第3章交互設(shè)備

第3章交互設(shè)備主要內(nèi)容

輸入設(shè)備：文本輸入設(shè)備、圖像輸入設(shè)備、指點輸入設(shè)備等；輸出設(shè)備：顯示器、聲音的輸出、數(shù)字紙等虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備交互設(shè)備的整合應(yīng)用3.1輸入設(shè)備3.1.1文本輸入設(shè)備文本輸入是人與計算機交互的一個重要組成部分，同時也是一項繁重的工作。鍵盤輸入是最常見、最主要的文本輸入方式。手寫以及語音等一些更自然的交互方式也可為文本輸入提供輔助手段。鍵盤

鍵盤是文本輸入的最重要手段，而鍵盤布局對于文本輸入的速度和準確性至關(guān)重要。為了提高鍵盤在某些場合下的使用舒適度，許多鍵盤在設(shè)計的過程中還加入了更多人性化的考慮。鍵盤的布局

QWERTY鍵盤布局19世紀70年代，Sholes發(fā)明了QWERTY鍵盤布局，其名稱來源于該布局方式最上行前6個英文字母，最常用的幾個字母安置在相反方向，最大限度放慢敲鍵速度以避免卡鍵。這種布局方式依然是今天最為常見的排列方式，成為一種事實上的標(biāo)準。DUORAK鍵盤布局20世紀20年代的DUORAK鍵盤布局，據(jù)推測可以大大減少手指移動距離，從而大大提高輸入速度，但由于受到傳統(tǒng)QWERTY布局的影響，沒有成為主流的鍵盤布局。人性化設(shè)計的鍵盤

(1)人體工程學(xué)鍵盤是在標(biāo)準鍵盤基礎(chǔ)上將指法規(guī)定的左手鍵區(qū)和右手鍵區(qū)這兩大板塊左右分開，并形成一定角度，這樣可使操作者不必有意識的夾緊雙臂，從而保持一種比較自然的形態(tài)，這種設(shè)計的鍵盤被微軟公司命名為自然鍵盤（NaturalKeyboard）。(1)人體工程學(xué)鍵盤人體工程學(xué)鍵盤：固定于椅子上的鍵盤人體工程學(xué)鍵盤：固定于桌面上的鍵盤

(1)人體工程學(xué)鍵盤人性化設(shè)計的鍵盤

（2）多功能集成鍵盤

這類鍵盤集成了鼠標(biāo)、無線等功能，在鍵盤布局以及外觀設(shè)計方面，針對游戲、上網(wǎng)瀏覽等常用娛樂功能做了改進。鍵盤正上方設(shè)計的快捷鍵，包括“IE主頁”、“打開文件夾”、“查找文件”和“進入信箱”等12個，許多操作可以一鍵完成。鍵盤的無線接收器采用USB接口，安裝使用也非常方便。

BTC9019URF無線游戲鍵盤人性化設(shè)計的鍵盤

BTC9019URF無線游戲鍵盤人性化設(shè)計的鍵盤虛擬鍵盤西門子公司在CeBit技術(shù)展覽會上推出一款“虛擬”鍵盤，給鍵盤帶來全新的概念。虛擬鍵盤的大小與普通鍵盤完全一樣，但是可以在任何地方使用它。當(dāng)您的手指運動時，虛擬鍵盤能夠判斷反射光線方向的改變，繼而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鍵盤符。“虛擬鍵盤”是以色列的VKB公司發(fā)明的，它可以應(yīng)用在手機、筆記本電腦、PDA以及其它通訊領(lǐng)域。藍牙虛擬鍵盤（VKB）的問世是為了解決體積較小的智能電子產(chǎn)品(手機、PDA)的輸入問題。該設(shè)備頂端具有紅色激光發(fā)生器，用來投影虛擬鍵盤；中部則設(shè)有一個CMOS攝像頭，用來感應(yīng)用戶的敲擊位置。當(dāng)敲擊按鍵被確認后，設(shè)備會以輕微的滴音回應(yīng)使用者，輸入速度和精確度都和普通鍵盤無異。手寫設(shè)備

手寫板+手寫筆：是手寫系統(tǒng)中一個很重要的部分。有線筆：手寫筆尾部均有一根電纜與手寫板相連，從手寫板上輸入電源。無線筆：借助于一些特殊技術(shù)而不需要任何電源。無線筆的優(yōu)點是攜帶和使用起來非常方便，同時也較少出現(xiàn)故障。手寫筆一般還帶有兩個或三個按鍵，其功能相當(dāng)于鼠標(biāo)按鍵，這樣在操作時不需要在手寫筆和鼠標(biāo)之間來回切換。手寫設(shè)備漢王筆手寫系統(tǒng)手寫設(shè)備手寫板主要分類：電阻式壓力手寫板：幾乎已經(jīng)被淘汰電磁式感應(yīng)手寫板：目前市場主流產(chǎn)品電容式觸控手寫板：市場的新生力量，具有耐磨損、使用簡便、敏感度高等優(yōu)點，是今后手寫板的發(fā)展趨勢。手寫設(shè)備手寫板的一些通用的評測指標(biāo)壓感級數(shù)：手寫板可以感應(yīng)到筆在手寫板上的力度的級別，最高為512級。

精度：又稱分辨率，指的是單位長度上所分布的感應(yīng)點數(shù)，精度越高對手寫的反映越靈敏，對手寫板的要求也越高。書寫面積：手寫板一個很直觀的指標(biāo)，手寫板區(qū)域越大，書寫的回旋余地就越大，運筆也就更加靈活方便，輸入速度往往會更快，當(dāng)然其價格也相應(yīng)更高。書寫面板的尺寸大體有以下幾種：76mm×51mm、76mm×114mm、10mm×13mm和11mm×15mm手寫設(shè)備手寫漢字識別軟件除了硬件外，手寫筆和手寫板的另一項核心技術(shù)是手寫漢字識別軟件，目前各類手寫筆的識別技術(shù)都已相當(dāng)成熟，識別率和識別速度也能夠滿足實際應(yīng)用的要求。3.1.2語音輸入設(shè)備

語音輸入為文本輸入提供了更加自然的交互手段，也許在將來，我們能夠真正拋棄鍵盤，實現(xiàn)和計算機的“對話”。在語音錄入過程中所涉及的設(shè)備主要是麥克風(fēng)和聲卡3.1.3圖像輸入設(shè)備

圖像輸入是人與計算機交互的另外一個重要組成部分。掃描儀可以快速地實現(xiàn)圖像輸入，且經(jīng)過對圖像的分析與識別，可以得到文字、圖形等內(nèi)容；而攝像頭則是捕捉動態(tài)場景最常用的工具。掃描儀

掃描儀作為光電、機械一體化的高科技產(chǎn)品，得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，目前已成為計算機不可缺少的圖文輸入工具之一，被廣泛地應(yīng)用于圖形、圖像處理的各個領(lǐng)域。掃描儀的簡單工作原理

掃描時，光源將光線照射到待掃描的圖像原稿上，產(chǎn)生反射光或透射光，然后經(jīng)反光鏡組反射到線性光電轉(zhuǎn)換的電荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）中。CCD圖像傳感器根據(jù)反射光線強弱的不同轉(zhuǎn)換成不同大小的電流，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換處理，即產(chǎn)生一行圖像數(shù)據(jù)。同時，步進電機旋轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動皮帶，從而驅(qū)動光學(xué)系統(tǒng)和CCD掃描裝置在傳動導(dǎo)軌上與待掃原稿做相對平行移動，將待掃圖像原稿逐條線掃入，最終完成全部原稿圖像的掃描。對于彩色圖像，掃描儀在掃描時，首先生成分別對應(yīng)于紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色的三幅圖像，然后將這三幅圖像合成。掃描儀掃描過程簡圖掃描儀的性能指標(biāo)(1)分辨率：掃描儀的分辨率決定了最高掃描精度；在掃描圖像時，掃描分辨率設(shè)得越高，生成的圖像的效果就越精細，生成的圖像文件也越大。DPI是指用掃描儀輸入圖像時，在每英寸上得到的像素點個數(shù)。掃描儀的分辨率等于其光學(xué)部件的分辨率加上其自身通過硬件及軟件進行處理分析所得到的分辨率分辨率為1200DPI的掃描儀，往往其光學(xué)部分的分辨率只占400～600DPI。擴充部分的分辨率由硬件和軟件聯(lián)合生成，這個過程是通過計算機對圖像進行分析，對空白部分進行插值處理所產(chǎn)生的掃描儀的性能指標(biāo)(2)掃描速度：掃描速度決定了掃描儀的工作效率.一般而言，以300DPI的分辨率掃描一幅A4幅面的黑白二值圖像，時間少于10秒鐘，相同情況下，掃描灰度圖，約需10秒左右，而如果使用三次掃描成像的彩色掃描儀，則要2~3分鐘。平板式掃描儀的結(jié)構(gòu)目前大部分的掃描儀都屬于平板式掃描儀，主要由上蓋、原稿臺、光學(xué)成像部分、光電轉(zhuǎn)換部分、機械傳動部分組成。平板式掃描儀結(jié)構(gòu)機蓋導(dǎo)軌滑桿稿臺齒輪鏈條步進電機數(shù)碼攝像頭數(shù)碼攝像頭的用途數(shù)碼攝像頭可以直接捕捉影像，然后通過計算機的串口、并口或者USB接口傳送到計算機里。數(shù)碼攝像頭沒有存儲裝置和其他附加控制裝置，只有一個感光部件、簡單的鏡頭和不太復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸線路，造價低廉。數(shù)碼攝像頭衡量數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵因素感光元器件大多為CCD，CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準確；應(yīng)用在攝像、圖像掃描等對于圖像質(zhì)量要求較高的應(yīng)用中，價格高附加金屬氧化物半導(dǎo)體組件（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，CMOS）大多應(yīng)用在一些低端視頻應(yīng)用中，價格低像素數(shù)：像素數(shù)是影響圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是判斷攝像頭性能優(yōu)劣的重要條件。早期產(chǎn)品以10萬像素的居多，目前則以35萬像素為主數(shù)碼攝像頭衡量數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵因素解析度：分為照像解析度和視頻解析度

：有352×288、320×240、176×144、160×120等規(guī)格一般產(chǎn)品的最高解析度可以達到640×480視頻速度：視頻速度和視頻解析度是直接相關(guān)的，基本成反比關(guān)系，如640×480解析度可達12.5幀／秒（FramesPerSecond，F(xiàn)PS），

352×288的解析度可得到30FPS，真正獲取流暢的視頻數(shù)碼攝像頭衡量數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵因素鏡頭：鏡頭性能的重要條件是它的調(diào)焦范圍以及靈敏性等因素，好的攝像頭，應(yīng)該有較為寬廣的調(diào)焦范圍和較高的靈敏性數(shù)碼攝像頭產(chǎn)品下頁所示的攝像頭（創(chuàng)新VideoBlasterWebCam），可以用16.7兆顏色進行實時視頻捕捉；分辨率為352×288時速度最快達30幀每秒，分辨率為640×480時達15幀每秒；支持160×120、176×144、320×240、352×288、和640×480分辨率的靜態(tài)圖像捕捉；鏡頭免調(diào)焦距。創(chuàng)新VideoBlasterWebCam及其控制界面3.1.4指點輸入設(shè)備指點設(shè)備常用于完成一些定位和選擇物體的交互任務(wù)。物體可能處于一維、二維、三維或更高維的空間中，而選擇與定位的方式可以是直接選擇，或通過操作屏幕上的光標(biāo)來完成。鼠標(biāo)1963年，美國科學(xué)家DouglasEnglebart發(fā)明了鼠標(biāo)器。他最初的想法是為了讓計算機輸入操作變得更簡單、容易。第一只鼠標(biāo)器的外殼是用木頭精心雕刻而成的，整個鼠標(biāo)器只有一個按鍵，在底部安裝有金屬滾輪，用以控制光標(biāo)的移動。1984年，蘋果公司把經(jīng)過改進的鼠標(biāo)器安裝在Lisa微電腦上，從而使鼠標(biāo)器聲名顯赫，它與鍵盤一道成為電腦系統(tǒng)中必備的輸入裝置。最初的鼠標(biāo)和現(xiàn)在常用的鼠標(biāo)鼠標(biāo)的分類機械式鼠標(biāo)(半光學(xué)鼠標(biāo))工作原理：在機械式鼠標(biāo)底部有一個可以自由滾動的球，在球的前方及右方裝置兩個支成90度角的編碼器滾軸，移動鼠標(biāo)時小球隨之滾動，便會帶動旁邊的滾軸，前方的滾軸記錄前后滑動，右方的滾軸記錄左右滑動，兩軸一起移動則代表非垂直及水平方向的滑動。編碼器由此識別鼠標(biāo)移動的距離和方位，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號傳給電腦，以確定光標(biāo)在屏幕上的正確位置。

鼠標(biāo)的分類光電式鼠標(biāo)

工作原理：利用一塊特制的光柵板作為位移檢測元件，光柵板上方格之間的距離為0.5mm。鼠標(biāo)器內(nèi)部有一個發(fā)光元件和兩個聚焦透鏡，發(fā)射光經(jīng)過透鏡聚焦后從底部的小孔向下射出，照在鼠標(biāo)器下面的光柵板上，再反射回鼠標(biāo)器內(nèi)。當(dāng)在光柵板上移動鼠標(biāo)器時，由于光柵板上明暗相間的條紋反射光有強弱變化，鼠標(biāo)器內(nèi)部將強弱變化的反射光變成電脈沖，對電脈沖進行計數(shù)即可測出鼠標(biāo)器移動的距離。鼠標(biāo)與計算機的接口串行接口設(shè)計(梯形9針接口)；隨著PC機器上串口設(shè)備的逐漸增多，串口鼠標(biāo)逐漸被采用新技術(shù)的PS/2接口鼠標(biāo)所取代(小圓形接口)；隨著即插即用概念的提出，使得采用USB接口的鼠標(biāo)成為主流；而對于一些有專業(yè)要求的用戶而言，采用紅外線信號來與電腦傳遞信息的無線鼠標(biāo)也成為一種專業(yè)時尚。鼠標(biāo)的按鍵從按鍵而言，依次經(jīng)歷了兩鍵、三鍵時代。隨著INTERNET的普及，人們發(fā)現(xiàn)，在鼠標(biāo)上加上一個小小的輪軸更便于瀏覽網(wǎng)頁，這樣，又出現(xiàn)了滾輪鼠標(biāo)，目前的鼠標(biāo)以三鍵滾輪鼠標(biāo)為主。雖然鼠標(biāo)的發(fā)展速度和其他輸入設(shè)備相比似乎慢了許多，但是鼠標(biāo)對計算機操作帶來的巨大便利，決定了其在短時間內(nèi)是難以被完全替代的。光筆

光筆是一種較早用于繪圖系統(tǒng)的交互輸入設(shè)備，它能使用戶在屏幕上指點某個點以執(zhí)行選擇、定位或其他任務(wù)。光筆和圖形軟件相配合，可以在顯示器上完成繪圖，修改圖形和變換圖形等復(fù)雜功能。

光筆的形狀和普通鋼筆相似，它由透鏡、光導(dǎo)纖維、光電元件、放大整形電路和接觸開關(guān)組成。光筆的的原理圖光筆的優(yōu)缺點

光筆的優(yōu)點不需要特殊的顯示屏幕，與觸摸屏的設(shè)備相比較，價格便宜許多；在一些不適宜使用鼠標(biāo)的地方，可以起到替代作用。光筆的缺點手和筆跡可能將遮擋屏幕圖像的一部分；會造成手腕的疲勞；光筆不能檢測黑暗區(qū)域內(nèi)的位置；會因房間背景光的影響，光筆產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象?？刂茥U

控制桿很適宜于跟蹤目的（即追隨屏幕上一個移動的目標(biāo)）的原因是移動對應(yīng)的光標(biāo)所需的位移相對較小，同時易于變換方向。

控制桿的移動導(dǎo)致屏幕上光標(biāo)的移動。根據(jù)兩者移動的關(guān)系，可以將其分為兩大類：位移定位和壓力定位。對于位移定位的游戲桿，屏幕上的光標(biāo)依據(jù)游戲桿的位移而移動

觸摸板（Touchpad）

觸摸板能夠在一定的區(qū)域內(nèi)（通常是50~75毫米長度）感應(yīng)接觸，將這種接觸信號轉(zhuǎn)發(fā)給計算機處理。目前，觸摸板已應(yīng)用到筆記本電腦上，可以替代鼠標(biāo)。觸摸板通過電容感應(yīng)來獲知用戶的手指移動情況，對手指熱量并不敏感。

同鼠標(biāo)相比，觸摸板的使用更加靈活，在使用過程中，通過更多的配置，可以得到更強的功能。

觸摸板以及觸摸板的配置

觸摸板以及觸摸板的配置觸摸屏

觸摸屏作為一種特殊的計算機外設(shè)，提供了一種簡單、方便、自然的人機交互方式，在某些應(yīng)用中，可以代替鼠標(biāo)或鍵盤。觸摸屏目前主要應(yīng)用于公共信息的查詢，如電信、稅務(wù)、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢，城市街頭的信息查詢。此外還可以應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學(xué)等方面。觸摸屏的分類可以把觸摸屏分為四種：電阻式電容感應(yīng)式紅外線式表面聲波式每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點。

紅外線式觸摸屏及相關(guān)技術(shù)參數(shù)觸摸屏及相關(guān)技術(shù)參數(shù)原理：紅外線屏幕類型：平面分辨率（dpi）：1600×1200尺寸（英寸）：19透光率：>92%感應(yīng)力度：可感知100g觸摸力3.1.5眼動跟蹤系統(tǒng)

眼動跟蹤系統(tǒng)允許用戶僅僅通過凝視的手段來控制計算機選擇物體。目前來看，眼動跟蹤系統(tǒng)需要利用較為復(fù)雜的硬件設(shè)備以及軟件算法。

一個眼動跟蹤系統(tǒng)示例眼動跟蹤系統(tǒng)眼動跟蹤系統(tǒng)工作原理首先，用四個L形的紅外線發(fā)光器，在眼睛里產(chǎn)生一些亮點；然后利用一個廣角攝像頭獲取臉部圖像，快速確定眼睛的位置，再利用一個視野較小，分辨率較高的攝像頭拍攝眼睛的高分辨率圖像；最后，分析眼睛的圖像,計算瞳孔中心和亮點的位置，通過計算瞳孔中心和亮點確定的矢量，確定視線方向。3.2輸出設(shè)備

3.2.1顯示器顯示器是計算機的重要輸出設(shè)備，是人機對話的重要工具。它的主要功能是接收主機發(fā)出的信息，經(jīng)過一系列的變換，最后以光的形式將文字和圖形顯示出來。在交互的計算機系統(tǒng)中，沒有顯示器的情況是非常少見的，只出現(xiàn)在某些非傳統(tǒng)的應(yīng)用中。

位圖顯示

光柵掃描型（Rasterscan）顯示器，以點陣形式表示圖形，采用專門的幀緩沖區(qū)存放點陣，緩沖區(qū)按照矩形網(wǎng)格排列，每個網(wǎng)格點對應(yīng)顯示器上的一個象素。由視頻控制器負責(zé)刷新掃描，當(dāng)掃描到顯像管表面時，根據(jù)對應(yīng)的緩沖區(qū)中的值，顯示不同的灰度和顏色，此類顯示技術(shù)稱為位圖（Bitmap）顯示。

位圖與光柵顯示

屏幕坐標(biāo)系光柵顯示器的圖形表現(xiàn)能力，是通過光柵圖形元素來實現(xiàn)的。為此建立了以屏幕分辨率為基礎(chǔ)的二維圖形整數(shù)坐標(biāo)系，稱為屏幕坐標(biāo)系。它的垂直方向為Y軸，水平方向為X軸，原點在屏幕的左上角，單位為象素的直徑（即點距）。

顯示技術(shù)

1.陰極射線管（CRT）顯示器

結(jié)構(gòu)顯示技術(shù)工作方式電子束從左向右，從上向下掃描熒光屏，產(chǎn)生一幅幅光柵，每一條從左向右的直線稱為掃描線，每一幅光柵稱為一幀。掃描方式分逐行和隔行掃描方式。隔行掃描方式把一幀光柵分為兩次掃描：先掃偶數(shù)行掃描線，再掃奇數(shù)行掃描線。逐行掃描比隔行掃描擁有更穩(wěn)定顯示效果。

液晶顯示器2.液晶顯示器在充電條件下，液晶能改變分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射液晶顯示器工作原理是通過能阻塞或傳遞光的液晶材料，傳遞來自周圍的或內(nèi)部光源的偏振光。

LCD比CRT顯示器具有更好的圖像清晰度，畫面穩(wěn)定性和更低的功率消耗，但液晶材質(zhì)粘滯性比較大，圖像更新需要較長響應(yīng)時間，因此不適合顯示動態(tài)圖象等離子顯示器等離子顯示器誕生于二十世紀60年代，它采用等離子管作為發(fā)光材料，1個等離子管負責(zé)一個像素的顯示：等離子管內(nèi)的氖氙混合氣體在高壓電極的刺激下產(chǎn)生紫外線，紫外線照射涂有三色熒光粉的玻璃板，熒光粉受激發(fā)出可見光。主要技術(shù)指標(biāo)掃描方式刷新頻率點距分辨率亮度和對比度尺寸顯卡作用：根據(jù)CPU提供的指令和有關(guān)數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，并把處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成顯示器能夠接受的文字和圖形顯示信號，通過屏幕顯示出來。顯卡圖形芯片供應(yīng)商：ATI和NVIDIA構(gòu)成：顯卡BIOS芯片、圖形處理芯片（GPU）、顯存、數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片、接口等軟件接口：OpenGL和DirectX打印機打印機是目前非常通用的一種輸出設(shè)備，其結(jié)構(gòu)可分為機械裝置和控制電路兩部分。常見的有針式、噴墨、激光打印機三類。打印分辨率、速度、幅面、最大打印能力等是衡量打印機性能的重要指標(biāo)。3.2.3語音交互設(shè)備

語音作為一種重要的交互手段，日益受到人們的重視。人們可以使用固定電話或移動電話以及PC、PDA和其它智能設(shè)備通過語音識別、語音合成等交互技術(shù)，以及語音瀏覽、智能信息處理技術(shù)等實現(xiàn)訪問互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)個人服務(wù)和商業(yè)服務(wù)的語音應(yīng)用。在美國、日本，語音互聯(lián)已成為簡易終端接入互聯(lián)網(wǎng)的主要方式之一。對于語音的交互，耳機、麥克風(fēng)以及聲卡是最基本的設(shè)備。

耳麥

耳機及指標(biāo)耳機結(jié)構(gòu)：耳機結(jié)構(gòu)可以分為封閉式、開放式、半開放式三種頻響范圍：耳機能夠放送出的頻帶的寬度，國際電工委員會IEC581-10標(biāo)準中高保真耳機的頻響范圍應(yīng)當(dāng)能夠包括50Hz到12500Hz之間靈敏度指在同樣響度的情況下，需要輸入功率的大小，靈敏度越高所需要的輸入功率越小耳麥耳機及指標(biāo)阻抗是耳機交流阻抗的簡稱，臺式機或功放、VCD、DVD、電視等器械上，常用到的是高阻抗耳機，各種便攜式隨身聽，例如CD、MD或MP3，一般會使用低阻抗耳機

諧波失真是一種波形失真，在耳機指標(biāo)中有標(biāo)示，失真越小，音質(zhì)也就越好。一般的耳機應(yīng)當(dāng)小于或略等于0.5%。耳麥麥克風(fēng)及指標(biāo)耳機佩戴有麥克風(fēng)。為了過濾背景雜音，達到更好的識別效果，許多麥克風(fēng)采用了NCAT（NoiseCancelingAmplificationTechnology）專利技術(shù)。NCAT技術(shù)結(jié)合特殊機構(gòu)及電子回路設(shè)計以達到消除背景噪音，強化單一方向聲音（只從配戴者嘴部方向）的收錄效果，是專為各種語音識別和語音交互軟件設(shè)計的，提供精確音頻輸入的技術(shù)，采用NCAT/NCAT2技術(shù)的麥克風(fēng)會著重采集處于正常語音頻段（介于350Hz---7000Hz）的音頻信號，從而降低環(huán)境噪音的干擾。耳麥微軟設(shè)計的GameVoice可以方便地實現(xiàn)同時與多個人對話，與不同的個人對話，以及通過語音命令控制游戲的功能。GameVoice聲音合成設(shè)備-聲卡

聲卡的功能是一種安裝在計算機中的最基本的聲音合成設(shè)備，是實現(xiàn)聲波／數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的硬件，可把來自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機、揚聲器、擴音機、錄音機等聲響設(shè)備，完成對聲音信息進行錄制與回放。聲卡的結(jié)構(gòu)聲卡可分為模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分:模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采集到的模擬聲音信號轉(zhuǎn)換為計算機能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負責(zé)將計算機使用的數(shù)字聲音信號轉(zhuǎn)換為耳機、音箱等設(shè)備能使用的模擬信號。

聲音合成設(shè)備-聲卡聲卡擁有的接口：LINEOUT（或者SPKOUT）用于連接音箱耳機等外部揚聲設(shè)備，實現(xiàn)聲音回放；MICIN

OUTMICIN用于連接麥克風(fēng)，實現(xiàn)錄音功能；LINEIN

LINEIN則是把外部設(shè)備的聲音輸入到聲卡中游戲桿（外部MIDI設(shè)備接口）聲音合成設(shè)備-聲卡與聲卡相關(guān)的重要概念

聲音的采樣采樣的位數(shù)決定了聲音采集的質(zhì)量。采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度，這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也越真實。16位聲卡能將聲音分為64K個精度單位進行處理，而8位聲卡只能處理256個精度單位，造成較大的信號損失聲音合成設(shè)備-聲卡與聲卡相關(guān)的重要概念

聲音的采樣采樣的頻率采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高則聲音的還原就越真實越自然。在當(dāng)今的主流聲卡上，采樣頻率一般分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個等級聲音合成設(shè)備-聲卡MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）文件MIDI文件是一種描述性的“音樂語言”，非常小巧，它將所要演奏的樂曲信息用字節(jié)描述，例如“在某一時刻，使用什么樂器，以什么音符開始，以什么音調(diào)結(jié)束，加以什么伴奏”等等。MIDI文件只是一種對樂曲的描述，本身不包含任何可供回放的聲音信息。聲音合成設(shè)備-聲卡聲道數(shù)聲音在錄制過程中被分配到兩個獨立的聲道，從而達到了很好的聲音定位效果，用戶可以清晰地分辨出各種樂器來自的方向，從而使音樂更富想象力，更加接近于臨場感受。四聲道環(huán)繞音頻技術(shù)較好實現(xiàn)了三維音效，四聲道環(huán)繞規(guī)定了4個發(fā)音點：前左、前右，后左、后右，聽眾則被包圍在這中間。聲音合成設(shè)備-聲卡波表合成波表（WAVETABLE）將各種真實樂器所能發(fā)出的所有聲音（包括各個音域、聲調(diào)）錄制下來，存貯為一個波表文件。播放時，根據(jù)MIDI文件記錄的樂曲信息向波表發(fā)出指令，從“表格”中逐一找出對應(yīng)的聲音信息，經(jīng)過合成、加工后回放出來。采用真實樂器的采樣，所以效果較好。一般波表的樂器聲音信息都以44.1KHz、16Bit的精度錄制，以達到最真實回放效果。理論上，波表容量越大合成效果越好。3.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的交互設(shè)備

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要求計算機可以實時顯示一個三維場景，用戶可以在其中自由的漫游，并能操縱虛擬世界中一些虛擬物體。因此，除了一些傳統(tǒng)的控制和顯示設(shè)備，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還需要一些特殊的設(shè)備和交互手段，來滿足虛擬系統(tǒng)中的顯示、漫游以及物體操縱等任務(wù)。3.6.1三維空間定位設(shè)備

三維交互設(shè)備最基本的特點是具有六個自由度。常見的三維輸入設(shè)備主要有以下幾種：1.空間跟蹤定位器2.數(shù)據(jù)手套（DataGlove）3.三維鼠標(biāo)4.觸覺和力反饋器3.6.1三維空間定位設(shè)備1.空間跟蹤定位器空間跟蹤定位器或稱三維空間傳感器是一種能實時地檢測物體空間運動的裝置，可以得到物體在六個自由度上相對于某個固定物體的位移，包括：X、Y、Z坐標(biāo)上的位置值，以及圍繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)值（轉(zhuǎn)動，俯仰、搖擺）。這種三維空間傳感器對被檢測的物體必須是無干擾的，也就是說，不論這種傳感器是基于何種原理或使用何種技術(shù)，它都不應(yīng)當(dāng)影響被測物體的運動，因而稱為“非接觸式傳感器”。主要性能指標(biāo)：定位精度：指傳感器所測出的位置與實際位置的差異位置修改速率：指傳感器在一秒鐘內(nèi)所能完成的測量次數(shù)延時：指被檢測物體的某個動作與傳感器測出該動作時間的間隔需要解決的關(guān)鍵問題如何減少顫抖、漂移、噪音在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中廣泛使用的傳感器類型：低頻磁場式：在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，這種傳感器常被用來安裝在數(shù)據(jù)手套和頭盔顯示器上。超聲式：2.數(shù)據(jù)手套（DataGlove）數(shù)據(jù)手套一般由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。整個系統(tǒng)包括位置、方向傳感器和沿每個手指背部安裝的一組有保護套的光纖導(dǎo)線，它們檢測手指和手的運動。數(shù)據(jù)手套將人手的各種姿勢、動作通過手套上所帶的光導(dǎo)纖維傳感器，輸入計算機中進行分析。這種手勢可以是一些符號表示或命令，也可以是動作。手勢所表示的含義可由用戶加以定義。在虛擬環(huán)境中，操作者通過數(shù)據(jù)手套可以用手去抓或推動虛擬物體，以及做出各種手勢命令。數(shù)據(jù)手套3.三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)能夠感受用戶在六個自由度的運動，包括三個平移參數(shù)和三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)。其裝置比較簡單：一個蓋帽放在帶有一系列開關(guān)的底座上。轉(zhuǎn)動這個小球或側(cè)方向推動這個小球時，如向上拉它、向下壓它，使它向前或向后等。三維鼠標(biāo)將用戶的這些動作傳送給計算機，從而進一步控制虛擬環(huán)境中的物體的運動。Logitech公司的Magellan3DController，它可提供x,y,z,a,b,c六個自由度，并附有九個按鈕。Magellan的外觀設(shè)計充分考慮了功效學(xué)的原則，用戶長時間操作不容易感到疲勞，用戶只要輕輕搓動其上的蓋帽便可在屏幕上平移和旋轉(zhuǎn)三維物體，松手后蓋帽會自動恢復(fù)到初始位置。三維鼠標(biāo)4.觸覺和力反饋器(振動觸感式反饋器)VirtualTechnology公司的觸覺反饋手套Phantom公司的hapticdevice虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)必須提供觸覺反饋，以便使用戶感覺到仿佛真的摸到了物體。但是由于人的觸覺非常敏感，精度一般的裝置根本無法滿足要求。

另外，對于觸覺和力反饋器，還要考慮到模擬力的真實性、施加到人手上是否安全以及裝置是否便于攜帶并讓用戶感到舒適等問題。目前已經(jīng)有一些關(guān)于力學(xué)反饋手套、力學(xué)反饋操縱桿、力學(xué)反饋筆、力學(xué)反饋表面等裝置的研究。手指觸覺反饋器的實現(xiàn)主要通過視覺、氣壓感、振動觸覺、電子觸覺和神經(jīng)肌肉模擬等方法。

其中電子觸覺反饋器是向皮膚反饋寬度和頻率可變的電脈沖，而神經(jīng)肌肉模擬反饋是直接刺激皮層，這些方法都很不安全，較安全的方法是氣壓式和振動觸感式的反饋器。

3.3.2三維顯示設(shè)備

1.立體視覺

由于人類從客觀世界獲得的信息80%（60%視覺，聽覺20%，其它20%）以上來自視覺，因而視覺溝通就成為多感知虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，立體視覺技術(shù)也就成為虛擬現(xiàn)實的一種極重要的支撐技術(shù)。

人是通過右眼和左眼所看到物體的細微差異來感知物體的深度，從而識別出立體圖像的。立體影像生成技術(shù)主要有兩種：主動式立體模式和被動式立體模式。顯示模式主動式模式：用戶的左右眼影像將按照順序交替顯示，用戶使用LCD立體眼鏡保持與立體影像的同步，這種模式可以產(chǎn)生高質(zhì)量的立體效果。被動式系統(tǒng)需要使用兩套顯示設(shè)備以及投影設(shè)備分別生成左右眼影像并進行投影，不同的投影分別使用不同角度的偏振光來區(qū)別左右眼影像，用戶使用偏振光眼鏡保持立體影像的同步。2.頭盔式顯示器頭盔式顯示器（HeadMountedDisplay，HMD）是一種立體圖形顯示設(shè)備，可單獨與主機相連以接受來自主機的三維虛擬現(xiàn)實場景信息。

目前最常用的頭盔顯示器是基于液晶顯示原理的，最早如美國VPL公司于1992年推出的Eyephone，它在頭上裝有一個分辨率為360×240象素的液晶顯示器，其視野為水平100度。頭盔式顯示器頭盔分單通道和雙通道兩種：單通道的頭盔顯示器上裝有一個液晶顯示器并顯示同一幅圖像；雙通道的頭盔顯示器上裝有兩個液晶顯示器，左邊的液晶屏顯示來自主控計算機生成的左眼圖像，右邊的液晶顯示屏顯示來自主控計算機生成的右眼圖像，每一幅的圖像的顯示刷新速度都在60Hz以上，兩幅圖像在兩個液晶屏之間快速切換顯示，根據(jù)立體成像原理，觀察者就可以看到立體圖像

頭盔式顯示器使用方式為頭戴式，輔以空間跟蹤定位器可進行虛擬場景輸出效果的觀察，同時觀察者可做空間上的移動，如自由行走、旋轉(zhuǎn)等。兩個顯示屏幕處于用戶佩戴的頭盔中，分別覆蓋用戶雙眼的視野，使得用戶只能夠感知來自計算機所生成的圖像，沉浸感極強。3.洞穴式顯示環(huán)境

（CAVE）洞穴式顯示環(huán)境

（CaveAutomaticVirtualEnvironment，CAVE）這是一種四面的沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境。系統(tǒng)在支持多用戶的同時，給用戶提供了前所未有的，帶有震撼性的沉浸感對于處在系統(tǒng)內(nèi)的用戶來說，投影屏幕將分別覆蓋用戶的正面、左右以及底面視野，構(gòu)成一個邊長為10英尺的立方體?？梢栽试S多人走進CAVE中，用戶戴上立體眼鏡便能從空間中任何方向看到立體的圖像。CAVE實現(xiàn)了大視角、全景、立體、且支持5～10人共享的一個虛擬環(huán)境。

CAVE顯示環(huán)境

CAVE顯示原理

洞穴式顯示環(huán)境它可提供180o的寬視域和2000×2000以