虛擬現(xiàn)實的空間定位2

虛擬現(xiàn)實的空間定位09電信許羽東概念、特征與發(fā)展歷程技術實現(xiàn)空間定位的實現(xiàn)

應用與展望4123提綱目錄虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實的特征浸沒感（Immersion）

又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。

虛擬現(xiàn)實的特征交互性（Interactivity）

指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

虛擬現(xiàn)實的特征構想性（Imagination）

強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

由于浸沒感、交互性和構想性三個特性的英文單詞的第一個字母均為I，所以這三個特性又通常被統(tǒng)稱為3I特性。發(fā)展歷史1961年，MortonHeilig的設想----體驗劇場（Sensorama），以布魯克林街道為背景，模擬漫步的感受----先驅(qū)者1965年，計算圖形學之父IvanSutherlang發(fā)表論文“終極的顯示”，提出“應將計算的顯示屏進化為觀看虛擬世界的窗口”次年，他開始研制第一個頭盔顯示器，1970年，在猶他大學成功演示了它的功能。其他成就：用計算機生成的圖形代替了攝制圖像，并開始設計場景生成器----圖形加速卡。

發(fā)展歷史70-80年代，美國軍方投巨資研究“飛行頭盔”和其他軍用仿真器，成為虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展的主要推動力。1981年，美國國家航空和宇宙航行局（NASA）制作了當時最先進的液晶顯示器頭盔。80年代中期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier發(fā)明了數(shù)據(jù)手套。1989年組建VPLResearch公司同年JaronLanier在文章中正式使用虛擬現(xiàn)實這一術語。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件------跟蹤設備1.電磁波跟蹤器 此類跟蹤器利用小型天線發(fā)出的磁場，由多個接收天線接收信號并通過計算得到三維的位置坐標和方向。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。3.機械跟蹤器 機械跟蹤器通過精密的機械框架和連接來測量指定點的位置和指向。4.慣性跟蹤器 慣性跟蹤器采用機械方法，利用小型陀螺儀測量傾角、偏角和轉(zhuǎn)角。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)的硬件------跟蹤設備5.光學跟蹤器光學跟蹤器是是一種紅外跟跟蹤器。它利利用攝像機獲獲取圖像，通通過立體視覺覺計算確定目目標位置，并并通過觀測多多個參照點來來確定目標的的表面指向。。6.圖像提取跟蹤蹤器圖像提取跟蹤蹤器是一種計計算密度最高高的跟蹤器。。它是最易于于使用但又最最難開發(fā)的跟跟蹤器。一臺臺(組)視頻攝像機拍拍攝人及其動動作，然后由由圖像處理技技術來確定人人的位置及動動作。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套1.力學反饋手套套力學反饋手套套是在計算機機的控制下，，通過對手指指的運動產(chǎn)生生阻尼，從而而使用戶的手手產(chǎn)生力感。。阻尼的大小小由被抓物體體的物理屬性性決定。力學反饋手套套技術提供給給用戶一種虛虛擬手控制系系統(tǒng)，使用戶戶可以選擇或或操縱機器子子系統(tǒng)并能自自然感覺到觸觸覺和力量模模擬反饋。2.壓力反饋系統(tǒng)統(tǒng)當一個虛擬物物被用戶抓取取時，一些虛虛擬環(huán)境系統(tǒng)統(tǒng)要求真正的的壓力反饋，，來防止手穿穿過固體。壓壓力反饋系統(tǒng)統(tǒng)是把壓力加加到操縱者手手上，從而使使人能夠根據(jù)據(jù)運動及壓力力的感受情況況進行控制。。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套3.表面壓力反饋饋裝置表面顯示的概概念是把虛擬擬物體本身的的表面提供給給用戶的一個個思想，而不不是力的感知知或與虛擬物物體的接觸而而產(chǎn)生的觸覺覺。在虛擬環(huán)環(huán)境的實現(xiàn)中中，存在于現(xiàn)現(xiàn)實世界中的的用戶和在計計算機中定義義的虛擬物體體之間的交互互作用不得不不通過一個力力反饋設備調(diào)調(diào)解。目前這這類表面壓力力反饋裝置包包括：點陣式式表面壓力反反饋裝置和SPICE觸覺接口。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套力覺反饋數(shù)據(jù)據(jù)手套結構示示意圖超聲波三維空空間定位原理理利用三角形測測量原理可以以實現(xiàn)三維定定位與定向。。設在參考坐坐標系的原點點、X軸、Y軸上分別安裝裝有3個超聲波接收收器RO、RX、RY,同時在要檢測測的物體(如頭盔或數(shù)據(jù)據(jù)手套的手指指)安裝有3個超聲波發(fā)射射器Fa、Fb、Fc.如圖1所示。超聲波測距原原理超聲波發(fā)射與與接收系統(tǒng)框框圖2所示超聲波測距原原理經(jīng)過繁雜的數(shù)數(shù)學推演，可可得到超聲波波測距公式：：其中,Cultra為聲速;Tprecise為渡越時間,Tenv為測量時的環(huán)環(huán)境溫度,fcount為系統(tǒng)時鐘,,fultrasonic為超聲波的發(fā)發(fā)射頻率.Ldelay是因溫度差異異而產(chǎn)生的電電路延時虛擬現(xiàn)現(xiàn)實技技術的的應用用虛擬現(xiàn)現(xiàn)實的的未來來展望望虛擬現(xiàn)現(xiàn)實發(fā)發(fā)展前前景十十分誘誘人，，而與與網(wǎng)絡絡通信信特性性的結結合，，更是是人們們所夢夢寐以以求的的。在在某種種意義義上說說它將將改變變?nèi)藗儌兊乃妓季S方方式，，甚至至會改改變?nèi)巳藗儗κ澜缃?、自自己、、空間間和時時間的的看法法。它它是一一項發(fā)發(fā)展中中的、、具有有深遠遠的潛潛在應應用方方向的的新技技術。。利用用它，，我們們可以以建立立真正正的遠遠程教教室，，在這這間教教室中中我們們可以以和來來自五五湖四四海的的朋友友們一一同學學習、、討論論、游游戲，，就像像在現(xiàn)現(xiàn)實生生活中中一樣樣。使使用網(wǎng)網(wǎng)絡計計算機機及其其相關關的三三維設設備，，我們們的工工作、、生活活、娛娛樂將將更加加有情情趣。。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實向向人們們描繪繪了未未來的的生活活片段段，很很美妙妙。由由此用用戶也也可以以發(fā)揮揮自己己豐富富的想想象力力，在在我們們的電電腦前前就可可以實實現(xiàn)與與大西西洋底底的鯊鯊魚嬉嬉戲；；參觀觀非洲