯器完成幾何建模，通過(guò)聲音編輯器完成虛擬聲音系統(tǒng)建模。然后，在世界編輯器完幾何建模，通過(guò)聲音編輯器完

29、成虛擬聲音系統(tǒng)建模。然后，在世界編輯器完成虛擬環(huán)境的建模。其中的虛擬剪切器，用于模型的剪切。建立的模型，保成虛擬環(huán)境的建模。其中的虛擬剪切器，用于模型的剪切。建立的模型，保存在虛擬世界中。整個(gè)工作在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中完成存在虛擬世界中。整個(gè)工作在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中完成第二節(jié) 虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素為什么要討論人的因素？為什么要討論人的因素？計(jì)算機(jī)，接口和用戶(hù)是計(jì)算機(jī)，接口和用戶(hù)是VR系統(tǒng)中的三個(gè)組成局部。系統(tǒng)中的三個(gè)組成局部。接口設(shè)計(jì)必須考慮人的因素，人的因素與接口設(shè)計(jì)必須考慮人的因素，人的因素與VR系統(tǒng)性系統(tǒng)性能直接相關(guān)。能直接相關(guān)。虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)的人的因素具體有哪些方面？虛擬現(xiàn)實(shí)中有關(guān)的人的因素具體有

30、哪些方面？人眼人眼人耳人耳身體感覺(jué)身體感覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素-人眼1視覺(jué)生理結(jié)構(gòu)視覺(jué)生理結(jié)構(gòu)2立體視覺(jué)立體視覺(jué) 3屈光度屈光度4瞳孔瞳孔5分辨力分辨力6明暗適應(yīng)明暗適應(yīng)7周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)8視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留9視場(chǎng)視場(chǎng) 1視覺(jué)生理結(jié)構(gòu)視覺(jué)生理結(jié)構(gòu) 大腦皮層大腦皮層Cerebral Cortex是大腦半球的最外是大腦半球的最外層，它負(fù)責(zé)各種形式的感覺(jué)。視網(wǎng)膜層，它負(fù)責(zé)各種形式的感覺(jué)。視網(wǎng)膜Retina是是在每只眼背部的神經(jīng)細(xì)胞的多層膜，它把光轉(zhuǎn)成電在每只眼背部的神經(jīng)細(xì)胞的多層膜，它把光轉(zhuǎn)成電信號(hào)，并通過(guò)視神經(jīng)和管道傳給大腦。信號(hào)，并通過(guò)視神經(jīng)和管道傳給大腦。以下圖表示，視網(wǎng)膜

31、的解剖圖。圖中顯示了層以下圖表示，視網(wǎng)膜的解剖圖。圖中顯示了層，管道和神經(jīng)。，管道和神經(jīng)。 光感受器光感受器Photoreceptor是每只眼睛視網(wǎng)膜是每只眼睛視網(wǎng)膜中中1.25億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞中的一局部，它在受到特億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞中的一局部，它在受到特定波長(zhǎng)的光的刺激時(shí)，會(huì)發(fā)出電信號(hào)。視網(wǎng)膜定波長(zhǎng)的光的刺激時(shí)，會(huì)發(fā)出電信號(hào)。視網(wǎng)膜是眼的光敏層，幾百微米厚，有是眼的光敏層，幾百微米厚，有10層。光線通層。光線通過(guò)其中過(guò)其中8層，被另外兩層的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)層，被另外兩層的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的光接收器胞的光接收器Photoreceptor吸收。每只眼吸收。每只眼的視網(wǎng)膜上有的視網(wǎng)膜上有1.25億個(gè)神經(jīng)細(xì)

32、胞。脊椎動(dòng)物有億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。脊椎動(dòng)物有兩種光感受器，：視桿細(xì)胞兩種光感受器，：視桿細(xì)胞rods負(fù)責(zé)低分負(fù)責(zé)低分辨率的、單色的、夜間的視覺(jué)。視錐細(xì)胞辨率的、單色的、夜間的視覺(jué)。視錐細(xì)胞cones負(fù)責(zé)高分辨率的、彩色的、白天的視覺(jué)負(fù)責(zé)高分辨率的、彩色的、白天的視覺(jué)。它花費(fèi)。它花費(fèi)25ms把光轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再送給大腦。把光轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再送給大腦。右圖表示，視網(wǎng)膜內(nèi)光感受器的解剖圖。右圖表示，視網(wǎng)膜內(nèi)光感受器的解剖圖。圖中桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞在上部，通向大腦的圖中桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞在上部，通向大腦的視神經(jīng)纖維在下部。視神經(jīng)纖維在下部。2立體視覺(jué)立體視覺(jué) 視覺(jué)的另一個(gè)重要因素是立體視覺(jué)能力。提供給人類(lèi)視覺(jué)的

33、另一個(gè)重要因素是立體視覺(jué)能力。提供給人類(lèi)視覺(jué)的圖像，必須使人感覺(jué)是立體的。這樣，觀看者視覺(jué)的圖像，必須使人感覺(jué)是立體的。這樣，觀看者的視覺(jué)系統(tǒng)就可以計(jì)算出被看物體的遠(yuǎn)近。對(duì)同一個(gè)的視覺(jué)系統(tǒng)就可以計(jì)算出被看物體的遠(yuǎn)近。對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景，兩眼得到稍有差異的視圖。左視區(qū)的信息，送場(chǎng)景，兩眼得到稍有差異的視圖。左視區(qū)的信息，送到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有

34、信息，都送到右半球。區(qū)的所有信息，都送到右半球。 右圖表示，人類(lèi)立體視覺(jué)的原理圖。右圖表示，人類(lèi)立體視覺(jué)的原理圖。HMD頭盔顯示器提供兩個(gè)顯示，不但應(yīng)保持雙目頭盔顯示器提供兩個(gè)顯示，不但應(yīng)保持雙目視差，而且應(yīng)該重疊。實(shí)際上視差，而且應(yīng)該重疊。實(shí)際上,由于兩眼有由于兩眼有6.5cm的瞳的瞳距，所以?xún)烧咭晥?chǎng)總有些差異距，所以?xún)烧咭晥?chǎng)總有些差異,有不重疊的區(qū)域。有不重疊的區(qū)域。對(duì)中央凹區(qū)域，深度感在對(duì)中央凹區(qū)域，深度感在150m時(shí)減弱。對(duì)周?chē)曈X(jué)時(shí)減弱。對(duì)周?chē)曈X(jué)，深度感在，深度感在100m減弱。而在這個(gè)距離上，雙目視差減弱。而在這個(gè)距離上，雙目視差不是最有用的，運(yùn)動(dòng)視差和透視可能更有用。不是最有用

35、的，運(yùn)動(dòng)視差和透視可能更有用。 3屈光度屈光度與眼的光學(xué)局部有關(guān)的一個(gè)度量是與眼的光學(xué)局部有關(guān)的一個(gè)度量是屈光度屈光度 dioptre。有。有1個(gè)屈光度個(gè)屈光度的鏡頭，可以聚焦平行光線在的鏡頭，可以聚焦平行光線在1米距離。人眼的聚焦能力約米距離。人眼的聚焦能力約60屈光度，屈光度，這說(shuō)明聚焦平行光在這說(shuō)明聚焦平行光在17mm距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網(wǎng)膜距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網(wǎng)膜的距離。的距離。年青人可以連續(xù)改變年青人可以連續(xù)改變14個(gè)屈光度，這稱(chēng)為調(diào)節(jié)或聚焦。這保證對(duì)遠(yuǎn)近物個(gè)屈光度，這稱(chēng)為調(diào)節(jié)或聚焦。這保證對(duì)遠(yuǎn)近物體都能看到清晰的圖像。年長(zhǎng)后調(diào)節(jié)能力減弱，體都能看到清晰的

36、圖像。年長(zhǎng)后調(diào)節(jié)能力減弱，50歲時(shí)調(diào)節(jié)能力歲時(shí)調(diào)節(jié)能力2個(gè)屈個(gè)屈光度，光度，70歲時(shí)調(diào)節(jié)能力歲時(shí)調(diào)節(jié)能力0個(gè)屈光度。在注視運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)屈光個(gè)屈光度。在注視運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)屈光度。度。調(diào)節(jié)作用保證某個(gè)距離的物體清晰，而其它距離物體模糊。這調(diào)節(jié)作用保證某個(gè)距離的物體清晰，而其它距離物體模糊。這起了濾波器的作用，使人集中關(guān)注視場(chǎng)中局部區(qū)域。在起了濾波器的作用，使人集中關(guān)注視場(chǎng)中局部區(qū)域。在HMD中沒(méi)中沒(méi)有調(diào)節(jié)，有調(diào)節(jié)，2個(gè)圖像都是聚焦在個(gè)圖像都是聚焦在2到到3米距離。米距離。4瞳孔瞳孔瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由1.5mm到到8mm。面積之比。面積

37、之比1:30。瞳孔作用有三個(gè)：。瞳孔作用有三個(gè)：(a) 放大時(shí)放大時(shí)可增加眼的敏感；可增加眼的敏感；(b) 縮小時(shí)可增加近視覺(jué)的視距縮小時(shí)可增加近視覺(jué)的視距；(c) 縮小時(shí)可限制入射光在光學(xué)效果最好的中心區(qū)縮小時(shí)可限制入射光在光學(xué)效果最好的中心區(qū)。 5分辨力分辨力分辨力是人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，限于分辨力是人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，限于10m距離上距離上約約1.5-2mm。例如在。例如在2m的距離觀看寬度的距離觀看寬度400mm的電的電視。人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，在視。人眼區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)的能力，在2m距離上約距離上約0.4mm。那么寬度。那么寬度400mm上應(yīng)該由上應(yīng)該由1000個(gè)個(gè)0.4mm大小的像素大

38、小的像素。計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和高清晰度電視機(jī)，都到達(dá)了這樣。計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和高清晰度電視機(jī)，都到達(dá)了這樣的分辨率。的分辨率。6明暗適應(yīng)明暗適應(yīng)眼對(duì)亮度的感覺(jué)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，這是通過(guò)改變?cè)谝晽U和視錐細(xì)胞中光敏化合物的濃度眼對(duì)亮度的感覺(jué)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，這是通過(guò)改變?cè)谝晽U和視錐細(xì)胞中光敏化合物的濃度。例如從亮處進(jìn)入暗室時(shí)的現(xiàn)象，稱(chēng)為暗適應(yīng)，花費(fèi)約。例如從亮處進(jìn)入暗室時(shí)的現(xiàn)象，稱(chēng)為暗適應(yīng)，花費(fèi)約40分。亮適應(yīng)是從暗室進(jìn)入陽(yáng)分。亮適應(yīng)是從暗室進(jìn)入陽(yáng)光下時(shí)的現(xiàn)象，這種適應(yīng)的強(qiáng)度變化在光下時(shí)的現(xiàn)象，這種適應(yīng)的強(qiáng)度變化在25000倍。視桿細(xì)胞適應(yīng)時(shí)間約倍。視桿細(xì)胞適應(yīng)時(shí)間約1小時(shí)，視錐細(xì)小時(shí)，視錐細(xì)胞適應(yīng)時(shí)間約幾分鐘。胞

39、適應(yīng)時(shí)間約幾分鐘。 7周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)視網(wǎng)膜不僅是被動(dòng)的光敏外表。通過(guò)視桿和視錐細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞的連接，它視網(wǎng)膜不僅是被動(dòng)的光敏外表。通過(guò)視桿和視錐細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞的連接，它還有一定的圖像處理。中央凹是視網(wǎng)膜中央局部，在光軸與視網(wǎng)膜焦點(diǎn)附近還有一定的圖像處理。中央凹是視網(wǎng)膜中央局部，在光軸與視網(wǎng)膜焦點(diǎn)附近，直徑約，直徑約1mm，有高密度視錐細(xì)胞。中央凹區(qū)域的視覺(jué)稱(chēng)為中央視覺(jué)。中央，有高密度視錐細(xì)胞。中央凹區(qū)域的視覺(jué)稱(chēng)為中央視覺(jué)。中央視覺(jué)是高分辨率局部，有彩色的、白天的視覺(jué)。視網(wǎng)膜周?chē)鷧^(qū)域包含視桿和視覺(jué)是高分辨率局部，有彩色的、白天的視覺(jué)。視網(wǎng)膜周?chē)鷧^(qū)域包含視桿和視錐細(xì)胞。視網(wǎng)膜

40、周?chē)鷧^(qū)域的視覺(jué)稱(chēng)為周?chē)曈X(jué)。這些神經(jīng)細(xì)胞對(duì)光強(qiáng)的變視錐細(xì)胞。視網(wǎng)膜周?chē)鷧^(qū)域的視覺(jué)稱(chēng)為周?chē)曈X(jué)。這些神經(jīng)細(xì)胞對(duì)光強(qiáng)的變化敏感，它幫助我們注意運(yùn)動(dòng)物體。周?chē)曈X(jué)雖然分辨率低，是單色的、夜化敏感，它幫助我們注意運(yùn)動(dòng)物體。周?chē)曈X(jué)雖然分辨率低，是單色的、夜間的視覺(jué)，但敏感運(yùn)動(dòng)物體。間的視覺(jué)，但敏感運(yùn)動(dòng)物體。 8視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺(jué)的反響時(shí)視覺(jué)暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺(jué)的反響時(shí)間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時(shí)，視桿細(xì)胞得到約間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時(shí)，視桿細(xì)胞得到約0.25s 的峰，視錐細(xì)胞快的峰，視錐細(xì)胞快4倍，得到約倍，得到約0.04s的峰。這種現(xiàn)的峰。這種現(xiàn)象造成視覺(jué)暫

41、留象造成視覺(jué)暫留現(xiàn)有的現(xiàn)有的VR技術(shù)，是否對(duì)以上技術(shù)，是否對(duì)以上8個(gè)人眼的因素都考慮個(gè)人眼的因素都考慮到了？到了？人眼的八個(gè)因素：視覺(jué)生理結(jié)構(gòu)、立體視覺(jué)、屈光度、瞳孔、分辨力、明暗適應(yīng)、周?chē)曈X(jué)和中央視覺(jué)、視覺(jué)暫留、視場(chǎng) 現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：立體視覺(jué)，分辨力，視覺(jué)暫留，以及視場(chǎng)。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。 虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素-人耳1聲音聲音2聲音感覺(jué)聲音感覺(jué)3頻率范圍頻率范圍4聲強(qiáng)聲強(qiáng)5聲音方向聲音方向6聲音舞臺(tái)聲音舞臺(tái)7頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù) 1聲音聲音音速在空氣中，0時(shí)331m/s，20時(shí)344m/s。在海水中，1時(shí)音速1453m/s。在鑄鐵棒中，音速3

42、500m/s。耳聽(tīng)到的頻率范圍約20Hz到20kHz。隨年歲增加，頻率范圍縮小，特別是高頻段?？紤]音速344m/s。 20Hz的波長(zhǎng)17.2m, 1kHz的波長(zhǎng)34.4cm, 10kHz的波長(zhǎng) 3.44cm。人耳的尺寸約7cm，這是5kHz的波長(zhǎng)。這說(shuō)明耳會(huì)影響這種頻率聲音的收集。人的身體也會(huì)與聲波交互，這也會(huì)影響聲音的質(zhì)量。這類(lèi)似音樂(lè)廳中的音響效果。2聲音感覺(jué)聲音感覺(jué)耳分為外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳把聲音引導(dǎo)進(jìn)內(nèi)耳，它也作為濾波器而改變聲音。把手放在耳前面，就會(huì)感到聲音變化。聲音最終沖擊耳膜，使之振動(dòng)。耳膜振動(dòng)再傳到耳蝸，并且振動(dòng)加大20倍。3頻率范圍頻率范圍耳蝸有耳蝸有3個(gè)螺旋管，被個(gè)螺旋管，

43、被2個(gè)膜片分開(kāi)，個(gè)膜片分開(kāi)，Reissner膜和耳底膜。振動(dòng)會(huì)刺激耳底膜上的膜和耳底膜。振動(dòng)會(huì)刺激耳底膜上的2萬(wàn)到萬(wàn)到3萬(wàn)個(gè)硬萬(wàn)個(gè)硬毛，并產(chǎn)生電信號(hào)傳給大腦。耳底膜有識(shí)別頻率的毛，并產(chǎn)生電信號(hào)傳給大腦。耳底膜有識(shí)別頻率的機(jī)制。高頻振動(dòng)刺激膜的開(kāi)始局部，中頻振動(dòng)刺激機(jī)制。高頻振動(dòng)刺激膜的開(kāi)始局部，中頻振動(dòng)刺激膜的中間局部，低頻振動(dòng)刺激膜的遠(yuǎn)端局部。膜的中間局部，低頻振動(dòng)刺激膜的遠(yuǎn)端局部。4聲強(qiáng)聲強(qiáng)聲強(qiáng)影響到耳底膜的振幅，直接轉(zhuǎn)成毛細(xì)胞的刺激聲強(qiáng)影響到耳底膜的振幅，直接轉(zhuǎn)成毛細(xì)胞的刺激。5聲音方向聲音方向一般認(rèn)為，人腦識(shí)別聲源位置，是利用兩耳收到的一般認(rèn)為，人腦識(shí)別聲源位置，是利用兩耳收到的聲音的

44、時(shí)間差和聲音幅度差。當(dāng)人面對(duì)聲源時(shí)，兩聲音的時(shí)間差和聲音幅度差。當(dāng)人面對(duì)聲源時(shí)，兩耳的聲強(qiáng)和路徑相等。當(dāng)人向左轉(zhuǎn)以后，右耳聲音耳的聲強(qiáng)和路徑相等。當(dāng)人向左轉(zhuǎn)以后，右耳聲音比左耳強(qiáng)，且更早聽(tīng)到。假設(shè)兩耳路徑之差為比左耳強(qiáng)，且更早聽(tīng)到。假設(shè)兩耳路徑之差為20cm，那么時(shí)間差，那么時(shí)間差0.6ms。6聲音舞臺(tái)聲音舞臺(tái)如果用一對(duì)麥克風(fēng)記錄立體聲音，就可以重現(xiàn)聲音如果用一對(duì)麥克風(fēng)記錄立體聲音，就可以重現(xiàn)聲音舞臺(tái)，它有寬度和深度。舞臺(tái)，它有寬度和深度。 7頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)在聽(tīng)耳機(jī)時(shí)，每個(gè)耳只聽(tīng)一個(gè)發(fā)聲器的聲音。當(dāng)然一個(gè)在聽(tīng)耳機(jī)時(shí)，每個(gè)耳只聽(tīng)一個(gè)發(fā)聲器的聲音。當(dāng)然一個(gè)耳中的聲音，也會(huì)經(jīng)頭

45、部傳給另一耳。在聽(tīng)揚(yáng)聲器時(shí)，每個(gè)耳中的聲音，也會(huì)經(jīng)頭部傳給另一耳。在聽(tīng)揚(yáng)聲器時(shí)，每個(gè)耳都分別聽(tīng)到兩個(gè)揚(yáng)聲器的聲音。耳都分別聽(tīng)到兩個(gè)揚(yáng)聲器的聲音。1974年年P(guān)lenge認(rèn)為，進(jìn)入耳的聲音的形式，會(huì)產(chǎn)生外部認(rèn)為，進(jìn)入耳的聲音的形式，會(huì)產(chǎn)生外部的聲音舞臺(tái)的感覺(jué)。對(duì)于耳機(jī)特別是插入式耳塞，感覺(jué)的聲音舞臺(tái)的感覺(jué)。對(duì)于耳機(jī)特別是插入式耳塞，感覺(jué)的聲音舞臺(tái)是內(nèi)部的。如果驅(qū)動(dòng)耳機(jī)的左右通道可以由電子的聲音舞臺(tái)是內(nèi)部的。如果驅(qū)動(dòng)耳機(jī)的左右通道可以由電子設(shè)備構(gòu)成聲音，那么人會(huì)感覺(jué)聲音有外部的真實(shí)性。為此要設(shè)備構(gòu)成聲音，那么人會(huì)感覺(jué)聲音有外部的真實(shí)性。為此要求知道聲音的形狀，或由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)。這個(gè)由求知

46、道聲音的形狀，或由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)。這個(gè)由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)稱(chēng)為聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)稱(chēng)為頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù) (Head-related transfer functions, HRTF)，它反映頭和耳對(duì)傳聲的影響，它反映頭和耳對(duì)傳聲的影響，不同的人有不同的，不同的人有不同的HRTF。HRTF的測(cè)量方法如下。對(duì)空間每個(gè)位置的聲源，安放在的測(cè)量方法如下。對(duì)空間每個(gè)位置的聲源，安放在耳中接近耳膜的小麥克風(fēng)測(cè)量收到的信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，耳中接近耳膜的小麥克風(fēng)測(cè)量收到的信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，補(bǔ)償非線性頻率響應(yīng)。由此得到補(bǔ)償非線性頻率響應(yīng)。由此得到HRTF。 現(xiàn)有的現(xiàn)有的VR系

47、統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的人耳的因素有哪些？系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的人耳的因素有哪些？現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺(tái)，以及頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)。其他因素還沒(méi)有充分考慮到。 虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素-身體感覺(jué)在在VR環(huán)境中，我們說(shuō)的身體感覺(jué)，主要是對(duì)哪些事環(huán)境中，我們說(shuō)的身體感覺(jué)，主要是對(duì)哪些事物的感覺(jué)？物的感覺(jué)？感覺(jué)外表粗糙、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、位置、壓力、疼痛和感覺(jué)外表粗糙、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、位置、壓力、疼痛和溫度。溫度?，F(xiàn)有的現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮了觸覺(jué)和力覺(jué)顯示。但系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮了觸覺(jué)和力覺(jué)顯示。但是有關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)還沒(méi)有充分考慮到。是有關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)還沒(méi)有充分考慮到。按身體不同部位，身體感覺(jué)

48、可分四類(lèi)。按身體不同部位，身體感覺(jué)可分四類(lèi)。(a)深部感覺(jué)深部感覺(jué)它提供關(guān)節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉它提供關(guān)節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉及壓力、疼痛和振動(dòng)。及壓力、疼痛和振動(dòng)。 (b)內(nèi)臟感覺(jué)內(nèi)臟感覺(jué)它提供胸腹腔中的內(nèi)臟的狀況，主要是疼痛它提供胸腹腔中的內(nèi)臟的狀況，主要是疼痛 (c)本體感覺(jué)本體感覺(jué)它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺(jué)。也涉及與其它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺(jué)。也涉及與其它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺(jué)它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺(jué)接受器位于關(guān)節(jié)、肌肉和深部組織。接受器位于關(guān)節(jié)、肌肉和深部組織。(d)外感受感覺(jué)外感受感覺(jué)它是身體外表的接

49、觸感覺(jué)它是身體外表的接觸感覺(jué) VR系統(tǒng)中，對(duì)眾多的人的因素是如何考慮的？系統(tǒng)中，對(duì)眾多的人的因素是如何考慮的？ 在在VR中，某些人的因素明顯被考慮，如中，某些人的因素明顯被考慮，如HMD中考慮瞳距。另外一些人的因素中考慮瞳距。另外一些人的因素未明顯考慮，如運(yùn)動(dòng)眩暈。未明顯考慮，如運(yùn)動(dòng)眩暈。Defence Research Agency研究了沉浸感顯示的副作用。有些人認(rèn)為用研究了沉浸感顯示的副作用。有些人認(rèn)為用HMD看看不同遠(yuǎn)處物體時(shí)，不能用會(huì)聚和調(diào)節(jié)，使人不適應(yīng)。有人認(rèn)為不同遠(yuǎn)處物體時(shí)，不能用會(huì)聚和調(diào)節(jié)，使人不適應(yīng)。有人認(rèn)為HMD與內(nèi)瞳與內(nèi)瞳距不匹配也使眼疲勞。有人認(rèn)為眼不是會(huì)聚，而是在發(fā)散。

50、有些用戶(hù)很敏距不匹配也使眼疲勞。有人認(rèn)為眼不是會(huì)聚，而是在發(fā)散。有些用戶(hù)很敏感運(yùn)動(dòng)刺激，如汽車(chē)、船、飛機(jī)、火車(chē)等。感運(yùn)動(dòng)刺激，如汽車(chē)、船、飛機(jī)、火車(chē)等。有人實(shí)驗(yàn)研究了有人實(shí)驗(yàn)研究了VR引起運(yùn)動(dòng)眩暈問(wèn)題。在引起運(yùn)動(dòng)眩暈問(wèn)題。在150個(gè)實(shí)驗(yàn)者中，有個(gè)實(shí)驗(yàn)者中，有8人產(chǎn)生強(qiáng)烈人產(chǎn)生強(qiáng)烈眩暈。其它實(shí)驗(yàn)者經(jīng)歷了眩暈。其它實(shí)驗(yàn)者經(jīng)歷了20分鐘沉浸環(huán)境。分鐘沉浸環(huán)境。5分后有分后有22%的人眩暈，的人眩暈，10分后分后有有32%人眩暈，人眩暈，15分后有分后有40%人眩暈，人眩暈，20分后有分后有45%人眩暈。在沉浸經(jīng)歷以人眩暈。在沉浸經(jīng)歷以后后5分鐘，還有分鐘，還有36%的人眩暈，的人眩暈，10分鐘后還有

51、分鐘后還有27%的人眩暈。的人眩暈。在在VR中，具有圖像生成的延遲，視覺(jué)和前庭器官信息的時(shí)間不同步也造成中，具有圖像生成的延遲，視覺(jué)和前庭器官信息的時(shí)間不同步也造成感覺(jué)視覺(jué)與本體感覺(jué)的沖突?？焖偬幚砗陀铚y(cè)算法有可能緩解這種不感覺(jué)視覺(jué)與本體感覺(jué)的沖突?？焖偬幚砗陀铚y(cè)算法有可能緩解這種不同步。同步。 章內(nèi)小節(jié)介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念和有關(guān)的人的因素。介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念和有關(guān)的人的因素。虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境，包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的環(huán)境，包括人類(lèi)操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)特點(diǎn)。算機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)特點(diǎn)。人的視覺(jué)問(wèn)題和聽(tīng)覺(jué)問(wèn)題，都是和虛擬現(xiàn)實(shí)有人的視覺(jué)問(wèn)題和聽(tīng)覺(jué)問(wèn)題，都是和虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的人的因素。關(guān)的人的因素。 習(xí)題一、一、 填空題填空題1、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)局部是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)局部是 2、 遙操作系統(tǒng)的三個(gè)局部是遙操作系統(tǒng)的三個(gè)局部是 3、 增強(qiáng)顯示系統(tǒng)是增強(qiáng)顯示系統(tǒng)是 4、 合成顯示系統(tǒng)是合成顯示系統(tǒng)是 5、 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)特點(diǎn)是 6