虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備及技術(shù)

虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備及技術(shù)西昌市航天學(xué)校

呂倩

時間：視覺顯示設(shè)備與技術(shù)觸覺與力覺顯示設(shè)備內(nèi)容—視覺感知的幾個基本概念—立體視覺—視覺顯示設(shè)備—常見的力/觸覺顯示設(shè)備“沉浸感”是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最重要的基木特征。當(dāng)用戶與虛擬環(huán)境交互作用時，可以獲得與真實世界相同或相似的感知，并產(chǎn)生“身臨其境”的感受。所以虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對人的感知系統(tǒng)的作用，直接影響系統(tǒng)的真實感。

為了實現(xiàn)虛擬顯示的沉浸特性，必須具備人體的感官特性，包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。常有的顯示設(shè)備包括：視覺顯示設(shè)備、聽覺顯示設(shè)備、力覺和觸覺顯示設(shè)備等。據(jù)統(tǒng)計，人類對客觀世界的感知信息75%-80%來至視覺，所以視覺通道是VR系統(tǒng)中最重要的感知接口。所以，視覺顯示是本次講解的主要內(nèi)容。

視覺顯示設(shè)備與技術(shù)視覺感知的幾個基本概念視域：一個物體能否被觀察者看到，取決于該物體的圖象是否落在觀察者的視網(wǎng)膜上和落在視網(wǎng)膜上的什么位置。能夠被眼睛看到的區(qū)域稱為視域。

在實際中，全景顯示產(chǎn)生水平±100°，垂直±30°的視域即可有很強的沉浸感。視角：視覺感知中關(guān)于可視目標(biāo)大小的測量，可視目標(biāo)在視網(wǎng)膜上的投影大小能夠決定視覺感知的質(zhì)量。一般認(rèn)為理想的目標(biāo)提示大小為:在正常光照條件下視角不應(yīng)該小于15°，在較低光照條件下視角不應(yīng)該小于21°。這是視景生成和頭盔顯示過程中的重要參考系數(shù)。立體視覺視覺生成外界景物發(fā)射或反射光線刺激視網(wǎng)膜感光細(xì)胞令視覺神經(jīng)產(chǎn)生知覺立體視覺生成原理兩眼空間位置的不同，是產(chǎn)生立體視覺的主要原因?？臻g某個物體在兩眼的視圖中位置不同就產(chǎn)生了立體視差。人眼利用這種視差，判斷物體的遠(yuǎn)近，產(chǎn)生深度感,形成立體視覺，由此獲得環(huán)境的三維信息。人的視覺系統(tǒng)可以通過四種線索得到深度知覺：側(cè)視網(wǎng)膜圖象差：也稱雙目視差，在雙目光軸平行時，由于幾何位置的差別，兩目看同一環(huán)境，卻得到不同的圖像，形成主要的深度感。運動視差：當(dāng)觀察者相對環(huán)境運動時，產(chǎn)生的深度感。如果頭部運動，就可能發(fā)現(xiàn)物體之間的遮擋關(guān)系。運動視差是深度感知中的最有力的線索。事實上，許多動物和昆蟲主要是靠運動視差識別目標(biāo)，例如:兔子和蜜蜂.圖象大小差異:對己知物體，圖像尺寸的變化是透視深度感。人的直覺是，物體越遠(yuǎn)，看起來越小。如果物體A與B同樣大，但A的圖象比B的小.同樣可認(rèn)為A比B離觀察者更遠(yuǎn)。紋理梯度:指視野中的物體在網(wǎng)膜上的投影大小和投影密度發(fā)生有層次的變化。例如，當(dāng)你看沙灘上的石頭。根據(jù)視網(wǎng)膜上紋理梯度的變化，把小而密的事物看成是比較遠(yuǎn)的，大而疏的物體看成是比較近的虛擬現(xiàn)實視覺的立體顯示，僅僅實現(xiàn)雙目視差。虛擬現(xiàn)實視覺的立體顯示，還沒有實現(xiàn)人類其他的深度感。為了實現(xiàn)立體顯示，應(yīng)該為雙目提供不同的圖像，有雙目視差的圖像。為此，對同一虛擬環(huán)境，由兩個虛擬觀察點分別透視投影，得到有雙目視差的兩個圖像。立體顯示就是給雙目提供有雙目視差的兩個圖像.視覺炸顯示然設(shè)備頭盔單顯示倚器（HM沾D）：頭盔使顯示憂器是3D篩VR圖形役顯示丟與觀淘察設(shè)汁備，雹可單洋獨與表主機賓相連族以接償受來妄自主劣機的3D因VR圖形態(tài)圖像踏信號，借糕助空間竟跟蹤脫定位棗器可螺進(jìn)行冊虛擬架現(xiàn)實斑輸出摧效果刊觀察蔬，同鳳時觀礎(chǔ)察者碎可做后空間飼上的頸自由陷移動紗，如稻；自哪由行熟走、修旋轉(zhuǎn)箭等，娛沉浸航感極鄰強，菠優(yōu)于明顯示襲器的咐虛擬翻現(xiàn)實撕觀察襪效果榜，遜應(yīng)于虛開擬三響維投寺影顯片示，硬在投設(shè)影式習(xí)虛擬場現(xiàn)實而系統(tǒng)銀中，予頭盔愿顯示直器作逗為系保統(tǒng)功赴能和刊設(shè)備晨的一嚷種補毅充和盯輔助。佳能遇公司尺最新呀混合勝虛擬當(dāng)現(xiàn)實橡系統(tǒng)浴通過旺一個細(xì)頭戴的式眼慕鏡帶除給人繳虛擬切場景成和實累景混黎合的膀體驗雜，并拍開發(fā)遼出一黎種專獵用的姐頭戴當(dāng)式顯量示器槳和專歲用的漸位置跟校準(zhǔn)薯軟件黨，軟主件通謎過高仗精度竟和高沒速圖好像處跳理來聚獲得忘合成腎圖像知，合寫成的橋圖像仙大小廳與現(xiàn)窯實中躲的大竹小無訴異。本而頭難戴式晶顯示賢器則游采用披一種堡被稱購為自頃由曲押線棱劍鏡的鐵鏡片險，確淺保使擔(dān)用者茫能夠蘆獲得嫩寬廣閘的視屆野和續(xù)清晰憶的圖每像。佳能寺新式追頭盔董顯示鐵器雙目笑全方醬位顯罷示器（BO霸O(shè)M）是一鋸種偶靠聯(lián)頭掛部的塊立體拖顯示弄設(shè)備，類似葡使用而望遠(yuǎn)斬鏡，知它把煮兩個均獨立患的顯捧示器袋捆綁刃在一當(dāng)起，脖由兩父個相什互垂蝕直的介機械績臂支豆撐，星這不咽僅讓沙用戶騾可以區(qū)在半嗓徑2m的球糊面空司間內(nèi)省用手枕自由憤操縱花顯示莫器的葡位置慎，還笛能降低顯示引器的轉(zhuǎn)重量奸加以沿巧妙鞠的平拉衡而束是指扯始終噸保持歐水平賺，不壓受平擊臺運巡壽動的懸影響梅。在籍支撐胖臂上按的每器個節(jié)淹點處本都有要位置株跟蹤保器，恢因此BO透OM和HM導(dǎo)D一樣召有實練時的霞觀測涌和交旬互能普力。BO愚OM全方禾位顯城示器3D眼鏡稻顯示鄙系統(tǒng)該系圣統(tǒng)設(shè)愉備包差括：么立體兇圖像凈顯示鑒器和3D眼鏡踐。立方體圖屑像顯坡示器尚以兩腳倍于準(zhǔn)正常緒掃描堂的速殃度刷份新屏沃幕，傾計算杏機給除顯示瘋器交習(xí)替發(fā)邪送兩燥幅有帥輕微沫偏差姿的圖殖像。壞位于CR仆T（陰形極射陪線管錘）顯增示器冬頂部當(dāng)?shù)募t耗外發(fā)銹射器鄉(xiāng)豐與信綁號同敞步，哄以無亦線方深式控模制活魔動眼枯鏡。悟紅外猶控制凳器指恐導(dǎo)立俯體眼還鏡的莫液晶鴨光柵失交替嘉地遮捷擋眼信睛視遮野。貓大腦身記錄島快速義交替牛的左骨右眼閥圖像矛序列岡，并噴通過祖立體井視覺罪將其會融合劍在一域起，寧從而忠產(chǎn)生地深度紋感。世界筑杯3D觀看紅外謠立體騾眼鏡減顯示利用堆紅外鞭信號構(gòu)傳送瓣同步催信號棗，用套于控儲制液準(zhǔn)晶眼彎鏡的蘇開關(guān)該。眼股鏡上紛備有耽輕便摧的鋰舍電池銷，眼尋鏡在潛無線濫狀態(tài)皺下工機作攀：紅外廁立體凡眼鏡絲式顯示矮系統(tǒng)超聲籠波立斯體眼濃鏡顯憲示除了騰紅外斃立體粱眼鏡狡顯示姑中的浮設(shè)備女外，壯眼鏡攻上還糧有頭確部跟凳蹤的厘超聲午接受翼器。維超聲廳接受蟲信號管要經(jīng)饒過導(dǎo)拘線傳賀給頭煩部跟感蹤系繳統(tǒng)，渡眼鏡渣在有沒線狀搬態(tài)下耽工作廉：超聲族波立塌體眼銷鏡顯翻示系題統(tǒng)洞穴杏式立謠體顯頸示系聾統(tǒng)（CA繁VE系統(tǒng)旺）使用傳投影籠系統(tǒng)幅，投惡射多水個投邀影面喬，形食成房級間式障的空欠間結(jié)售構(gòu)，醉使得訂圍繞蘋觀察辭者具促有多丟個圖舉像畫憑面顯洽示的掀虛擬患現(xiàn)實樂系統(tǒng)臨，增批強了位沉浸詢感。CA驕VE空間況結(jié)構(gòu)感示意梢圖CA員VE系統(tǒng)踩是一蜜種基酷于多閑通道汁視景淹同步糠技術(shù)榜和立遠(yuǎn)體顯錦示技凱術(shù)的浴房間脾式投仇影可悉視協(xié)溜同環(huán)領(lǐng)境，貿(mào)該系榴統(tǒng)可掠提供究一個煎房間鄰大小朝的4面、5面或百者6面的怒立方挎體投冶影顯獵示空腸間，扒供多惡人參守與:所有般參與風(fēng)者均呼完全叫沉浸擱在一鞭個被口立體犁投影共畫面招包圍塞的高腿級虛氏擬仿口真環(huán)辛境中誼，借死助音燦響技新術(shù)和兩相應(yīng)芬虛擬泡現(xiàn)實配交互露設(shè)備掏獲得攀一種創(chuàng)身臨壟其境刷約高沈分辨互率三餡維立后體視境聽影赴像和6自由情度交容互感慌受。賠由于乓投影障面幾歸乎能濕夠覆椒蓋用把戶的右所有豎視野辯，因社此CA稀VE系統(tǒng)冊能提解供給肯使用賣者一難種前例所未聯(lián)有的摔帶有祖震撼彼性的愚身臨右其境薯的沉咳浸感扮受。CA淺VE系統(tǒng)搬的優(yōu)志點：提供終高質(zhì)鉆量的鉛立體遞顯示赴圖像漢，即直色彩大豐富梳、無泊閃爍蓋、大跪屏幕考立體嚼顯示徐、多燈人參警與和疑協(xié)同逃工作戒。所待以它脅為人竊類帶捉來了鑒一種襪全新洗的創(chuàng)央新思爺考方罩式，拒擴展艷了人額類的生思維濤。通喇過CA脫VE系統(tǒng)咱，人冷們可休以直脹接看北到自鉗己的湊創(chuàng)意飄和研捎究對叫象。CA爸VE系統(tǒng)甩的缺助點：是價堅格昂裹貴，鴿體積詢大，鍵并且贏參與串的人雅數(shù)有底限，餓如果豈人數(shù)浸達(dá)到12人，CA洞VE的顯責(zé)示設(shè)羞備就逐顯得暖太小沿了。征目前CA爺VE系統(tǒng)鄭并沒級有標(biāo)美準(zhǔn)化姻，兼筍容性患較差折，因誼而限嬸制了室其普拿及。響應(yīng)著工作席臺立熄體顯星示系紀(jì)統(tǒng)計算殃機通悄過多稿傳感捐器交藍(lán)互通曾道向帳用戶范提供屯視覺元、聽躬覺、培觸覺憐等多環(huán)模態(tài)俗信息精，具襲有非鴨沉浸真式、筆支持鳳多用滾戶協(xié)急同工旁作佩撥戴立稀體眼泛鏡，撕坐在照顯示騙器周已圍的悶多個決用戶銳可以糕同時乳在立脫體顯示示屏目中看剖到三橡維對施象浮且在工犯作臺廢上面弦，虛趕擬景遵象具盆有較所強立融體感雕，較塊適合痕輔助廢教學(xué)統(tǒng)、產(chǎn)吊品演押示。V-景De懲sk矩6工作掩示意勻圖裸眼碌立體朝顯示訊系統(tǒng)其顯河示技稀術(shù)結(jié)沫合雙鍵眼的昌視覺總差和祝圖片筋三維餓的原彈理，備自動律生成接兩幅兼圖片束，一側(cè)幅給威左眼轉(zhuǎn)看，身另一蹄幅給兩右眼昆看，抬使人戒的雙治眼產(chǎn)厭生視俊覺差囑異。舉雙眼飄觀看尤液晶秤的角構(gòu)度不坦同，邁不用碎戴上汁立體標(biāo)眼鏡動就可爽以看勢到立德體的星圖像割。立體敞液晶出顯示撐器墻式符立體林顯示身系統(tǒng)類似柜于放躲映電暮影形真式的生背投質(zhì)式顯洞示設(shè)切備，仰屏幕彈大，軟容納恒的人匠數(shù)多愿，分替為單巴通道騾立體暮投影脹系統(tǒng)宅和多燭通道腦立體扎投影俱系統(tǒng)篩。適舌用于時教學(xué)卡和成剩果演籮示。單通蝕道立份體投默影系糞統(tǒng)：堪以一大臺圖斬形工潔作站厭為實編時驅(qū)雖動平料臺，良兩臺顏疊加損的立干體專黃業(yè)LC多D投影遍儀作怎為投兼影主求體。督在顯祥示屏籠上顯粘示一定幅高機分辨給率的擱立體繼投影閑影像狀。優(yōu)點腹：是真一種哀低成抓本、鴉操作亭簡便齊、占爆用空既間較塑小、頸具有獨極好瘦性能傳價格禮比的韻小型羊虛擬絲式三維肉投影汗顯示擺系統(tǒng)瞎，其撈集成體的顯據(jù)示系虹統(tǒng)使泊安裝鵲、操筐作使唐用更仁加容道易和車方便刺，被育廣泛鴨應(yīng)用暖于高墊等院群校和辨科研輸院所井的虛伙擬現(xiàn)吼實實得驗室孝中。多通托道立助體投際影系撤統(tǒng)：停用巨疊幅平加面投灰影結(jié)堤構(gòu)來劣增強梳沉浸船感，孔配備嚴(yán)了完聾善的岔多通臥道聲領(lǐng)響及漂多維金感知濫性交鵲互系良統(tǒng)，酸充分泄?jié)M足循虛擬補顯示局技術(shù)騎的視嚷、聽舉、觸賺等多粗感知痕應(yīng)用資需求兆，是滲理想醬的設(shè)咸計、夕協(xié)同毒和展擠示平熟臺。擁它可躲根據(jù)騰場地攤定空著間的危大小灶靈活保地配逆置兩故個、怪三個渴甚至住是若增千個采投影冠通道漠，無秘縫地程拼接侄成一揪幅巨哭大的揪投影壁幅面拉、極根高分洞辨率疤的二擠維或谷三維僚立體翠圖像柄，形腿成一薯個更屯大的饒?zhí)摂M僻現(xiàn)實峰仿真再系統(tǒng)螞環(huán)境信。如廣環(huán)幕哄投影擇系統(tǒng)煌：三通掃道環(huán)幕牲投影階示例多通市道折宋幕示點例折幕頃也是舊被業(yè)羊界公濫認(rèn)的歷體驗卡式環(huán)莖境，站根據(jù)底環(huán)境瓜及實采際需塘求，驕可考給慮不罩同類稻型的希折幕脆方式紀(jì)，以陷產(chǎn)生焰不同艦的沉韻浸感扛。適障合小摔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